Принципи лазерної спектроскопії та її практичні переваги

Лазерні спектрометри для металобрухту

Під час прийому брухту чорних і кольорових металів вкрай важливо знати не лише його хімічний склад, а й марку сплаву. Для цих цілей часто використовують прилади кількісної термографії, установки рентгеноструктурного аналізу, але все більшу популярність завойовують портативні та стаціонарні лазерні спектрометри. Хімічний склад виробів з металобрухту можна визначити за допомогою короткочасного впливу на них концентрованого і досить потужного енергетичного імпульсу. Джерелом такого імпульсу можуть бути: відкрите полум’я (полум’яна спектроскопія); підвищені температури (термографічна спектроскопія); оптичне випромінювання (рентгенографічні та лазерні прилади). Кожне з них має свої недоліки. Зокрема, при полум’яній спектроскопії важко забезпечити спрямований вплив вогню на зразок. У процесі термографічної спектроскопії вдається точно фіксувати процентний вміст лише деяких хімічних елементів (зокрема, кремнію, вуглецю і марганцю). Тому термографія допоможе лише при визначенні марок нелегованих сталей. Рентгенографічні установки вимагають спеціально обладнаних приміщень і засобів безпеки обслуговуючого персоналу.

На відміну від інших приладів, засоби спектрального аналізу позбавлені цих обмежень, оскільки діють на основі високоенергетичного лазерного пучка. Лазерні спектрометри всіх типів — стаціонарні чи мобільні — ударно збуджують електрони в певному оптичному діапазоні. Відомо, що переважна більшість легуючих елементів знаходиться в межах довжини хвилі від 287 нм (для кремнію) до 279 нм (магній, марганець). Через це генератори лазерного випромінювання виходять компактними та простими у виготовленні.

Принцип роботи лазерного спектрометра полягає у наступному: лазерний генератор впливає на певну ділянку виробу; фотоелементні пластини реєструють спектр випромінювання, який складається з хвиль різної інтенсивності; помножувач посилює первинний сигнал; результат виводиться на монітор комп’ютера (для стаціонарних установок) або на дисплей портативного пристрою.

Усі спектрометри поділяються на стаціонарні та портативні. Перевагами стаціонарних установок є: незалежність результатів від напруги живлення батарей, оскільки вони мають стабільне джерело живлення; можливість проведення аналізу при комфортних зовнішніх умовах (постійна температура, вологість, відсутність виробничих вібрацій); адаптивне програмне забезпечення, яке може оновлюватися залежно від поставлених вимог і завдань; надійний рівень сервісного обслуговування, який гарантується при підписанні договору на поставку обладнання.

Що стосується мобільних лазерних спектрометрів, то й у них є низка переваг. По-перше, вони не вимагають попередньої очистки поверхні досліджуваного зразка. По-друге, прилад можна застосовувати у важкодоступних місцях, а вбудований 2D-лазер здатний швидко просканувати навіть велику поверхню виробу. По-третє, у портативних спектрометрів є функція швидкого переміщення лазерного пучка на суміжну поверхню. Серед недоліків портативних лазерних спектрометрів можна виділити меншу (в порівнянні зі стаціонарною технікою) точність визначення необхідних параметрів та залежність роботи приладу від рівня заряду батареї.