Основные области применения – анализ состава металлов и сплавов в металлургии и машиностроении, исследование геологических образцов и минерального сырья в горнодобывающей промышленности, анализ вод и почв в экологии, анализ моторных масел и других технических жидкостей на примеси металлов с целью диагностики состояния машин и механизмов.

Методы АЭСА

По цели проведения бывают качественные и количественные.

В зависимости от способа регистрации и измерения интенсивности спектральных линий различают:

- визуальный метод АЭСА

- фотографический метод АЭСА

- фотометрический метод АЭСА

Визуальные методы

Основаны на визуальной регистрации и фотометрии (определении почернения интенсивности спектральной линии) анализируемой пробы и являются наиболее простыми, зависящими от свойств глаза, который служит приемником излучаемого света.

Визуальные методы можно использовать только для исследования спектров с длинами волн 400-700 нм (видимая область). Средняя спектральная чувствительность глаза максимальна для желто-зеленого цвета λ≈550 нм.

Сравнивать визуально интенсивность линий разного цвета очень трудно, поэтому в качестве аналитической пары выбирают спектральные линии с близкими длинами волн. Визуально можно с достаточной точностью установить равенство интенсивностей линий или определеить наиболее яркую линию.

Визуальные методы делятся на стилоскопические и стилометрические.

Стилоскопический анализ основан на визуальном сравнении интенсивностей спектральных линий анализируемого элемента (примесей) и близлежащих линий спектра основного элемента. При этом используют заранее известные признаки (таблицы, рисунки), в которых равенству интенсивностей линий определенной аналитической пары соответствует определенная концентрация анализируемого элемента.

Стилоскопы используют для экспресс-анализа, когда не требуется высокая точность (на складах при контроле металлов, на шихтовых дворах, в пунктах сортировки). Иногда полуколичественный анализ на стилоскопах производится перед количественным анализом пробы для правильного выбора методики. Продолжительность анализа одной пробы на 6-7 элементов составляет 2-3 минуты.

Стилометрический отличается от стилоскопического тем, что более яркую линию аналитической пары ослабляют при помощи специального устройства до установления равенства интенсивностей обеих линий.

Недостатком визуальных методов является то, что измерение интенсивностей линий ограничено видимой областью спектра, утомительно, иногда отсутствует объективная информация.

Фотографические методы

Фотографические методы предусматривают фотографирование спектров спектрографами. В этом случае интенсивность светового потока определяет величину почернения (оптической плотности) изображений на пластинке (пленке).

Рабочая область спекрографа – видимая и УФ области спектра (до 1000 нм). Обычно рабочий диапазон 200-1000 нм.

Основные характеристики спекрографа: рабочая область и дисперсия (способность прибора пространственно разделять пучки лучей различных длин волн).

После получения спектров на фотопластинке их идентифицируют с помощью планшетов и спектропроектора. Затем величину почернения измеряют фотометрическим методом при помощи микрофотометра. Преимущества: объективность, документальная фиксация спектра. Недостатки: трудоемкость, небольшая скорость анализа (30-60 минут для 6-7 элементов).

Фотоэлектрические методы

Методы получили широкое распространение на металлургических и литейных заводах, так как характеризуются высокой скоростью, точностью анализа, возможностью полной автоматизации.

Данный метод основан на фотоэлектрической регистрации и фотометрии спектра анализируемой пробы. Световой поток аналитической спектральной линии определяемого элемента после отделения его монохроматором от всего остального спектра преобразует в электрический сигнал и измеряет интенсивность линии по величине этого сигнала (тока или напряжения). По своей конструкции эти приборы мало отличаются от спектрографов. Для определения концентраций всех анализируемых элементов данные приборы имеют несколько выходных щелей и называются квантометрами, квантоваками.

Методы количественного АЭСА

Все методы количественного спектрального анализа предусматривают использование комплекта стандартных образцов (эталонов, материалов сравнения) известного химического состава.

Требования, предъявляемые к стандартным образцам:

- однородность, независимо от вида контролируемого материала;

- близость валового (общего) состава к составу контролируемого материала;

- стабильность структуры у сплавов;

- отсутствие ликваций (неоднородности химического состава по сечению отливки), дефектов (трещин, пор и т.д.)

- , ci – массовая концентрация iтого компонента

К каждому комплекту стандартных образцов прилагается сертификат с указанием химического состава и погрешностей измерения каждого химического элемента. СОП – стандартные образцы предприятий. СОЖ – стандартные образцы НИИ или других заводских лабораторий.

Метод трех стандартных образцов

Этот метод может быть использован при всех видах регистрации спектра.

Экспонируя спектр контролируемого материала в тех же условиях, что и стандартные образцы, определяется интенсивность спектральной линии контролируемого элемента, используя градуировочный график, определяют искомую концентрацию. Обычно экспонирование спектров стандартных образцов осуществляется трехкратно с целью учета неоднородности образцов и условий стабильности ИВС.

Метод постоянного градуировочного графика

В этом случае градуировочный график строят заранее по большому числу точек. Для построения графика используют до нескольких десятков стандартных образцов. Спектр каждого стандартного образца фотографируется много раз в одних и тех же условиях, данные накапливаются в течение длительного времени, полученные результаты усредняют в единичном измерении.

Метод добавок

Метод добавок применяется, когда нельзя использовать стандартные образцы. При анализе порошковых проб, растворов, когда общий состав материала, подлежащего анализу, неизвестен или его невозможно воспроизвести.

Сущность метода состоит в добавлении к исследуемому материалу определенной дозы анализируемого элемента, вводимого обычно в виде соли. Оптимальное число смесей 3-5. по полученным таким образом образцам «добавкам» строят график. Условия анализа и добавки подбирают так, чтобы график был линейным. Продолжив его до пересечения с осью абсцисс, получают отрезок, равный искомой концентрации.

Сопутствующие операции

Пробоподготовка независимо от метода анализа и рода контролируемого материала осуществляется так: