Спектральный анализ металла. Спектральный анализ Спектральный химический анализ металлов и сплавов

При облучении атом вещества переходит в возбуждённое состояние, сопровождающееся переходом электронов на более высокие квантовые уровни. В возбуждённом состоянии атом находится около одной микросекунды, после чего возвращается в основное состояние. При этом электроны с внешних оболочек либо заполняют образовавшиеся вакантные места, а излишек энергии испускается в виде фотона, либо энергия передается другому электрону из внешних оболочек. Каждый атом испускает фотоэлектрон с энергией строго пределённого значения. По энергии и количеству квантов судят о строении вещества. После возбуждения спектр регистрируется на специальном детекторе. Чем лучше спектральное разрешение детектора, тем точнее он сможет отделять друг от друга фотоны от разных элементов. После попадания на детектор фотоэлектрон преобразовывается в импульс напряжения и передается на компьютер. По пикам полученного спектра качественно определяется, какие элементы присутствуют в образце.
Для получения точного количественного содержания полученный спектр обрабатывается с помощью специальной программы калибровки (количественной градуировки прибора). Калибровка проводится с использованием стандартных образцов, чей элементный состав точно известен.
РФА не разрушает и не деформирует пробу, не требует пробоподготовки, делает ненужной измерение количества пробы - взвешивание, измерение объема и т.п. Этот метод широко используется на производстве и в научных лабораториях.
Аппараты ComPact eco PIN и Cube PIN для количественного анализа наиболее распространенных сплавов в ювелирной промышленности. Разработаны на базе кремниевого детектора высокого разрешения, являющегося последним словом в этой области.
Калибровка
Предварительная калибровка для золота и других драгоценных металлов.
Операционная система
X-MasteR Основной задачей операционной системы является управление параметрами рентгеновской системы, а также сбор и обработка данных измерений.
Анализаторы оснащены современным, простым в использовании программным обеспечением с точным алгоритмом анализа состава ювелирных украшений, монет и других изделий из драгоценных металлов. Программное обеспечение обеспечивает сбор данных, управление, пиковую идентификацию, анализ спектральных характеристик, количественный анализ исследуемого сплава, генерацию отчетов, управление статистическими данными, их хранение и печать.
Компактность и мобильность
Аппараты имеют небольшие массу и габариты и являются переносными, что позволяет их устанавливать практически где угодно - от больших выставочных залов до маленьких шоурумов. Каждый аппарат выпускается в двух вариантах конструктивного исполнения:
ComPact и Cube
Аппараты ComPact eco PIN и Cube PIN с использованием кремниевого детектора высокого разрешения в сочетании с цифровой обработкой данных обеспечивают отличные показатели пороговой чувствительности и точности. По сравнению с общепринятыми методами раз решение выше почти в четыре раза, а разделение элементов также намного лучше. Высокий уровень характеристик получен во многом благодаря более высокому отношению «сигнал /шум».
Безопасность Эксплуатация источника рентгеновского излучения отвечает установленным требованиям. Встроенная система безопасности обеспечивает эффективное управление всеми защитными функциями и блокировками аппаратов Citizen.
Простота в использовании
Предлагаемые технические устройства являются удобными и простыми в эксплуатации, не требуют специально обученного персонала. Необходимо просто поместить испытуемый образец в рабочую камеру и через 35 - 180 сек. получить готовый результат. Анализ проводится бесконтактным и безопасным способом.

Время измерения 35 - 180 сек.

Размеры камеры
Высота 170 мм, ширина 330 мм, глубина 200 мм (Cube)
Выкладка образцов Подъемно-поворотный столик z-образного типа

Ростов-на-Дону 2014

Составители: Ю.В. Долгачев, В.Н.Пустовойт Оптико-эмиссионный спектральный анализ металлов. Методические указания к лабораторному практикуму / Ростов-на-Дону. Издательский центр ДГТУ. 2014. – 8 с.

Методические указания разработаны для использования студентами при выполнении лабораторного практикума по дисциплинам "Неразрушающие методы контроля материалов", "Физико-химия наноматериалов", "Нанотехнологии и наноматериалы” и предназначены для практического освоения теоретических представлений о строении и свойствах материалов, получения навыков анализа химического состава металлов и сплавов, .

Печатается по решению методической комиссии

факультета "Машиностроительные технологии и оборудование"

Научный редактор д.т.н., профессор Пустовойт В.Н. (ДГТУ)

Рецензент д.т.н., профессор Кужаров А.С. (ДГТУ)

 Издательский центр ДГТУ, 2014

Оптико-эмиссионный спектральный анализ металлов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с назначением, возможностями, принципом действия спектрального анализатора Magellan Q8 и произвести химический анализ металлического образца.

1. Основные теоретические представления

1.1. Назначение оптико-эмиссионого спектрального анализа

Сегодня анализ химического состава нашел широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Качество, надежность, долговечность изделия в большой степени зависят от состава использованного сплава. Малейшее отклонение от заданного химического состава может привести к негативному изменению свойств. Особая опасность заключается в том, что данное отклонение может быть визуально незаметным и как следствие неопределимым без специальных приборов. Человеческие органы чувств не дают возможности проанализировать такие параметры металла, как его состав или марку используемого сплава. Одним из приборов позволяющим получить необходимую информацию о химическом составе сплава является оптико-эмиссионный спектрометр.

Оптический эмиссионный спектрометр используетсядля измерения массовой доли химических элементов в металлах и сплавах и применяется в аналитических лабораториях промышленных предприятий, в цехах для быстрой сортировки и идентификации металлов и сплавов, а также для анализа больших конструкций без нарушения их целостности.

