Máy quang phổ phát xạ phân tích thành phần kim loại hợp kim: nguyên lý và phân loại

1. Quang phổ phát xạ là gì?

- Quang phổ phát xạ (tiếng Anh là Optical emission spectrometer), là kỹ thuật phân tích phá hủy mẫu, xác định thành phần của kim loại, hợp kim bằng cách đo cường độ của quang phổ sinh ra từ mẫu do electron lớp ngoài bị kích thích bởi nguồn nhiệt.

- Bằng cách sử dụng máy quang phổ phát xạ, chúng ta có thể xác định được thành phần hóa học của các hợp kim, qua đó định danh được mác vật liệu như : thép cacbon, thép không gỉ, gang hợp kim thấp, …

2. Nguyên lý hoạt động:

- Giống như phương pháp XRF, quang phổ phát xạ (OES) cũng dựa trên nguyên lý kích thích nguyên tử. Trong khi XRF kích thích electron lớp bên trong thì OES lại kích thích electron ở orbitan ngoài bằng nguồn nhiệt.

nguyen-ly-hoat-dong-may-quang-pho-phat-xa-hust.com.vn

- Trong phương pháp OES, năng lượng dùng để kích thích electron trong nguyên tử được sinh ra từ tia lửa ở giữa điện cực và bề mặt mẫu. Các electron bị kích thích này sẽ sinh ra ánh sáng. Ánh sáng này đặc trưng cho từng nguyên tố hóa học, với quang phổ riêng biệt. Bằng cách đo cường độ đỉnh của phổ, máy quang phổ phát xạ sẽ định lượng được các nguyên tố có trong mẫu hợp kim.

- Một hệ máy quang phổ phát xạ thường gồm 3 phần chính:

+ Nguồn kích thích phát xạ: điện áp cao được đặt vào điện cực sinh ra tia lửa điện đốt cháy bề mặt mẫu trong môi trường khí Argon và sinh ra ánh sáng. Ánh sáng này sau đó sẽ đi qua thấu kính hội tụ vào buồng quang phổ

+ Buồng quang phổ: Ánh sáng sau khi qua thấu kính hội tụ đi vào buồng quang phổ có môi trường chân không và được phân tách ra thành đơn sắc dựa theo bước sóng của nó. Các anh sáng này sau đó được thu vào các bộ thu tín hiệu CCD hoặc PMT.

+ Bộ đọc và xử lý số liệu: chuyển tín hiệu quang từ các bộ thu CCD hoặc PMT sang tín hiệu điện và cho ra kết quả thành phần nguyên tố hóa học có trong mẫu.

3. Phân loại máy quang phổ phát xạ

- Dựa theo bộ thu tín hiệu trong buồng quang phổ, chúng ta có thể phân loại máy quang phổ phát xạ thành 2 loại: CCD và PMT

Chỉ tiêu	CCD (Charged couple device)	PMT (photomultiplier tube)
Công nghệ	Sử dụng một dãy các cảm biến CCD để thu tín hiệu cùng lúc nhiều nguyên tố	Sử dụng các cảm biến PMT thu tín hiệu riêng cho từng kênh (nguyên tố với bước sóng đơn lẻ)
Độ nhạy	Trung bình	Cao, giới hạn phát hiện dưới (LOD) rất thấp, đặc biệt hữu ích khi phân tích vùng bước sóng cực tím (UV)
Kích thước máy	Nhỏ gọn	Lớn
Giá thành	Rẻ	Đắt