SU987482A1 - Способ спектрального анализа металлов и сплавов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к аналитическому приборостроению и может быть использовано при количественном спектральном анализе металлов и сплавов в авиационной, металлургической, машиностроительной,автомобилестроительной и судостроительной промышленност х .

Известны способы спектрального анализа, в которых дл  повышени  точности результатов примен етс  коррекци  результатов измерени  относительной интенсивности линий аналитической пары путем привлечени  дополнительной информации о услови х в разр де, например метод парной коррел ции между величиной аналитического сигнала и относительной интенсивностью линий фикспары, контролирующей процесс возбуждени  атомов в искровом источнике света tl3.

Недостаткомизвестных способов  вл етс  то, что в них учитываетс  вли ние только одного процесса процесса возбуждени , в то врем  как наибольшую погрешность в результаты внос т вариации процесса массопереноса пробы в разр де. Поэтому известные способы не обеспечивают достаточную точность анализа.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ спектргшьного анализа металлов и сплавов,заключающийс 

5 в одновременном измерении аналитического сигнала и относительной интенсивности линий фикспар,контролирующих массоперенос и возбуждение в разр де, и последующей коррекции результатов

0 анализа методом множественной коррел ции С2 3.

Недостатком данного способа  вл етс  ограниченность его использовани  только дл  анализа порошковых материалов и невозможность при15 менени  дл  анализа металлов и сплавов баз предварительного переведени  их в порошок. В случае, кргда пробы  вл ютс  порошковыми, вве20 дение двух дополнительных элементов образующих фикспару дл  контрол  за процессом массопереноса, легко достигаетс  путем смешивани  исследуемой пробы с добавкой. При анализе компактных образцов, какими- вл ют25 с  металлы и сплавы, введение допол-, нительных элементов непосредственно в металлическую пробу затруднительно , так как требует значительных усилий, св занных с расплавлением

30 образца и т.д.

Целью изобретени   вл етс  упрощение анализа металлов и сплавов за счет обеспечени  условий проведени  коррел ционного анализа на поверхности металлов и сплавов.

Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу спектрального анализа металлов и сплавов, заключающемус  в одновременном измерении аналитического сигнала и относительной интенсивности линий фикспар, контролирующих массоперенос и возбуждение в разр де, и последующей коррекции результатов анализа методом множественной коррел ции, предварительно осуществл ют поражение поверхности образца электрическим разр дом затем на поверхность анализируемого образца нанос т слой вещества, толщина которого равна половине глубины поражени  образца разр дом и содержащего посто нные концентрации элементов, образующих фикспары,

В насто щее врем   вл етс  очевидным , что существующее несоответствие между высоким уровнем современных аппаратурных разработок и точностью спектроаналитических методов вызвано нестабильностью газоразр дных источников света. Так, например , несмотр  на малую величину инструментальных погрешностей квантометров с управл емыми генераторами 0,6-0,7% случайные погрешности анализа составл ют дл  сталей 1,5-2,5%, а при анализе цветных сплавов 2,05 ,0%.

Одним из путей уменьшени  погрешностей анализа  вл етс  коррел ционный подход, заключающийс  в привлечении дополнительной информации о процессах в источнике света и коррекции с ее помощью результатов анализа . Процессами, которые оказывают неибольшее вли ние на изменение интенсивностей спектральных линий в источнике света,  вл ютс  процессы массопереноса и возбуждени . Дл  возможности учета их вли ни  необходимы параметры, контролирующие их изменение. В качестве параметра, след щего за изменением процесса массопереноса, может быть использована относительна  интенсивность линий фикспары -у, образуемой двум  элементами с различной упругостью паров, В качестве параметра, контролирующего процесс возбуждени  атомов в источнике света, можно использовать отнс  ение интенсивностей линий одного элемента - фикспару У . Элементы, вход щие в фикспары jp и I.j. должны быть во всех стандартных образцах и анализируемых образцах и пробах при посто нной концентрадии . Ясно, что при анализах ме таллов и сплавов атому условию трудно удовлетворить, так как в них мо .лет не быть ни одного элемента при посто нной концентрации, не говор  уже о двух и более. Кроме того , эти элементы должны поступать в разр д одновременно с анализируемыми элементами и из одного и того же места образца.