1.2 Принцип действия оптико-эмиссионного анализатора

Принцип действия спектрометра основан на измерении интенсивности излучения на определенной длине волны спектра эмиссионного излучения атомов анализируемых элементов. Излучение возбуждается искровым разрядом между вспомогательным электродом и анализируемым металлическим образцом. В процессе анализа аргон обтекает исследуемый объект, делая его более заметным для изучения. Эмиссионный спектрометр фиксирует интенсивность излучения и на основе получаемых данных анализирует состав металла. Содержание элементов в образце определяется по градуировочным зависимостям между интенсивностью эмиссионного излучения и содержанием элемента в образце.

Спектрометр состоит из источника возбуждения спектра, оптической системы и автоматизированной системы управления и регистрации на базе IBM-совместимого компьютера.

Искровой источник возбуждения спектра предназначен для возбуждения эмиссионного светового потока от искры между образцом и электродом. Спектральный состав света определяется химическим составом исследуемой пробы.

В настоящее время наиболее оптимальной компоновкой оптической системы считается исполнение по схеме Пашена-Рунге (рис. 1).

Рис. 1 Оптическая система по схеме Пашена-Рунге

Когда возбужденные с помощью тлеющего разряда атомы переходят на более низкую орбиту, они излучают свет. Каждая излученная длина волны является характерной для каждого атома испустившего ее. Свет фокусируется на входной щели спектрометра и расщепляется на вогнутой голографической решетке в соответствии с длинами волн. После этого через точно установление выходные щели свет попадает на соответствующий элементу фотоумножитель.

Для обеспечения хорошей прозрачности оптическая камера должна быть вакуумирована. Кроме этого система должна быть независимой от внешних условий (температуры и давления воздуха). В настоящее время стационарные оптические спектрометры термостабилизированы с точностью до десятых долей градуса.

Управление процессом измерения и обработки выходной информации осуществляется от встроенного IBM-совместимого компьютера с помощью специального программного комплекса. По программе осуществляется настройка прибора, построение градуировочных зависимостей на основе анализа стандартных образцов, оптимизация его параметров, управление режимами спектрометра, обработка, сохранение и печать результатов измерения.

1.3 Установка Magellan Q8

Qantron Magellan (Magellan Q8) - оптико-эмиссионный анализатор с вакуумной оптикой фирмы Bruker (рис. 2). Позволяет определять химический состав сплавов на основе железа (стали и чугуны), меди (бронзы, латуни и др.) алюминия (дуралюмины и др.). Установка оснащена датчиками, определяющими процентное количество таких элементов, как углерод, азот, фосфор, сера, ванадий, вольфрам, кремний, марганец, хром, молибден, никель, алюминий, кобальт, медь, ниобий, титан, олово, бор, железо, цинк, олово, бериллий, магний, свинец.

Калибровка установки осуществляется с помощью калибровочных образцов различных сталей, чугунов, бронзы, алюминиевых сплавов. Точность определения химического состава сплавов составляет до сотых долей процента.

Рис. 2. Установка Magellan Q8

Вид исследования		Стоимость / руб.
Определение массовой доли элементов (спектральный анализ) в металле, сплаве (1 образец/1 исследование)		14 000
Испытание на растяжение	При нагрузке до 40 тонн	7500
	При нагрузке от 40 тонн	12000
	При повышенных температурах	13000
	При пониженных температурах	13000
	С тензометром	20500
	Пластинчатых цепей	85000
		10300
Испытание на ударный изгиб	При комнатной температуре	4500
	При пониженной температуре	6300
	При повышенной температуре	9500
	После механического старения	16000
Измерение твердости	По методу Роквелла (З отпечатка)	4500
	По методу Бринелля (1 отпечаток)	4500
	По методу Виккерса (1 отпечаток)	4500
Испытание на сжатие	С определением предела прочности	7500
	Кольцевых образцов чугунных труб большого диаметра	9600
Исследование склонности к межкристаллической коррозии методом АМУ	Без провоцирующего нагрева	6300
	С провоцирующим нагревом	18600
Исследование износостойкости и коэффициента трения на машине ф. Сузуки	500 об., скорость 82 об/мин	11000
	При длительных испытаниях (1 смена)	16000
Испытание на износостойкость на приборе ф. «Шкода-Савин»		10500
Исследование усталостных характеристик		170000
Испытания канатов (по результатам испытаний проволок каната)		110000
Испытание на кручение на машине ф. «Амслер»		17000
Определение шероховатости		9600

Исследование характеристик металлов и сплавов востребовано в различных сферах: в строительстве, инженерном проектировании, в машиностроении и станкостроении. В рамках экспертизы можно исследовать характеристики металлоконструкций, труб, арматуры, качественный и количественный состав сплавов, металлов и изделий из них.

Целью металловедческой экспертизы может быть обнаружение следов металлизации на объекте, выявление химического состава металлов и сплавов. Исследование такого рода помогают установить факты поддельного производства продукции. По физико-химической экспертизе можно установить нарушение производственного процесса, вызванного различными дефектами металла или сплава. Подобные нарушения могут отразиться на сроке эксплуатации изделия.

Экспертиза металлов, сплавов и изделий из них имеет большой спектр применения в различных областях. Металловедческая экспертиза так же используется в области, касающиеся защиты прав потребителей.

Экспертиза металлов широко применимы в криминалистике для исследования изделий их драгоценных металлов. К таким объектам относятся все детали, состав которых входят благородные металлы (золота, серебра, платины и др.).

