Project Description

Optikai Emissziós Spektroszkópia, vagy rövidítve OES egy megbízható és széles körben  használt analitikai módszer a fémek elemösszetétel meghatározására.
Az OES-vel tesztelhetőek az elsődleges és másodlagos fémtermelésből származó olvadék minták valamint a fémfeldolgozó iparágak mintái, csövek, csavarok, rudak, huzalok, lemezek stb.
Az elektromágneses spektrumból az OES az ultraibolyától a látható fény tetejéig tartó szakaszt hasznosítja, számszerűsítve, ez kb. a 130nm-800nm hullámhosszba esik.
A tömör fémmintákban amelyek széles koncentráció tartományt tartalmaznak az OES nagy pontossággal, precizitással és nagy érzékenységgel(alacsony kimutatási határral) képes analizálni az elemek széles tartományát a lítiumtól az uránig.
Az elemek és koncentrációk amit az OES meg tud határozni, függ a vizsgált anyagtól és az alkalmazott analizátor típusától.

Hogyan működik az optikai emissziós spektroszkópia?

Az összes OES analizátor 3 fő komponensből áll. Az első az elektromos forrás, ami az atomok gerjesztésére szolgál az adott fémmintában, amik a gerjesztés után karakterisztikus sugárzást bocsátanak ki. A különböző hullámhosszon kibocsátott sugárzások vonalas színképet alkotnak, ami minden elemnek egyedi. Ehhez a minta egy kis részletét több ezer fokosra kell melegíteni. A nagyfrekvenciás elektromos forrás a spektrométerben egy elektródon keresztül folyik. A minta és az elektród közötti elektromos potenciálkülönbség villamos kisülést eredményez, ez áthalad a mintán, felmelegíti és párologtatja az anyagot a külső felületén és gerjeszti annak atomjait, amelyek ezután kibocsájtják az elemre jellemző karakterisztikus emissziós vonalakat (vonalas színkép).
Két formája tud létrejönni az elektromos kisülésnek. Az egyik egy ív, ami hasonló egy villámcsapáshoz, a másik pedig egy szikra. Ezt a két üzemmódot a mért elemtől és a szükséges pontosságtól függően használjuk.
A második komponens az optikai rendszer. Az emittált sugárzás áthalad a spektrométerbe, ahol a spektrométer diffrakción alapuló osztályozás szerint szétválasztja a bejövő fényt hullámhossz szerint, majd egy detektor minden hullámhosszon megméri a fény intenzitását. Az intenzitás nagysága arányos a mintában lévő elemek koncentrációjával.

A harmadik komponens a számítógépes rendszer. Ez feldolgozza a mért intenzitásokat és koncentrációvá alakítja azokat.

Hogyan tudunk létrehozni elem-specifikus emissziós vonalakat egy fém mintából?

Amikor az elektromos kisülésből származó energia kölcsönhat egy atommal, néhány elektron az atom külső héjáról magasabb pályára kerül. A kilépett elektronok kevésbé fognak kötődni, mert távolabb vannak az atommagtól, illetve üres helyet hoznak létre, ami az atomot instabillá teszi. Ahhoz, hogy helyreálljon a stabilitás ezek az elektronok visszamennek az üres helyekre. A két héj közötti energia különbség elem-specifikus fény vagy optikai emisszió formájában kerül kibocsátásra.

Minden elem olyan spektrális vonalak sorozatát bocsátja ki, amelyek megfelelnek a különböző energiaszintek (héjak) közötti különbségnek. Mindegyik átmenet egy meghatározott optikai emissziós vonalat hoz létre, amelynek fix hullámhossza vagy sugárzási energiája van.
Egy tipikus fém mintában lévő elemek (vas, mangán, króm, nikkel, vanádium stb.) mindegyike sok hullámhosszon bocsátanak ki, ami egy gazdag spektrumhoz vezet. Például a vas több mint 8000 különböző hullámhosszon bocsát ki.
A mintában lévő atomok által kibocsátott jellegzetes fény az optikai rendszerbe kerül (ahol a high-tech osztályozás révén spektrális hullámhosszokra oszlik), ami milliméterenként 3600 barázdát tartalmaz.

A detektorok feldolgozzák a spektrumot, amely a fényintenzitás csúcsokat mutatja a hullámhosszukhoz képest. Ez azt jelenti, hogy az OES kvalitatív és kvantitatív adatokat is szolgáltat a mért mintáról.
A spektrum alapján azonosíthatóak az elemek, és csúcs területeik/intenzitásaik jelzik a koncentrációjukat az adott mintában. Ezután az analizátor ezt az információt használja a minta elemi összetételének kiszámításához hitelesített referenciaanyaggal végzett kalibrálás alapján.
Más analitikai technikákkal összehasonlítva az OES-nek számos előnye van: gyors és viszonylag könnyen használható, számos elemet és koncentrációt sokféle anyagban mér, beleértve a szén, kén, foszfor, bór és nitrogént is. Rendkívül pontos a kis koncentrációjú elemek mérésekor, és viszonylag alacsony a költsége a többi technikához képest.