過(guò)程控制、材料可靠性鑒定（PMI）、質(zhì)量控制、資產(chǎn)完整性管理、材料分類(lèi)、廢料回收、根本原因分析和新材料開(kāi)發(fā)均依賴(lài)于精確的元素分析，才可確保正確的規(guī)格、性能和法規(guī)合規(guī)性。商用手持式、移動(dòng)式和固定式分析儀可用于實(shí)現(xiàn)此任務(wù)，還有許多產(chǎn)品可滿(mǎn)足各種行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

金屬元素分析主要采用三種技術(shù)——激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）、直讀光譜儀（OES）和X射線(xiàn)熒光（XRF），每種技術(shù)都有其確保質(zhì)量和安全的作用。鑒于此類(lèi)技術(shù)具有不同的優(yōu)勢(shì)，似乎很難選擇合適的技術(shù)。對(duì)不同元素的分析需求加以了解將有助于針對(duì)具體的應(yīng)用領(lǐng)域選擇合適的技術(shù)。

本指南將討論關(guān)于10種需要火花OES才可獲得精確分析結(jié)果的元素、此等元素可能出現(xiàn)的情況，以及在分析此等元素時(shí)必須獲得精確結(jié)果的原因。

一、元素分析的主要技術(shù)

上述三種主要技術(shù)都以類(lèi)似的方式發(fā)揮作用——作用于材料表面，并在原子層級(jí)相互作用，以檢測(cè)存在的元素。每種技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，我們將在下面對(duì)此進(jìn)行探討：

X射線(xiàn)熒光（XRF）

XRF技術(shù)用于驗(yàn)證多種樣品的化學(xué)成分，包括金屬、非金屬、粉末、液體、固體、溶液和糊劑。XRF是一種完全無(wú)損的技術(shù)，即使對(duì)于成品部件，此種技術(shù)也可在不造成其表面損傷的情況下對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。手持式和臺(tái)式分析儀均可供使用，此種技術(shù)非常適合用于管道工程，因其可對(duì)熱樣品進(jìn)行精確分析。

XRF光譜儀的局限性在于其檢測(cè)輕元素的準(zhǔn)確性不高，輕元素通常被認(rèn)為是原子序數(shù)小于11的元素，如鋁（Al）、硅（Si）和鈣（Ca），以及稀土元素，如鈰（Ce）和鉺（Er）。另一個(gè)潛在的缺點(diǎn)是，XRF光譜儀依賴(lài)于X射線(xiàn)技術(shù)，而且此款分析儀可能需要獲得許可，這可能比較麻煩。

直讀光譜儀（OES）

與其他兩種技術(shù)相比，OES技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于其能夠檢測(cè)最廣泛的元素。對(duì)于鋼材中的所有重要元素（包括碳（C）、硼（B）、磷（P）和氮（N）），OES技術(shù)可在超低檢測(cè)含量的情況下實(shí)現(xiàn)極高準(zhǔn)確度。實(shí)質(zhì)上，OES可檢測(cè)出其他技術(shù)會(huì)漏檢的痕量元素的存在。

OES擅長(zhǎng)分析金屬和非金屬元素 ，但只能分析金屬的基體材料。這是因?yàn)镺ES的工作原理是在材料表面進(jìn)行放電，所以基體材料必須具有導(dǎo)電性。OES像LIBS一樣會(huì)在表面留下可見(jiàn)的激發(fā)斑點(diǎn)，因此不適合用于成品。最后，OES設(shè)備往往體積更大，所需的能源更多，并且該技術(shù)需要?dú)鍤夤?yīng)。

本質(zhì)上，OES能檢測(cè)到其他技術(shù)會(huì)遺漏的痕量元素。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）

LIBS分析的主要優(yōu)勢(shì)是速度快。借助手持式LIBS光譜儀，可在一秒鐘內(nèi)獲得結(jié)果——這在分析大量零件或分揀一堆廢料時(shí)是一大優(yōu)勢(shì)。這正是LIBS最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，尤其是該技術(shù)在測(cè)量大多數(shù)鋁合金時(shí)非常精確。LIBS不像XRF那樣完全無(wú)損，LIBS測(cè)量會(huì)在表面留下一個(gè)很小的激光斑點(diǎn)，因此人們不會(huì)在極為注重外觀的成品部件上使用LIBS。

此項(xiàng)技術(shù)需要在無(wú)污染物的固體表面進(jìn)行測(cè)量。目前的LIBS技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于其根本無(wú)法測(cè)量某些元素，如氧（O）、氮（N）、氫（H）、砷（As）、磷（P）、硫（S）和硼（B）。

二、10種需要火花OES才可獲得精確結(jié)果的元素

氣體元素：

1.氫

以鈦合金為例，分析時(shí)需要非常小心地控制氫元素含量。氫元素可與鈦基合金的結(jié)構(gòu)相互作用，導(dǎo)致機(jī)械降解和斷裂，尤其是在高溫下亦如此。因此，不同牌號(hào)鈦均設(shè)有氫元素最大值。對(duì)于許多牌號(hào)鈦，如1號(hào)鈦，其中的氫含量限值為0.15%，但對(duì)于醫(yī)用鈦，如2、3號(hào)鈦，合金中的氫含量必須低于0.125%。

對(duì)于鋼而言，溶解在固態(tài)鋼中的氫會(huì)在焊接時(shí)立即或在焊接后短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致冷裂紋，尤其是在熱影響區(qū)（HAZ）的碳錳鋼中亦如此。這也可能延伸至焊縫中。

使用XRF或者LIBS技術(shù)都無(wú)法檢測(cè)出氫元素，因此OES技術(shù)是最好的選擇。某些OES儀器不具備氫元素檢測(cè)能力，因此需要仔細(xì)檢查產(chǎn)品規(guī)格。另一種選擇是燃燒分析法，但此種技術(shù)難度更大，所需的儀器比OES光譜儀更加昂貴。

2. 氧

除非使用燃燒分析法，否則氧元素也可能像氫元素一樣難以分析。分析銅熔體時(shí)需要減少氧含量，因?yàn)楦吆康难鯐?huì)影響導(dǎo)電性、可塑性和耐腐蝕性；如果銅將用于電氣應(yīng)用領(lǐng)域，這一點(diǎn)尤其重要。