Экспертиза металлов и сплавов определяет:

• состав изделия;
• способ изготовления;
• сферу применения;
• способы эксплуатации;

По цели исследования экспертизой решаются задачи:

Идентификационные задачи:

• определение классификационных признаков исследуемого предмета;
• определение источника производства сравниваемых металлических изделий;

Объекты, предоставляемые для проведения экспертизы металлов, сплавов и изделий из них:

Список объектов данной экспертизы очень широк, что является следствием использования изделий из металлов и их сплавов в современной жизни. Все металлические объекты принято классифицировать по материалу, из которого они изготовлены, и по функциональному признаку.

• холодное оружие (ножи, сабли, кортики, кинжалы, кастеты, мечи, стилеты и пр.);
• автомобильные запчасти;
• изделия из черных металлов (провода и кабели, рельсы, стыковые накладки, изделия из чугуна и пр.);
• изделия из цветных металлов (арматура, трубы, заготовки и пр.);
• изделия из драгоценных металлов (детали для электроники, ювелирные изделия и пр.);
• бытовые предметы (посуда, элементы одежды, мебельные детали, светильники и пр.).

Мы работаем с лабораторным комплексом, оснащенным необходимым оборудованием. В нашей компании работают специалисты, имеющие возможность проводить широкий круг исследований

Самый эффективный способ определения химического состава металлов по оптическим спектрам излучения атомов и ионов анализируемой пробы, возбуждаемых в источнике света.

В качестве источника света для оптико-эмиссионного анализа используется плазма электрической искры или дуги, которую получают с помощью источника возбуждения (генератора). Принцип основан на том, что атомы каждого элемента могут испускать свет определенных длин волн - спектральные линии, причем эти длины волн разные для разных элементов.

Для того чтобы атомы начали испускать свет, их необходимо возбудить электрическим разрядом. Электрический разряд в виде искры в атмосфере аргона способен возбудить большое количество элементов. Достигается высокотемпературная (более 10000 К) плазма, способная возбудить даже такой элемент, как азот.

В искровом штативе между вольфрамовым электродом и исследуемым образцом возникают искры с частотой от 100 до 1000 Гц. Искровой стол имеет световой канал, по которому полученный световой сигнал попадает в оптическую систему. При этом световой канал и искровой штатив продуваются аргоном. Попадание воздуха из окружающей среды в искровой штатив ведет к ухудшению пятна обжига и соответственно к ухудшению качества химического анализа пробы.

Современная оптическая система выполнена по схеме Пашена-Рунге. Спектральное разрешение оптической системы зависит от фокального расстояния, количества штрихов используемой дифракционной решетки, параметра линейной дисперсии и квалифицированном выполнении юстировки всех оптических компонентов. Для покрытия всех необходимых эмиссионных линий достаточно охватывать спектральную область от 140 до 680 нм. Для хорошей видимости спектра оптическая камера должна быть заполнена инертным газом (аргоном высокой частоты) или вакуумирована.

Прибор для спектрального анализа металла - анализатор М5000, В качестве регистрирующих элементов современные анализаторы металлов, оснащаются CCD детекторами (или ФЭУ), которые преобразуют видимый свет в электрический сигнал, регистрируют его и передают на компьютер. На экране монитора мы наблюдаем концентрации элементов в процентах.

Интенсивность спектральной линии анализируемого элемента, помимо концентрации анализируемого элемента, зависит от большого числа различных факторов. По этой причине рассчитать теоретически связь между интенсивностью линии и концентрацией соответствующего элемента невозможно. Вот почему для проведения анализа необходимы стандартные образцы, близкие по составу к анализируемой пробе. Предварительно эти стандартные образцы экспонируются (прожигаются) на приборе. По результатам прожигов для каждого анализируемого элемента строится градуировочный график, зависимость интенсивности спектральной линии элемента от его концентрации. Впоследствии, при проведении анализа проб, по этим градуировочным графикам производится пересчет измеренных интенсивностей в концентрации.

Следует иметь виду, что реально анализу подвергается несколько миллиграммов пробы с ее поверхности. Поэтому для получения правильных результатов проба должна быть однородна по составу и структуре, при этом состав пробы должен быть идентичным составу анализируемого металла. При анализе металла в литейном производстве для отливки проб рекомендуется использовать специальные кокили. При этом форма пробы может быть произвольной. Необходимо лишь, чтобы анализируемый образец имел достаточную поверхность и мог быть зажат в штативе. Для анализа мелких образцов, например прутков или проволоки, используются специальные адаптеры.

Преимущества метода:

• Низкая себестоимость
• Возможность одновременного количественного определения большого числа элементов,
• Высокая точность,
• Низкие пределы обнаружения,
• Простота пробоподготовки

С помощью анализатора металлов М5000 от компании Focused Photonics Inc Вы можете сделать высокоточный спектральный анализ металлов и сплавов!

РУКОВОДЯЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ХИМИЧЕСКОГО И СПЕКТРАЛЬНОГО AHA ЛИЗA ОСНОВНЫХ И СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ХИМНЕФТЕАППАРАТОСТРОЕНИИ	РД РТМ 26-362-80 - РД РТМ 26-366-80 Взамен РТМ 26-31-70 - РТМ 26-35-70
Письмом Министерства химического и нефтяного машиностроения от 08.09.1980 г. № 11-10-4/1601

от 08.09. 1980 г. № 11-10-4/1601 срок введения установлен с 01.10.1980 г.