Удовлетворить этим услови м можно следующим путем. Перед проведением анализа на поверхность анализируемого образца нанос т слой вещества , содержащего эти элементы. Толщина сло  должна быть меньше глубины поражени  образца разр дом, тогда эти элементы и вещество образца будут .поступать одновременно. Методы нанесени  сло  вещества могут быть различными. Одним из вариантов  вл етс  метод электроискрового переноса .

Как известно, услови  спектрального определени  различных элементов в различных пробах индивидуальны Различны и чувствительности аналитических линий. Поэтому в спектральном анализе, как известно, при разработк методик анализа разных образцов заново проводитс  поиск оптимальных условий. При коррел ционном спектралном анализе металлов с помощью тонкой пленки, наносимой на образец, все происходит аналогично. А именно, при разработке новой методики предварительно осуществл ют поражение поверхности образца, затем на образец наноситс  слой, толщина которого примерно равна половине глубины поражени  образца разр дом. После чего толщина сло  может экспериментально уточнитьс , Оказываетс , что коррел ционные св зи с увеличением толщины сло  t станов тс  несколько сильнее, но увеличению t преп тствует сопутствующее этому уменьшение  ркости спектра образца, покрытого слоем. Услови  в источнике при коррел ционном анализе те же, что и при обычном анализе.

При оптимальном подборе фикспар TS-i Тч контролирующих процессы массопереноса и возбуждени , между аналитическим сигналом и относительными интенсивност ми фикспар -j и существует коррел ционна  св зь Поскольку изменени  аналитического сигнала и относительных интенсивностей фикспар происход т в небольших, пределах, то коррел ционна  св зь носит пр молинейный характер, .т.е. имеет вид

(1)

Z - 2 А(..,)+В(У2-у2

- средние значени  где Z, у и

Claims (2)

