【其他】金屬產業的關鍵分析工具—火花直讀儀 Spectroscope

一直以來，在金屬相關產業的非破壞型檢測，XRF（X-ray Fluorescence Spectrometer）與火花直讀儀（Spectroscope）一直扮演著非常重要的角色，在快速分析的方面，從大型鋼鐵業在進料時所應用的落地式WDXRF（波長散射式XRF）進行特定元素的分析，再到分析實驗室所應用的桌上型EDXRF（能量散射式XRF）進行全元素的篩選分析，甚至還有廣泛應用於市場上各大金屬回收業者的手持式XRF；主要皆是透過XRF的非破壞檢測特性，進行元素間的成份分析。另外在進階的微量成分與輕元素分析是以火花直讀儀（Spectroscope）來進一步應用。

火花直讀儀－Spectroscope，簡稱分光儀或S-OES

許多知名的金屬原料與鋼鐵鑄造業者，在金屬精煉的過程中，由於各元素的比重與特性不同，容易產生金屬材料的不均勻，進而造成加工與應用特性的影響。若需經過國際金屬認證，例：美國ASTM、日本JIS等知名驗證協會的認可，火花直讀儀是為非常重要的關鍵分析工具；其主要在進行冶煉爐前後的線上分析以及中心實驗室的產品檢驗，為亞ppm級別與痕量分析的最佳分析工具。

火花直讀儀_分光儀_XRF_金屬壓鑄_ASTM_JIS

圖1、國際的驗證協會標誌

儀器概述

火花直讀儀（分光儀），其構造是以光電倍增管、色散系統、成像系統、光柵系統與分光稜鏡所組成；透過電弧（或火花）的高溫，使樣品中各元素從固態直接氣化並被激發，進而透過各元素的不同的特徵波長，用光柵分光後，成為按波長排列的「光譜」。這些元素的特徵光譜線通過出射狹縫，射入各自的光電倍增管，光信號變成電信號，再進行元素的定量分析。主要應用於冶金、機械、科研院所、商檢、汽車、化工、造船、電力、航空航天、核電等行業，在中心實驗室或爐前對黑色純金屬及其合金、有色純金屬及其合金中化學成分的準確定量分析。

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圖2、火花直讀儀的測試台

應用實例說明

在台灣，有非常多的中小型金屬壓鑄業者，其中包含：鋅合金壓鑄、銅合金壓鑄、鋁合金壓鑄、鐵合金壓鑄，這些金屬壓鑄業者所生產出來的壓鑄件，囊括了非常多應用於電子相關產品的重要元件，以車用、光通訊與金屬電鍍等產業中，最常應用到的鋅合金壓鑄為例，每個料號的差異，則是透過銅（Cu）比例的不同與鎂（Mg）須於0.06%或0.03%以下，來辨別每個料號的號數，其濃度數據的管控，已非市售的ED-XRF能檢測到的極限，下列為美國ASTM的標準：

表一、美國材料與試驗協會（ASTM）的鋅合金標準

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但透過火花直讀儀（分光儀）進行分析時，在分析數據與檢測下限上的表現，則能夠輕易地符合認證規範的要求，測試數據如下：

表二、火花直讀儀的鋅合金測試結果

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Bruker Q4 Tasman

過去，在透過火花直讀儀（分光儀）進行分析時，首先必須控制儀器置放空間的空氣濕度，避免儀器中的電弧激發源長期在濕度過高的環境下作業，並於儀器腔體中，需持續保持一定的真空度，避免水氣與外在氣體干擾特性元素光譜的吸收，造成測試數據誤差。為此，德國布魯克（Bruker）科技有限公司推出全新的分析機種—【Bruker Q4 Tasman】，僅透過惰性氣體（氬氣吹拂）填充腔體，與CCD檢測器為基礎的快速分析機種，並搭配其多元化數據資料庫，即可應對市面上多種的金屬牌號鑑定。

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