Настоящие руководящие технические материалы распространяются на химические и физические методы исследования химсостава основных и сварочных материалов, применяемых в химическом и нефтяном машиностроении (кроме защитных газов).

Устанавливают типовые методы исследования материалов, имеющих различную основу, методы подсчета результатов и технику безопасности.

РД РТМ 26-366-80

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

УСКОРЕННЫЕ И МАРКИРОВОЧНЫЕ МЕТОДЫ
ХИМИЧЕСКОГО И СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА
ОСНОВНЫХ И СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В
ХИМНЕФТЕАППАРАТОСТРОЕНИИ

СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТАЛЕЙ

Настоящий руководящий технический материал распространяется на проведение контроля химического состава углеродистых, легированных, конструкционных и высоколегированных сталей, а также материалов сварных швов на основные маркировочные и легирующие элементы методом спектрального анализа.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ АНАЛИЗА

1.2. Состояние поставки эталонов (в качестве которых используют ГСО ИСО ЦНИИЧМ, а также вторичные производственные СОП) и проб должно быть одинаковым.

1.3. Массы эталонов и проб не должны отличаться значительно и должны быть не менее 30 г.

1.4. Чистота заточки поверхности эталонов и проб должна быть Rz20.

2. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

2.1. Определение хрома, никеля, марганца, кремния в углеродистых сталях.

2.1.1. Назначение

Методика предназначена для определения хрома, никеля, марганца, кремния в сталях марок Ст. 3, Ст. 5 и др. по ГОСТ 380-71 , в сталях марок 20, 40, 45 и др. по ГОСТ 1050 -74.

Кварцевый спектрограф средней дисперсии типа ИСП-22, ИСП-28 или ИСП-30.

Генератор дуги типа ДТ-2.

Генератор искры типа ИГ-3.

Микрофотометр МФ-2 или МФ-4.

Спектропроектор ПС-18.

Точильный станок с электрокорундовыми кругами зернистости № 36-64.

Набор напильников (для заточки эталонов и проб).

Устройство или приспособление для заточки металлических и угольных электродов.

Комплекты ГСО ИСО ЦНИИЧМ - 12; 53; 76; 77 и их заменяющие.

Постоянные электроды-прутки Æ от 6 до 8 мм из электролитической меди марки M - I по ГОСТ 859-78 и прутки Æ 6 мм из спектрально чистых углей марки C 1 , С 2 , С 3 .

Фотопластинки «спектральные», тип I, II.

Гидрохинон (парадиоксибензол) по ГОСТ 19627-74 .

Натрий сернистокислый (натрий сульфит) кристаллический по ГОСТ 429-76.

Метол (пара-метиламинофенолсульфит) по ГОСТ 5-1177-71.

Натрий углекислый безводный по ГОСТ 83-79 .

Аммоний хлористый по ГОСТ 3773-72 .

Натрий серноватистокислый (тиосульфат натрия) по ГОСТ 4215-66.

С торцевой поверхности пробы стали при помощи наждачного круга снимается слой 1 мм, затем проба затачивается напильником, качество поверхности должно быть не менее, чем Rz20. Медные электроды затачиваются на конус 90°, скругленный радиусом от 1,5 до 2,0 мм. Угольные электроды затачивают на усеченный конус с диаметром площадки от 1,0 до 1,5 мм. Источник света фокусируют на щель спектрального аппарата с помощью кварцевого конденсора с фокусным расстоянием 75 мм или трехлинзовой системы освещения. Установка линз производится на расстояниях, указанных в паспорте к спектрографу. Ширина щели спектрального аппарата от 0,012 до 0,015 мм.

2.1.4. Источник возбуждения спектра

В качестве источников возбуждения спектра используются дуга переменного тока (генератор ДГ-2) и высоковольтная искра (генератор ИГ-3). Основные параметры разрядного контура приведены (в табл. , ).

