DE3304842C2 - Anwendung der Funkenanregung zur spektrometrischen Bestimmung der Anteile einer chemischen Verbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spektrometrischen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von metallischen Stoffen unter Verwendung der Funkenanregung und Erfassung und Auswertung des vom untersuchten Stoff emittierten Lichtes. Um ein spektrometrisches Verfahren anzugeben, mit dem über diese Unterscheidung hinaus auch eine quantitative Angabe über die jeweilige Art der chemischen Verbindung eines Elementes in Metallen gemacht werden kann, wird vorgeschlagen, daß der zeitliche Verlauf der Intensität der von einzelnen Funken bewirkten Lichtemission verfolgt, erfaßt und ausgewertet wird.

Description

der Elemente möglich.

Aufgrund der unterschiedlichen thermodynamischen Eigenschaften der Elemente und ihrer Verbindungen, ergeben sich zu Beginn einer Entladung verschiedene Anstiege der Lichtintensität Bei der metallischen Phase ergibt sich ein Verlauf wie in Bild 1, Kurve 2 schematisch dargestellt ist, während bei Ausscheidungen ein Verhalten gemäß den Kurven 1 bzw. 3 auftritt Wird durch eine Entladung eine Mischung von Metall und Ausscheidung angeregt, verschieben sich die Kurven 1 bzw. 3 in Richtung auf Kurve 2. Das Ausmaß dieser Verschiebung erlaubt eine Angabe des Anteilsverhältnis Meiall/Ausscheidung.

Da die thermodynamischen Daten für die hier vorliegenden Temperaturen nicht bekannt sind, kann der Zusammenhang zwischen dem Maß der Verschiebung und den Anteilsverhältnissen nicht berechnet, sondern muß empirisch ermittelt werden. Je niedriger die zur Anregung benötigte Energie und die Verdampfungstemperatur, je steiler wird der zeitliche Anstieg der Intensität sein. Insbesondere bei extrem niedriger Verdampfungstemperatur ist sin »Oberschwingen« (siehe Kurve 3) möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. ist es bekannt, den zeitlichen Intensitätsverlauf bei EinPatentanspruch: zelfunken zu ermitteln. Dabei wurde auch die Lichtemission in Abhängigkeit von der Schwingungsfrequenz

   Anwendung der Funkenanregung mit einer Erfas- des Stromes untersucht Bei hohen Frequenzen ergab sung des zeitlichen Verlaufes der Intensität der von 5 sich zunächst ein starkes Untergrundgeräusch das durch einzelnen Funken bewirkten Lichtemission auf die »Dunkektasten des Lichtempfängers unterdrückt werspektrometrische Bestimmung der Anteile einer den mußte. Bei niedrigen Frequenzen vermöchte zwar chemischen Verbindung von metallischen Stoffen der Auf- und Abbau des Funkenplasmas dem Strom zu mit der Maßgabe, daß nur der Anstieg der Lichtin- folgen, wodurch die Dauer der Entladung langer wurde, tensität für eine Auswertung erfaßt wird. ίο Für eine zeitliche Auflösung waren die Fiinkenlinien

   dabei aber zu schwach geworden, so daß eine Intensi-

   tätsbestimmung nur bei höheren Frequenzen zu brauchbaren Meß- und Auswertungsergebnissen führen kann. Hierbei muß aber — und dies ergibt sich aus diesem

   Die Erfindung betrifft die Anwendung der Funkenan- 15 Stand der Technik — der Untergrund und damit der regung zur spektrometrischen Bestimmung der Anteile Intcnsitätsanstieg ausgeblendet werden, einer chemischen Verbindung. Die Erfindung geht nun gerade von diesem Vorurteil

   Bei der lichtemissionspektrometrischen Bestimmung ab und nutzt diesen Anstieg der Lichtintensität für die der chemischen Zusammensetzung metallischer Stoffe spektrometrische Bestimmung der Anteile einer chemiunter Verwendung der Funkenanregung ist es Stand der 20 sehen Verbindung von metallischen Stoffen aus. Technik, nach eine* geeigneten Vorfunkzeit das von ei- Aufgabe der Erfindung ist es, eine quantitative Anga-

   ner bestimmten Anzahl der Funken ausgesandte Licht be über die jeweilige Art der chemischen Verbindung in elektrische Impulse — und diese in elektrischen eines Elementes in Metallen zu ermöglichen. Strom — umzuwandeln. Die Summe aller Impulse ist Die Erfindung geht davon aus, daß es nicht gleichgül-

   dann ein Maß für die Konzentration des jeweiligen EIe- 25 tig ist, an welcher Stelle der Ausscheidungen oder des mentes in der gemessenen Probe. Kristallgefüges der Funke einschläft Die mit den Fun-