1. измер емых величин; А и В - коэффициенты регрессии вычисл емые при помощи парных коэффициентов коррел ции гу2 стандартов s, Sy , S измер емых величин по формулам / ТГгУ2ЧТ2 Sz . ..r. l-r S TiTa гг2. Наличие множественной коррел цио ной св зи позвол ет просто проводит результаты анализа к стандартным ус лови м в плазме. Практическа  проце дура состоит в том, что с помощью формул (1) все результаты измерений Z привод тс  к одним и тем же услови м эксперимента, характеризуемым значени ми Ti например -j- и jpj Тогда дл  любого определени , давшего отклонени  еЛу и от средни может быть введена поправка еЛ дл  измеренной величины аналитического сигнала, равна  ,В 2Г2ЛЗ)Использование коррел ционной св  дл  коррекции результатов позвол ет уменьшить случайную погрешность ана литического сигнала в l/lfl - г раз где г - коэффициент коррел ции, в случае множественной коррел ции сводный коэффициент коррел ции. Нап ример, при г 0,90 случайна  погре ность уменьшаетс  в 2,3 раза, во столько же раз уменьшаетс  коэффициент вариации, так он пр мо пропор ционален случайной погрешности аналитического сигнала Тс% - - -100% где oi-- угловой коэффициент градуировочного графика. В случае, когда основна  погрешность анализа обуславливаетс  изменением только одного из процессов дл  коррекции.достаточно наличи  коррел ционной св зи аналитического сигнала только с-одним параметром. Так, при анализе металлов и сплаВОВ , отличающихс  по своему составу основной вклад в систематическую погрешность анализа вносит различие скоростей поступлени  атомов анешизируемых элементов из образцов разного состава, температура же разр д при этом может оставатьс  неизмен- ной. В этом случае применение парно коррел ции между аналитическим сигналом и параметром, контролирующим изменение процесса поступлени  атом в разр д, может привести к уменьшению систематических погрешностей анализа. Это очень важный в практическом плане результат, так как он позвол ет значительно сократить число используемых комплектов стандартных образцов, т.е. анализировать образцы разного состава по единому комплекту. Пример. При анализе алюминиевых сплавов типа АМГ одновременно определ ютс  несколько элементов: Сг, Си, Fe, Mg, Mn, Si, Ti.B качестве элемента сравнени  используетс  элемент основы Ti. Очевидно, что степень гомологичности разных аналитических пар различна, тем более, что аналитическими лини ми большинства определ емых элементов  вл ютс  ионные линии, а в качестве линии сравнени  в паспортах дл  стандартных образцов рекомендуютс  атомные линии алюмини . Следовательно, результаты анализа в такой ситуации от гчены случайными погрешност ми как за счет несовпадени  упругости паров элементов аналитической пары, так и за счет большого различи  потенциалов возбуждени  линий. Коэффициенты вариации результатов анализа большинства элементов составл ют 10%. Анализ образцов сплавов типа АМГ проводили на спектрографе ИСП-20. В качестве источника света использовали искровой генератор ИГ-3. Дл  нанесени  дополнительного элемента Sn на поверхность исследуемого образца образцами служили стандартные образцы из комплекта 68, дл  анализа сплавов АМГ-61 использовали метод электроискрового переноса, который ПРОВОДИЛИ в течение 60 с. После этого электрод из Sn з заменили либо угольным электродом, либо парным с анализируемым. После этого оп ть зажигали искровой разр д и после 5-10 с обыскривани  осуществл ли регистрацию спектра в течение 20-30 с. Кроме спектральных линий, рекомендуемых в ; качестве аналитических,проводили фотометрирование линий АР. Градуировочные графики, построен ные дл  аналитических пар, в которых в качестве элементов сравнени  иЬпользовалс  как АВ, так и Sn (например Fe - Аб, Fe - Sn), имеют одинаковую концентрационную чувствительность . Следовательно, такой путь нанесени  дополнительного элемента может оказатьс  очень полезным при анализе образцов, в которых отсутствует элемент основы, остающийс  посто нным по концентрации дл  различных образцов, и поэтому невозможен способ спектрального анализа с использованием аналитической пары. Т.е. это путь внесени  отсутствующего элемента сравнени . В качестве фикспары, кон ролирующей процесс массопереноса, испольаовали линии А6 и Sn, фикспарой, след щей за процессом возбуждени ,  вл лась пара линий А, отличающихс  по потенциалам возбуждени . Изу чение коррел ционных св зей между этими параметрами и аналитическими сигнш1ами показало, что эти св зи  вл ютс  сильными (,80), устойчи выми (сохран етс  наклон при переходе от одной концентрации определ емого элемента к другой) и стабиль ми во времени. Применение метода множественной коррел ции дл  корре ции результатов анализа Fe/ например , уменьшило случайную погрешност результатов анализа с 10% до 3,5% (сводный коэффициент коррел ции в этом случае составл л 0,94). Использование предлагаемого способа спектрального анализа металлов и сплавов обеспечивает по сравнению с известными способами р д преимуществ : 1. Возможность получени  более высокой точности определений. При спектральном анализе продукции заводов отнесение продукции к тому или иному сорту или марке. Отбраковка негодной продукции Определ етс  точностью спектроаналитических определений. При недостаточной точн ти анализа годна  продукци  может быть признана негодной и наоборот. Граница между тем или иным сортом продукции тоже определ етс  с точностью , ограниченной погрешностью анализа. При увеличении точности анализа уменьшаетс  число неверных определений сорта. 2.Возможность анализа образцов несколько отличающихс  по составу, по единому комплекту стандартных ;образцов (т.е. уменьшение систематической погрешности анализа). 3.Повышение точности анализа о разцов мен ющегос  основного соста Изобретение может использоватьс  в лаборатори х металлургических заводов , заводов, различных областей т желой промышленности, где необходимо знание химического состава используемых металлов и сплавов. Формула изобретени  Способ спектрального анализа металлов и сплавов, заключающийс  в одновременном измерении аналитического сигнала и относительной интенсивности линий фикспар, контролирующих массоперенос и возбуждение в разр де, и последующей коррекции результатов анализа методом множественной коррел ции, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  анализа металлов и сплавов за счет обеспечени  условий проведени коррел ционного анализа на поверхности металлов и сплавов, предварительно осуществл ют поражение поверхности образца электрическим разр дом , затем на поверхность образца нанос т слой вещества, толщина которого равна половине глубины поражени  образца разр дом и содержащего посто нные концентрации элементов, образующих фикспары. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Гринзайд Е.Л., Надеждина Л.С. Использование коррел ции при определении химического состава спектрешьньами методами. - Журнал прикладной спектроскопии. 1972, т. 17, № 4, с, 571. .
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 562731, кл. G 01 -3 3/40, 1975 (прототип ) .