Таблица 1

Дуга переменного тока

Таблица 2

Высоковольтная искра

	Величина параметров контура
Емкость, мкФ
Индуктивность, мкГ
Аналитический промежуток, мм	От 1,5 до 2,0
Схема «сложная»	Анализ проводят методом «трех эталонов» или фотометрического интерполирования, описанных в руководствах по спектральному анализу. Заточенные электроды, эталоны, пробы устанавливают в штатив. С помощью теневой проекции устанавливают составляющий аналитический промежуток. Съемку спектров производят с предварительным обжигом 10 с для дуги переменного тока и от 30 до 40 с для высоковольтной искры. Экспозицию выбирают в зависимости от чувствительности фотоматериалов (почернения аналитических пар должны лежать в области «нормальных»; для фотопластинок тип I область «нормальных» почернений составляет от 0,4 до 2,0). Спектры эталонов и проб фотографируют не менее 3 раз без ослабителя по методу «трех эталонов» и через 9-ступенчатый ослабитель по методу фотометрического интерполирования. По окончании съемки фотопластинку обрабатывают в стандартном проявителе (раствор А и Б перед проявлением сливается в равных пропорциях). Раствор А; готовят следующим образом: 1 г метола, 26 г натрия сернистокислого, 5 г гидрохинона, 1 г калия бромистого растворяют в 500 см 3 воды. Раствор Б; готовят следующим образом: 20 г натрия углекислого растворяют в 500 см 3 воды. Время проявления указывается на пачках фотопластинок, температура раствора должна быть от 18 до 20 °С. После проявления фотопластинку следует ополоснуть в воде или стоп-растворе (2,5 %-ный раствор уксусной кислоты), отфиксировать. Фиксаж готовят следующим образом: 200 г натрия серноватистокислого; 27 г аммония хлористого растворяют в 500 см 3 дистилированной воды. После фиксирования фотопластинку тщательно промывают в проточной холодной воде и сушат. В случае метода «трех эталонов» обработка спектрограмм производится на микрофотометре МФ-2 или МФ-4. Щель микрофотометра от 0,15 до 0,25 мм, в зависимости от ширины спектральных линий. При методе фотометрического интерполирования оценка содержания анализируемых элементов производится визуально на спектропроекторе ПС-18. 2.1.7. Аналитические линии а) дуговое возбуждение: Cr 267,7 - Fe 268,3 Ni 305,0 - Fe 305,5 Mn 293,3 - Fe 292,6 Si 250,6 - Fe 250,7 б) искровое возбуждение: Cr 267,7 - Fe 268,9 Ni 341,4 - Fe 341,3 При использовании метода «трех эталонов» градировочные графики строят в координатах (D S , lg С ), при методе фотометрического интерполирования соответственно в где D S - разность почернений определяемого элемента и линий сравнения железа; lg С - логарифм концентрации; J эл - интенсивность линии определяемого элемента; J Fe - интенсивность линий железа. Квадратичная ошибка воспроизводимости в зависимости от определяемой концентрации составляет от 2 до 5 %. 2.2. Определение хрома, никеля, марганца, кремния, меди, ванадия, молибдена, алюминия, вольфрама, бора в легированных конструкционных сталях 2.2.1. Назначение Методика предназначена для определения хрома, никеля, марганца, кремния, алюминия, меди, ванадия, молибдена, вольфрама и бора в сталях марок 40Х, 15XM, 38ХМЮА и др. по ГОСТ 4543-71 . 2.2.2. Аппаратура, вспомогательное оборудование, материалы, реактивы Для проведения анализа необходимы оборудование и аппаратура, указанные в п. . При определении бора целесообразнее использовать приборы большой дисперсии типа СТЭ-1, который надежно разрешает линии В 249,6 нм и Fe 249,7 нм. В качестве эталонов можно использовать комплекты ГСО ИСО ЦНИИЧМ - 20, 21, 22, 28, 29, 32, а также производственные МОП, многократно проанализированные различными химическими лабораториями. Остальные материалы, а также реактивы для обработки спектрограмм те же, что и при анализе сталей углеродистых (см. п. ). 2.2.3. Подготовка к анализу Подготовку проб стали к анализу, установку пробы в штатив производят также, как описано в п. . Система освещения 3-линзовая или однолинзовая, линзы устанавливаются на расстояниях, указанных в паспорте к спектрографу. Ширина щели спектрального аппарата от 0,012 до 0,015 мм. При анализе бора при использовании спектрографов средней дисперсии типа ИСП-30 ширина щели должна составлять от 0,005 до 0,007 мм. Постоянные электроды из меди затачивают, как описано в п. . и используют при дуговом возбуждении. Спектрально чистые угольные электроды (см. п. ) применяют при определении нижеприводимых элементов в высоковольтной искре. 2.2.4. Источник возбуждения спектра В качестве источника возбуждения спектра используются дуга переменного тока (генератор ДТ-2) и высоковольтная искра (генератор ИГ-3). Основные параметры разрядного контура приведены (в табл. , ). 2.2.5. Проведение анализа Анализ проводят методом «трех эталонов». Установку электродов, проб, эталонов (ГСО ИСО ЦНИИЧМ СОП) описано в п. . Время предварительного обыскривания для дуги переменного тока 10 с и от 30 до 40 с, для высоковольтной искры от 30 до 40 с. Эталоны и пробы фотографируют не менее трех раз, экспозицию выбирают в зависимости от чувствительности фотоматериалов. Обработку фотопластинок производят в проявителе и фиксаже того же состава, что и в п. . Таблица 3 Дуга переменного тока Величина параметров Определяемый элемент Ток дуги, А Хром, марганец алюминий, ванадий, вольфрам, Фаза поджига, град молибден, никель Аналитический промежуток, мм От 1,5 до 2,0 Таблица 4 Высоковольтная искра Величина параметров Определяемый элемент Емкость, мкф Хром, никель, ванадий, молибден, медь, кремний, марганец Индуктивность, мкГ Количество цугов за полупериод питающего тока Задающий искровой промежуток, мм Аналитический промежуток, мм Схема «сложная» 2.2.6. Фотометрирование Измерение почернений на фотопластинке производят на микрофотометре МФ-2 или МФ-4. Ширину щели микрофотометра устанавливают в пределах от 0,15 до 0,25 мм в зависимости от ширины спектральной линии. 