为何金属分光仪需要使用氩气?

发布于 2016-08-07 21:14

直读光谱仪,又称火花放电分光仪 (Spark OES),是用来分析检测金属合金成分的重要设备,它能够分析出铁系金属合金与非铁金属合金中,金属基质与其他元素的百分比。金属分光仪利用火花放电的能量,将金属表面的合金成分融熔激发为离子化的电浆,然后将电浆中的原子与离子,通过光谱仪的测试并分析光谱。由于每种元素在特定的几个波长位置,都有其特征峰值。透过分析这些特征峰值的波长位置与强度,便能分析出合金成分元素的百分比,进而得知样品的金属牌号 (Grade)。有些分光仪,甚至针对某几种元素,使用专属的光电倍增管 (PMT) 针对性地精密侦测特定元素,如势动科技代理的 GNR S9 Atlantis Spark OES 亚特蓝提斯顶级金属分光仪。

 

分光仪使用氩气的理由

 

在火花放电的过程中,一般会使用氩气做为保护气体,来喷刷 (flush) 包围火花所及范围的金属表面,这样才能让光谱仪读到各个元素正确的成分比例。使用氩气主要的原因是其惰性气体的特性。在高能量火花激发金属表面,产生电浆的过程中,惰性气体本身不会与电浆中的元素反应,并同时隔离周遭的空气中的元素,这样才得以精准侦测那些特征峰值在波长 200 nm 以下的元素,如,碳、氮、硫、磷。

 

以下是金属分光仪需采用高纯度氩气做为保护气体的主要理由:

 

  1. 氩气属于惰性气体,在分光仪放电过程中,不会与合金成分产生反应
  2. 在火花放电过程,喷刷金属表面以隔离周遭空气,避免侦测到空气中的元素
  3. 让光谱仪能够正确分析特征峰值在波长 200 nm 以下的元素,如,碳、磷、硫、氮
  4. 金属合金元素成分中,不需要知道氩元素
  5. 氩气的价格相对便宜,基本上,氩气 < 氦气 < 氖气 < 氪气或氙气

 

三种惰性气体常见用途

 

 

 

氦气:超低温冷却、气相沉积、气球、潜水服填充。

氖气:霓虹灯或水银灯填充、激光(氦氖激光)、电浆研究。

氩气:金属焊接、合金分析仪。

分光仪为何不使用便宜的氮气来喷刷金属表面?

 

部分合金中有氮成分,且需要被分析(如,钒氮合金),因此不能使用氮气。而且氮气在高温下会与金属反应(如,氮化镁),造成残留。

 

分光仪使用氩气的原因,是不是跟氩焊的原理一样?

 

不太相同。氩焊一样采用氩气做为焊接时的保护气体,但氩焊采用氩气的原因,主要是避免避免焊接部位,接触空气产生氧化作用。而分光光度计则是要隔离空气中的其他元素成分(如,碳元素、硫元素、氮元素)

 

为何有些分光仪的氩气消耗量相对较大?

 

氩气在火花放电过程中,做为保护气体。因此有些分光仪,会将光学室(光谱仪内部光线处理的部份)同样以氩气填充,同样会消耗氩气。但如同 GNR 的 Spark OES 合金分析仪,具备特殊技术的填充设计,能够大幅降低光学室的氩气消耗量。

 

氩气喷刷金属表面,是不是越强越好?

 

不见得。因为太强烈的喷刷,其气流反而会卷进部分空气。GNR 分光仪中的氩气喷刷,出厂前已经过精密调校,控制最佳压力来喷刷金属表面。