   Zur Ermittlung, ob ein Element in elementarer Form ken übertragene Energie läßt das Material im Bereich oder in einer chemischen Verbindung im Metall vor- der Einschlagstelle aufschmelzen und verdampfen und Hegt wurden in letzter Zeit zwei Verfahren auf der Basis regt es zur Aussendung von Licht an. lichtemissionspektrometrischer Messung beschrieben. 30 Daher ist die zeitliche Entwicklung der Lichtintensität Bei beiden Verfahren wird lediglich unterschieden nach von der Materialbeschaffenheit am Einschlagort, d. h. dem oxidisch gebundenen Anteil eines Elementes und von dessen physikalischen und chemischen Eigenschafdem »metallischen« Anteil dieses Elementes, dem auch ten abhängig. So hat sich herausgestellt, daß im wesentalle sonstigen Verbindungen dieses Elementes zugeord- liehen die zeitlichen Verläufe der Lichtintensitäten den net werden. 35 in Bild 1 dargestellten Schemen entsprechen. Es ist zu

   Bei dem einen Verfahren wird von Beginn der Abfun- erkennen, daß durch Weglassen der jeweiligen emittierkung an der zeitliche Verlauf der Lichtintensität ver- ten Lichtanteile außerhalb der durch Pfeile markierten folgt. Dieses Verfahren, das für die Ermittlung des »me- Zeiten das für die Bestimmung des Mengenanteils eines tallischen« Anteils des Aluminiums in Stahl beschrieben Elementes benutzte Lichtsignal eins größere Reproduwurde, macht sich die Tatsache zunutze, daß die Stärke 40 zierbarkeit aufweist als bei Ausnutzung des über den des Photostromes, der pulsierend durch die Lichtemis- gesamten Zeitraum emittierten Lichtes, wie es bei den sion im Zuge der Funkenentladungen erzeugt und ver- bekannten Verfahren der Spektrometrie heute gefahrensmäßig integriert wird, dann deutlich höher aus- schieht Lediglich für ein Sonderverfahren, die Spurenfällt, wenn am Einschlagsort oxidische Anteile des Alu- analyse, ist es bekannt für die meßtechnische Auswerminiums angetroffen werden, als wenn das Aluminium 45 tung einen Ausschnitt aus dem zeitlichen Verlauf der dort in »metallischer« Form vorliegt. Lichtemission heranzuziehen. Durch Auswertung des

   Bei dem anderen Verfahren wird die Verteilung der abklingenden Intensitätsverlaufs nach Beendigung einer Häufigkeit der Intensität der Einzelfunken über einen elektrischen Entladung wird eine Verbesserung der bestimmten Zeitraum ermittelt Da die »metallischen« Nachweisgrenze für die Bestimmung der Gesamtkon-Anteile gleichmäßig in der Probe verteilt sind, ent- 50 zentration eines Elementes erreicht. Dabei werden jespricht die Intensitätsverteilung der Funken, bei denen doch nicht, wie in der vorliegenden Erfindung, aus dem nur die »metallisch« vorliegenden Elemente angeregt gesamten zeitlichen Intensitätsverlauf eines Funkens werden, einer Gauß'schen Normalverteilung. Aus die- die für weitergehende Fragestellungen jeweils optimasem Grunde werden durch geeignete mathematische len Informationen genutzt.

   Mittel aus der Gesamthäufigkeitsverteilung die nicht 55 Gemäß der Erfindung werden durch geeignete Ausnormalverteilten Intensitäten entfernt und so ein Signal wahl der für die Ermittlung der chemischen Zusammenzur Ermittlung der »metallischen« Anteile gewonnen. setzung optimal geeigneten zeitlichen Anteile der Fun-

   Mit diesen bekannten Methoden ist also lediglich eine ken, die für die verschiedenen Elemente unterschiedlich Aussage über den oxidisch gebundenen Anteil eines sein können, einerseits Matrixeinflüsse (z. B. Erstar-Elementes und dessen sonstigem Vorkommen im Metall 60 rungsgefüge, Kristallkorngrößen, Größe der Auscheimöglich. Eine Unterscheidung dahingehend, ob Alumi- düngen) auf die Reproduzierbarkeit der Analysenergebnium im Stahl z. B. als Al oder AlN vorliegt, ist mit nisse vermieden; andererseits werden auf diese Weise diesen Methoden nicht möglich. Eine Aussage darüber die in den verschiedenartigen Ausscheidungen (z. B. zu erhalten wäre aber wichtig, da AIN den erwünschten Oxide, Nitride, Sulfide, Karbide) enthaltenen Anteile der Verbindungen, die eine Legierung in ihrer Eigenschaft 65 Elemente erfaßt. Insbesondere durch die Art des zeitlipositiv beeinflussen können, zuzuordnen ist. chen Intensitätsvijrlaufes zu Beginn einer Entladung

   Aus »Archiv für das Eisenhüttenwesen« (28. Jahr- sind Rückschlüsse auf die Anteile der in dem getroffegang, Heft 3, März 1957. Seiten 135-143, insbes. S. 136) nen Bereich vorliegenden chemischen Verbindungen