2.2.7. Аналитические линии Для концентраций, указанных в (табл. ) рекомендуются аналитические пары линий с использованием дугового и искрового возбуждений. Таблица 5 дуга переменного тока высоковольтная искра Mn 293,3 - Fe 292,6 Mn 293,3 - Fe 293,6 От 0,100 до 2,900 Cr 267,7 - Fe 268,3 Cr 267,7 - Fe 268,9 От 0,100 до 2,000 Ni 305,0 - Fe 305,5 Ni 239,4 - Fe 239,1 От 0,300 до 2,000 Mo 317,0 - Fe 320,5 Mo 281,6 - Fe 281,8 От 0,100 до 1,000 V 311,0 - Fe 311,6 V 311,0 - Fe 308,3 От 0,100 до 0,700 Si 250,6 - Fe 250,7 Si 251,6 - Fe 251,8 От 0,100 до 0,800 Al 309,2 - Fe 309,4 Al 308,2 - Fe 308,3 От 0,400 до 1,500 W 239,7 - Fe 239,8 От 0,400 до 2,000 B 249,6 - Fe 249,7 От 0,003 до 0,100 Cu 327,3 - Fe 328,6 От 0,200 до 0,600 2.2.8. Построение градуировочного графика Графики строят в координатах (D S , lg С ) (см. п. ). 2.2.9. Ошибка воспроизводимости Стандартная (квадратичная) ошибка воспроизводимости составляет от 2 до 5 % в зависимости от определяемой концентрации. Примечание . Проба, поставляемая на анализ, должна отвечать требованиям, изложенным в п. . 2.3. Отделение хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, ванадия, ниобия, титана, алюминия, меди в высоколегированных сталях 2.3.1. Назначение Методика предназначена для определения хрома, никеля, марганца, кремния, молибдена, ванадия, ниобия, титана, алюминия, меди в сталях марок 12X18H9, 12X18H9 T , 12X 18 H10T , 10 X17H 13 M2T , 10Х17Н13М3Т, 08Х18Н12Б и др. по ГОСТ 5949-75 . 2.3.2. Аппаратура, вспомогательное оборудование, материалы реактивы Для проведения анализа необходимы те же аппаратура, оборудование, материалы, реактивы, что и в п. . 2.3.3. Подготовка к анализу Пробу стали затачивают при помощи напильника. Качество поверхности должно быть не менее Rz20. Электроды медные и угольные затачивают по форме, описанной в п. . Затем производят фокусировку источника на щель с помощью кварцевого конденсатора или 3-линзовой системы освещения; линзы устанавливают так как указано в п. . Ширина щели спектрографа должна составлять 0,012 мм. 2.3.4. Источник возбуждения спектра В качестве источника возбуждения спектра используются дуга переменного тока (генератор ДГ-2) и высоковольтная искра (генератор ИГ-3). Основные параметры разрядного контура приведены (в таблице , ). Таблица 6 Дуга переменного тока Таблица 7 Высоковольтная искра Величина параметров Определяемый элемент Емкость, мкФ Хром, никель, молибден, марганец, ванадий, ниобий, титан медь Индуктивность, мкГ Количество цугов за полупериод питающего тока Вспомогательный промежуток, мм Аналитический промежуток, мм От 1,5 до 2,0 Схема «сложная» 2.3.5. Проведение анализа Анализ проводят методом «трех эталонов». Установку электродов, эталонов и проб в штативе производят так, как описано в п. . Аналитический промежуток устанавливают по шаблону или теневой проекции в зависимости от системы освещения. Каждую пробу и эталоны экспонируют не менее трех раз, с предварительным обыскриванием 10 с для дуги переменного тока, для высоковольтной искры от 30 до 40 с. Экспозицию выбирают в зависимости от чувствительности фотоматериала. Обработку экспонированной пластинки производят в стандартном проявителе и закрепителе составов, приведенных в п. . 2.3.6. Аналитические линии Для концентраций, указанных (в табл. ) рекомендуются аналитические пары линий. Таблица 8 Пределы определяемых концентраций, % Cr 279,2 - Fe 279,3 От 14,0 до 25,0 Cr 314,7 - Fe 315,4 Ni 341,4 - Fe 341,3 От 6,0 до 14,0 Ni 301,2 - Fe 300,9 Mo 281,6 - Fe 283,1 От 1,5 до 4,5 V 311,0 - Fe 308,3 От 0,5 до 2,0 Nb 319,4 - Fe 3319,0 От 0,3 до 1,5 Ti 308,8 - Fe 304,7 От 0,1 до 1,0 Mn 293,3 - Fe 293,6 От 0,3 до 2,0 Si 250,6 - Fe 250,7 От 0,3 до 1,2 Cu 327,3 - Fe 346,5 От 0,1 до 0,6 2.3.7. Фотометрирование и построение градуировочного графика Фотометрирование производят на микрофотометре МФ-2, МФ-4, ширина щели указывается в п. . График строят в координатах (D S , lgC ) (см. п. ), концентрацию элементов в пробах определяют по градуировочному графику. 2.3.8. Ошибка воспроизводимости Стандартная (квадратичная) ошибка воспроизводимости в зависимости от концентрации и определяемого элемента составляет от 1,8 до 4,5 %. Примечания : 1. Проба, поставляемая на анализ, должна удовлетворять требованиям, изложенным в п. . 2. Рекомендуется применение алюминиевых электродов, которые, как показали результаты исследований, проведенных во ВНИИПТхимнефтеаппаратуры, обеспечивают высокую точность и воспроизводимость при форме заточки, описанной в п. . 3. Анализ высоколегированных сталей целесообразно производить в нестандартном источнике возбуждения спектра - высокочастотной искре. Исследования показали, что высокочастотная искра обеспечивает точность определения от 2 до 3 % при анализе высоких концентраций, пятна обыскривания в диаметре имеют размер от 2 до 3 раз меньший по сравнению с высоковольтной конденсированной искрой, что позволяет проводить анализ сварочных проволок малого диаметра, малогабаритных и многослойных сварных швов. 3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 3.1. Назначение Методики предназначены для определения хрома, марганца, ванадия, молибдена, титана в высоколегированных сталях марок X18H9, X18H10T, Х18Н11Б, Х20H10M2 T , Х20Н10М3Т и др., а также для определения молибдена, ванадия, марганца, хрома в легированных конструкционных сталях. 3.2. Аппаратура, вспомогательное оборудование, материалы Фотоэлектрический стилометр ФЭС-1. Штатив ШТ-16. Электронный генератор ГЭУ-1. Точильный станок, набор напильников, устройство или приспособление для заточки электродов. Комплекты ГСО ИСО ЦНИИЧМ: 9, 27, 45, 46, 94, 29, 21, 32-й и другие, их заменяющие, а также «вторичные» производственные СОП. Постоянные электроды диаметром 8 мм из электролитической меди марки M-1 по ГОСТ 859-78. 3.3. Подготовка к анализу Легированные конструкционные стали затачиваются на точильном станке, с торцевой поверхности эталона и пробы. При помощи наждачного камня снимается слой 1 мм, затем заточка производится напильником. Высоколегированные стали затачиваются напильником. Качество обработки поверхности должно быть не менее Rz20. Медные электроды затачивают по форме, описанной в п. . Источник света фокусируют на щель фотоэлектрического стилометра ФЭС-1 растровым конденсором. Вывод источника на оптическую ось, установку растрового конденсора производят согласно описанию прибора. 3.4. Источник возбуждения спектра В качестве источника возбуждения спектра используется дуга переменного тока с электронным управлением (генератор ГЭУ-1) при различных токах, фаза поджига 90 град, аналитический промежуток составляет 1,5 мм. 3.5. Проведение анализа Анализ проводят по методу «трех эталонов». Заточенные эталоны, пробы, электроды помещают в штатив ШТ-16, устанавливают аналитический промежуток 1,5 мм так, как описано в руководстве по эксплуатации ФЭС-1, включают дугу и производят экспонирование с предварительным обжигом 10 с. В качестве линии сравнения используют неразложенный свет. Условия накопления и измерения, а также остальные условия анализа приводятся (в таблице ). 3.6. Построение градуировочного графика График строят в координатах n , lgC где n - показание подвижной шкалы потенциометра; lgC - логарифм концентрации. Концентрацию элементов в пробе определяют по градуировочному графику. 3.7. Ошибка воспроизводимости Таблица 9 Величина дуги, А Ширина входной щели, мкм Ширина выходной щели, мкм Номер фильтра Условия накопления и измерения Уровень сигнала неразложенного света Аналитические линии, нм Титан в нержавеющих сталях От 0,2 до 1,0 Ниобий в нержавеющих сталях От 0,3 до 1,5 Молибден в нержавеющих сталях От 1,5 до 4,5 без фильтра От 0,7 до 1,5 Молибден в конструкционных сталях От 0,1 до 0,7 Ванадий в нержавеющих сталях От 0,8 до 2,5 Ванадий в конструкционных сталях От 0,1 до 0,8 Марганец в нержавеющих сталях От 0,4 до 2,0 Марганец в среднелегированных и конструкционных сталях От 0,2 до 2,0 Хром в нержавеющих сталях без фильтра Хром в среднелегированных конструкционных сталях От 0,3 до 15 без фильтра Квадратичная ошибка воспроизводимости в зависимости от определяемой концентрации и элемента составляет от 1,5 до 2,5 %. 4. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ 4.1. Общие положения: впервые приступивший к работе лаборант-спектроскопист может начать работу лишь после получения инструктажа по технике безопасности у заведующего спектральной лабораторией, непосредственно на рабочем месте; после десятидневного дублирования работы (с опытным спектроскопистом) проводят повторный инструктаж; к самостоятельной работе допускается квалификационный комиссией после проверки знаний; повторный инструктаж проводят не реже двух раз в год; проведение инструктажа и разрешение на самостоятельную работу каждый раз заносят в контрольный журнал с оформлением подписями зав. лабораторией и получившего инструктаж; лаборант-спектроскопист должен знать как общие, так и предусматриваемые инструкцией, правила по ТБ. Несоблюдение правил влечет за собой меры административного взыскания, а в более тяжелых случаях - привлечение к судебной ответственности. 4.2. Правила безопасности при подготовке источников возбуждения к работе: напряжение генератора (искрового) порядка 15000 В является опасным для жизни человека, категорически запрещается включать генератор не опробованный и не проверенный старшим по смене; перед включением генератора необходимо проверить правильность схемы включения, что следует делать только при отключении его от сети. Осмотр приборов следует производить только при отключенной сети генератора; генератор считают подготовленным к работе тогда, когда проверены: исправность проводов первичной и вторичной цепи, наличие заземления его корпуса, исправность выключателя, помещенного на пульте управления генератора, правильность подключения электрода, заземление рельса оптического прибора, при невыполнении хотя бы одного из этих пунктов, включать генератор запрещается; повреждения первичной или вторичной цепи генератора устраняет дежурный электрик; заземляющие провода следует подключать только к капитальным шинам заземления. 