常見合金成份檢測工藝之比較

在合金製作及鑄造行業,原材料及成品的化學成份為提供高品質產品的其中一項最為重要的因素。為了得到可靠的數據,行業間一般都是使用火花直讀光譜儀(SPARK-OES)、感應耦合電漿原子發射光譜儀 (ICP-OES)以及越來越普遍的手提式X射線螢光光譜儀(XRF)進行成份化驗。究竟各種化驗方式有甚麼優缺點及適用於那個範圍?

感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP-OES)–精準度極高,適合測量低濃度物質

ICP-OES的原理是將樣品溶液經由霧化器霧化,再進入攝氏約10000度的感應耦合電漿中游離化;在此過程中所有元素將會產生其特定之光譜線且離子濃度越高其光之強度越強,再利用偵測器偵測定量。ICP-OES的精準度極高,適合測量低濃度物質,可以達ppb級。但設備成本高,並需要液化樣品,使用上會較為不方便。

火花直讀光譜儀(SPARK-OES)–快捷、高效、廣泛應用於金屬產品

SPARK-OES的原理和ICP-OES相近,差異在於SPARK-OES的激發源為「火花」,由電極與樣品之間所產生的電孤去激發原子並釋放獨特的光譜;再利用偵測器偵測定量。精準度雖然較ICP-OES低,但設備成本較低,而且並不需要將樣品制成溶液,大多數生產商使用SPARK-OES作品質監控用途。

手提式 X 射線螢光光譜儀(XRF)– 便宜、快捷、操作簡單

XRF的原理是以高強度的X射線照射樣品,樣品會因吸收X射線的能量而被激發,放出所含元素本身特有的螢光光譜。根據不同波長的強度,就可以分析樣品中所含的元素種類和含量。

ICP-OES和SPARK-OES這兩種化驗方式均為破壞性測試,亦需要於化驗前進行樣品準備,所以越來越多公司為了提升工作效率,希望引進更方便快捷的測試方式,而其中一種較為普遍的就是手提式X射線螢光光譜儀(XRF)。手提式XRF相對兩種傳統技術方便、快捷、便宜、不需要進行樣品準備及不是破壞性測試,的確提高了不少的工作效率。

 

手提式XRF的化驗有甚麼限制

按照理論,XRF是可以進行定量及定性分析,但需要在極為嚴緊的狀態下才可以達到。

  1. 某些元素所發出的波長會相互干擾並造成誤判,這需要由專業人員進行分析,一般操作員並不容易做到;
  2. X射線源一般只會產生單一的X射線並激發特定的元素,需要因應不同的樣品而選擇適合的X射線源;
  3. 手提式XRF亦只適合檢測高原子序元素 (原子序比硫(S)高),因為原子序低的元素所放出的螢光能量較低,容易於抵達感應器前被空氣吸收,從而得不到正確的數據。由於一般鋅/鋁合金均含有低原子序元素(如鋁、鎂等),特別不適合使用手提式XRF進行檢測;
  4. 如樣品厚度小於10mm,某些元素的檢測值會有嚴重的誤差;
  5. 測試時間對XRF的準確度也有很大的影響,如只進行定性測試,可能十秒鐘就夠了。但如果需要進行定量測試,而達到ppm級,則需要10分鐘或以上,不然化驗結果會不夠精準。

 

手提式 XRF

SPARK-OES

ICP-OES

設備成本

較低

樣品準備時間

極短

化驗需時

極短 (定性) /
中 (定量)

精準度

極高

破壞性測試

適合檢查之元素範圍

原子序大於 16
的元素

可以存在於固體
的元素

可以溶於溶液
之元素


總結: 手提XRF一般只用作定性測試,用作初步檢查樣品中有沒有某些元素的存在,或是該元素的含量是高或是低;並不適合用作精準的定量測試,及發出產品分析報告(CA)或驗收之用。