在PMI技术中：XRF、LIBS和OES有什么区别？
时间：2021-07-09 阅读：3408
虽然工业中材料使用的规范越来越具体，但对现场各种PMI试验的需求也在稳步增加。手持XRF、OES和手持LIBS分析仪都是用于快速确定、准确和可靠分析的常用技术，每一种设备都有其*的优势，为用户提供材料成分的定性和定量分析，广泛的应用于以下几个方面：
在进行材料分析时，了解每种设备的局限性和差异至关重要。手持XRF、OES和手持LIBS分析仪都可应用于石油化工、炼油、发电、制造、制药、核能和航空航天的生产和资产完整性管理项目中，这些验证手段有助于消除有害材料的混入、识别未知材料、提高产品质量，并有助于防止工伤。在确定待分析材料时，每个验证手段都有不同的要求，每种材料都有不同的要求，因此了解每种设备将有助于确定使用哪种技术来验证材料。
01 手持X射线荧光
X射线荧光（XRF）是无损检测（NDT）方法，为用户提供便携无损的分析手段，可提供快速、准确的分析结果。手持式XRF分析仪使用X射线管将X射线束发射到样品中，激发电子并将其从内层移开，内层的空位被外层的电子所取代，当电子填充空穴发生跃迁时，会以二次X射线的形式释放能量，这种二次能量的释放被称为荧光。每一个元素都会释放自己*的能量特征谱线，通过测量样品释放的能量特征谱线，可以确定存在哪些元素，这一过程进行了定性分析，然后，通过测量单一能量的强度并根据校正因子进行计算，就可以测量样品中每种元素的含量，这一过程进行了定量分析。
手持XRF分析仪能够测量低浓度的轻元素，如硅、磷、硫、铝和镁。同时XRF对可测量的元素有限制，比镁轻的元素不能用XRF测量，XRF的这种局限性使得无法对低碳不锈钢、碳钢和低合金钢等材料进行分级，因此用XRF分析仪无法测量碳含量。例如，XRF可以测量用于识别316不锈钢所需的元素，但无法测量用于识别同一316材料是L级还是H级所需的碳，碳是检验不同等级不锈钢（即316L或316H）所需的基本元素。
02 光学发射光谱
光学发射光谱（OES）是一种光学方法，可用于检测几乎所有类型的元素，包括不锈钢、镍和碳钢等不同基体中的碳和轻元素。OES技术通过测量碳元素来分级材料，识别低碳或高碳不锈钢等合金，例如：41xx系列、86xx系列和10xx系列碳钢等低合金。
虽然OES被认为是一种便携的技术，但将其归类为可移动技术。OES仪器的重量和尺寸因制造商而异，一般重量可达45-60磅（20-27kg）以上，并且需要一个氩气罐，根据所用罐的尺寸，该罐的重量约为20磅（9kg）。仪器和氩气罐通常用手推车运输，协助仪器移动。由于现场移动OES的重量和尺寸，在高空作业区域作业可能需要机械协助，以便将OES仪器提升至较高平台。此外，当使用OES进行分析时，每个要分析的样品都需要使用研磨机进行样品制备，该研磨机使用锆铝氧化物砂盘来制备表面。样品制备是任何OES分析中的一个关键步骤，如果样品制备不当，会产生不理想和不准确的结果。
在OES技术中，原子也被激发，但是激发能量来自于样品和仪器电极之间形成的火花。与利用X射线管照射样品的XRF不同，OES使用火花的能量，使样品中的电子发射光，并将其转化为光谱图。每一种元素都产生一种特征波长的光，同时测量光谱中该光的峰值强度，OES分析仪便可以对材料成分进行定性和定量分析。尽管OES被认为是一种无损检测方法，但样品的制备需要使用机械砂轮装置，火花也会在样品表面留下一个小的烧伤，分析后需要清除。
03 激光诱导击穿光谱
激光诱导击穿光谱（LIBS）已经存在很多年了，是一种主要用于实验室设备的技术。随着技术的最新进展，这项技术现已发展成为一种便携式手持分析仪，能够在现场测量碳，用于材料鉴定和材料分级。与OES一样，LIBS手持式分析仪分析碳也需要氩气，但LIBS分析仪无需使用外部的氩气罐、调节器和软管等装置与仪器进行连接，而是使用集成在仪器中的自耗氩气罐；分析仪使用锂电池，仪器重量小于6.5磅（2.9kg）。
LIBS分析仪分析前也需要样品制备，但仪器、研磨机和砂光盘均采用手持式尺寸都可以装在一个小箱子里，可以轻松实现将仪器运送到高架工作平台、管道沟渠和难以接近的区域，为用户在现场碳分析过程中提供真正的手持便携性。适当的样品制备是样品分析的关键步骤，样品制备不良会产生不良结果，通过适当的样品制备，用户可以获得快速、可靠和准确的结果。LIBS分析仪可用于测量低浓度的轻元素，如碳、硅和铝。LIBS分析仪的功能使用户能够轻松地对L和H级不锈钢、低合金和碳钢进行分级。LIBS分析仪还可以进行碳当量（CE）或残余元素（RE）计算，用户可以在一个简单直观的操作界面进行编辑。
LIBS技术利用脉冲激光烧蚀样品表面，产生等离子体。当等离子体冷却时，来自冷却等离子体的电子被激发，导致等离子体发光。周期表中的每个元素都会产生一个*的LIBS谱峰。通过探测器检测元素发出的特征光谱，可以检测出样品中存在哪些元素。通过测量样品中的光谱峰值及其强度，可以快速测定化学成分，并用百分比浓度（%）或百万分比浓度（PPM）进行量化。
结论
上述几种准确可行的技术均可以在现场实现化学分析。XRF、OES和LIBS技术为用户提供了一个便携式选项来验证或分级材料。了解每种技术的差异和局限性将有助于用户选择仪器，进一步满足所分析材料的特定要求。
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