4.3. Правила безопасных приемов работы: при управлении работой генератора следует стоять на резиновом диэлектрическом коврике; нельзя касаться электродов при включении генератора; горячие электроды брать только пинцетом; при использовании штативов открытого типа, фотографирование спектра производить только в защитных очках; при отсутствии вытяжной вентиляции в помещении, работать с источником возбуждения запрещается; исправлять генератор можно только отключив его от сети; при работе на генераторе с конденсированной искрой в помещении должно быть не менее двух человек, включая работающего; фотометрирование проводить в затемненной комнате, чередуя с фотографированием; все операции по подготовке пробы, связанные с выделением газов, производить под вытяжкой; оставляя помещение, необходимо выключить общий рубильник, дверь помещения закрыть на ключ. 4.4. Правила безопасности при заточке электродов и проб: к заточке электродов можно приступить только после получения инструктажа; наждачный камень должен находиться только в защитном кожухе; наждачный станок должен быть заземлен; работать на вибрирующем наждачном круге запрещается; зазор между подручником и кругом не должен превышать 2 - 3 мм; при работе нужно стоять сбоку, а не против наждачного круга; работать на наждачном круге следует в защитных очках; мелкие затачиваемые пробы необходимо удерживать ручными тисками или специальными зажимами; наждачный станок должен быть хорошо освещен. ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОГО И НЕФТЯНОГО АППАРАТОСТРОЕНИЯ (ВНИИПТхимнефтеаппаратуры) СОГЛАСОВАНО: Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (ВНИИнефтемаш) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро химического и нефтяного машиностроения (СКТБХиммаш) Список литературы 1. Гиллебранд В.Ф. Практическое руководство по неорганическому анализу, Госхимиздат, Москва, 1957. 2. Дымов A . M. Технический анализ. М., «Металлургия», 1964. 3. Степин В.В., Силаева Е.В. и др. Анализ черных металлов, сплавов и марганцевых руд. М., Изд-во черной и цветной металлургии, 1964. 4. Теплоухов В.И. Экспресс-анализ стали. М., Изд-во черной и цветной металлургии, 1961. 5. Пешкова В.М., Громова М.И. Практическое руководство по спектрофотометрии и колориметрии. М., Изд-во МГУ , 1965. 6. Химический и спектральный анализ в металлургии. Практическое руководство. М., «Наука», 1965. 7. Конкин В.Д., Клемешов Г.А., Никитина О.И. Методы химического, физико-химического и спектрального анализа сырья, металла и шлака на металлургических заводах. Харьков, Изд-во черной и цветной металлургии, 1961. 8. Бабко А.К., Марченко А.В., Фотометрический анализ. Методы определения неметаллов, М., «Химия», 1974. 9. Шарло Г., Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений, М., «Химия», 1966. 10. Редкоземельные элементы. Изд-во Академии наук СССР, Москва, 1963. 11. Сендел Е. Колориметрические методы определения следов металлов, Изд-во «Мир», Москва, 1964. 12. Коростелев П.П. Реактивы и растворы в металлургическом анализе. Москва, Изд-во «Металлургия», 1977. 13. Редкоземельные элементы. Изд-во Академии наук СССР, Москва, 1963. 14. Васильева М.Т., Малыкина В.М. и др. Анализ бора и его соединений, М., Атомиздат, 1965. 15. Конкин В.Д., Жихарева В.И. Комплексонометрический анализ, Издательство «Техника», Киев, 1964. 16. Еремин Ю.Г., Раевская В.В. и др. «Заводская лаборатория», 1964, № 12. 17. Еремин Ю.Г., Раевская В.В., Романов П.Н. Известия высших учебных заведений. «Химия и химическая технология», т. IX, вып. 6, 1966. 18. Еремин Ю.Г., Раевская В.В., Романов П.Н. «Журнал аналитической химии», 1966, т. XXI, 11, стр. 1303 19. Еремин Ю.Г., Раевская В.В., Романов П.Н. «Заводская лаборатория», 1962, № 2. Определяемый элемент Наименование метода анализа Текущие затраты Капитальные вложения Приведенные затраты Кулонометрический Кулонометрический Газообъемный Фосфор в углеродистых сталях Фотоколориметрический Фотоколориметрический Объемный Фосфор в легированных сталях Титриметрический Экстракционно-фотометрический Фотометрический Метод с массовой долей вольфрама Экстракционно-фотометрический Кремний в легированных сталях Фотометрический Фотоколориметрический Гравиметрический Кремний в углеродистых сталях Весовой серноазотнокислотный Фотоколориметрический Весовой солянокислотный Весовой хлорнокислотный Фотоколориметрический Никель в легированных сталях Весовой метод Дифференциальный спектрофотометрический Медь в легированных сталях Экстракционно-фотометрический Фотоколориметрический Фотометрический Полярографический Титриметрический Гравиметрический Атомно-абсорбционный Цирконий в легированных статьях Весовой купферронофосфатный Фотоколориметрический Молибден в легированных сталях : Весовой плюмбатный Фотоколориметрический Фотоколориметрический Ванадий в легированных сталях Объемный метод Фотоколориметрический Потенциометрический Алюминий в легированных сталях Весовой с электролизом Фотоколориметрический Весовой фторидный Кобальт в легированных сталях Фотометрический (0,1 - 0,5 %) Фотоколориметрический Фотометрический (0,5 - 3,0 %) Мышьяк в углеродистых сталях Объемный Фотоколориметрический Фотоколориметрический Бор в легированных сталях Колориметрический с хинализарином Экстракционно-фотометрический Колориметрический с кармином Потенциометрический Ниобий в легированных сталях Весовой гидролитический Фотоколориметрический Весовой с таннином Фотоколориметрический Фотоколориметрический роданидный Церий в легированных сталях Фотоколориметрический Фотоколориметрический Примечания к приложению: текущие затраты на выполнение одного анализа складываются из суммы зарплаты лаборантов, амортизации на оборудование, занятого при выполнении анализа и стоимости химических реактивов, применяемых для одного анализа; капитальные вложения включают в себя стоимость оборудования, относимого на выполнение одного анализа; приведенные затраты включают в себя текущие затраты и капвложения, умноженные на нормативный коэффициент, равный 0,15.