فرآیند کوانتومتری

تعریف کوانتومتر

می توان گفت کوانتومتری دستگاهی می باشد که به وسیله ای آن می توان میزان مقدار عناصر مختلف در یک قطعه را شناسایی کرد آنالیز کوانتومتری به وسیله ای طیف سنجی نشر جرقه SES  از جمله سیستم های آنالیز دقیق مواد برای اندازه گیری فلزات می باشد

که می‌تواند آلیاژها را با دقت بسیار زیاد تجزیه کند و همه عناصر آلیاژی موجود و غلظت آن‌ها را در نمونه مشخص کند. زمانی که از این دستگاه که بر اساس تخلیه الکتریکی نشری کار می‌کند، بیشتر برای شناسایی و آنالیز عناصر فلزی استفاده می گردد. متداول ترین نوع آنالیز برای صنعت متالورژی است.

اساس کار کوانتومتری چگونه است

به منظور انجام این آزمایش ابتدا یک نمونه استاندارد با سطحی سنگ زده شده، سنباده زده شده و پولیش شده که کاملا صاف و عاری از هرگونه آلودگی و چربی ناشی از گریس، روغن و … باشد، تهیه کرد. همچنین باید دقت داشت که از آنجا که در برخی از دستگاه های کوانتومتری محدودیت فضا برای قرارگیری و کار روی نمونه‌ها وجود دارد، باید نمونه‌ها را در ابعاد و اندازه استاندارد آن دستگاه تهیه کرد و آن را در دستگاه قرار داد. این آزمایش بر پایه نشر نوری انجام می‌شود.

بدین صورت که در اثر جرقه زده شده نمونه در اثر تخلیه الکتریکی تبخیر می شود، اتم ها و یون های حاصل از تبخیر اتمی تحریک شده و تابش می کند که نور تابش شده از طریق یک فیبر نوری از یک طیف سنج نوری عبور می کند. با توجه به محدوده طول موج نشر نور هر عنصر، مناسب ترین خط نشری برای تعیین نوع عنصر و اندازه گیری غلظت آن عنصر در نمونه انتخاب می شود.

نکته قابل توجه در کار با دستگاه کوانتومتری، تعیین عنصر پایه یعنی عنصری که بیشترین درصد را در نمونه دارد، است. از آنجا که هر دستگاه محدودیت هایی از نظر نوع عنصر پایه داراست، به طور مثال برخی از انواع دستگاه ها فقط قابلیت آزمایش بر روی قطعاتی را دارند که دارای عنصر پایه Cu، Fe، Al هستند.

برای تشخیص اینکه عنصر پایه هر قطعه چیست می‌توان از مشخصاتی که فردی که نمونه را تهیه کرده است، ارائه کرده و یا در مواردی که تشخیص آسان نیست با قرار دادن نمونه بر روی دستگاه و انجام تست و بررسی داده های حاصل از دستگاه می توان عنصری که بیشترین حضور را در قطعه دارد (عنصر پایه) مشاهده کرده و به عنوان عنصر پایه در نظر گرفت.

اجزاء دستگاه کوانتومتری 

به منظور آنالیز کوانتومتری، از یک گاز نجیب (آرگون، هلیوم و یا مخلوط آرگون و هلیوم)  با خلوص بالا (۹۹/۹۹درصد) استفاده می‌ گردد که به منظور حذف ناخالصی‌های گاز ، یک دستگاه تصفیه گاز خنثی بر سر راه گاز وجود دارد. از گاز خنثی به منظور حفاظت از قوس(جرقه) و جلوگیری از نشر عناصر نامربوط در قسمت جرقه زدن استفاده می گردد. همین طور جریان گاز خنثی ذرات فلزی پراکنده شده توسط تخلیه الکتریکی (جرقه) را از محفظه خارج می‌کند.

جرقه ای(Spark): در این حالت، تحریک تحت شرایط ولتاژ بسیار بالا صورت می‌گیرد به این شکل که یک نقطه از نمونه را در مدت ۳۰ ثانیه تبخیر و برانگیخته می کند در نتیجه تمام عناصر همزمان طیف تولید می‌کنند و امکان آنالیز دقیق وجود دارد.
کمانی (Arc): با استفاده از این تحریک‌کننده، تحریک تحت شرایط ولتاژ پایین تر و زمان کوتاه “درحدود ۳ ثانیه ” انجام می‌شود و درنتیجه دقت پایین تر بوده و غالباً برای آنالیز های کیفی و سریع به کار می رود.

نمونه ای که تحت جرقه آرک قرار گرفته است

سیستم اپتیک شامل یک سیستم تک رنگ کننده و یک عامل آشکارساز است. تک رنگ کننده عمل جدا کردن خطوط متعدد موجود در طیف نشری نمونه را انجام می دهد که شامل یک سیستم شکاف و یک عامل تجزیه کننده نور است. سیستم شکاف نورهای هرز را حذف می‌کند و تجزیه کننده نور ، تابش را مطابق با طول موج تجزیه می کند. تجزیه کننده نور در دو نوع منشور و شبکه وجود دارد.

آشکارسازها برای اندازه گیری شدت تابش مورد استفاده قرار می‌گیرند و این عمل با تبدیل انرژی تابشی به انرژی الکتریکی انجام می‌گیرد. آشکارسازها معمولا در دو نوع فتومالتی پلایر و نیمه هادی های با محدوده طیف نوری به‌نام CCD به‌ کار گرفته‌ می‌شوند.

فتومالتی پلایرها به نحوی چیده می شوند که هر کدام از آنها یک طول موج مشخص را دریافت می کند و در تکنولوژی CCD متاسفانه امکان آشکار سازی هیچ طیفی وجود ندارد و برای اینکه بتوان از CCD در کوانتومتر استفاده کرد بایستی یک لایه یا کوتینگ بسیار ناپایدار را در سطح سی سی دی قرارداد که این لایه به دلیل ایجاد شکست نور و بالا بردن طیف کوانتومتری تا محدوده visible باعث ایجاد خطا و ناپایداری زیاد در دستگاه می گردد بنابراین تا کنون هیچ تکنولوژی بهتر و دقیق تر و پایدارتر از فتومالتی پلایر یا PMT به بازار معرفی نشده است.