Máy quang phổ phát xạ quang học: Cấu tạo, nguyên lý và hướng dẫn sử dụng

Máy quang phổ phát xạ quang học là một trong những thiết bị quan trong hàng đầu trong ngành luyện kim và gia công cơ khí. Hiện nay chúng có mặt ở trong hầu hết các phòng thí nghiệm nghiên cứu chúng mang lại hiệu quả cao về mặt phân tích, xác định những thành phần cốt yếu.

Để giúp bạn hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cùng cách sử dụng đơn giản nhất, hãy tham khảo nhanh qua bài chia sẽ chi tiết sau đây của ICG nhé.

Máy quang phổ phát xạ quang học là gì?

Máy quang phổ phát xạ quang học (Optical Emission Spectrometer – OES) hay còn gọi là máy phân tích quang phổ phát xạ là thiết bị giúp xác định hàm lượng nguyên tố kim loại/hợp kim thông qua hiện tượng các nguyên tử được kích thích sau đó phát xạ photon ở bước sóng đặc trưng - Mỗi nguyên tố tương ứng với mỗi mức phát xạ, bước sóng khác nhau.

Sau khi ánh sáng từ mẫu được tách phổ và ghi nhận cường độ vạch, thiết bị kết hợp với phần mềm phân tích chuyên sâu, sẽ so sánh với đường chuẩn được quy định sẵn, từ đó tính toán ra nồng độ từng nguyên tố. Công nghệ OES cho độ chính xác cao (thường < 0,003 % đối với C, S, N) và dải đo rộng (ppm → %) 

Nhờ cơ chế kích thích mẫu tạo ra ánh sáng đặc trưng, thiết bị cung cấp dữ liệu thành phần nguyên tố nhanh – chuẩn – đầy đủ, từ thép cacbon thường tới siêu hợp kim chịu nhiệt. Chính vì thế, các nhà máy thép, xưởng đúc gang, xưởng chế tạo phụ tùng ô tô, thậm chí phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu ... xem đây là công cụ không thể thiếu để đảm bảo sai số hóa học chỉ còn ở mức ppm.

Máy quang phổ phát xạ thường dùng với ứng dụng nổi bật nào?

1. Luyện kim & cán thép: Kiểm soát thành phần cacbon, mangan, silic trước khi đúc phôi; điều chỉnh mẻ nóng chảy theo tiêu chuẩn ASTM/EN.
2. Gia công đúc áp lực, đúc khuôn: Phân tích Al, Mg, Zn, Cu để ngăn sai hỏng cấu trúc vật liệu.
3. Kiểm tra nhận dạng vật liệu (PMI): Phân loại phế liệu, xác minh hợp kim chống ăn mòn, siêu duplex trong dầu khí.
4. Nghiên cứu phát triển vật liệu mới: Theo dõi nguyên tố vết (B, Ti, Nb) trong siêu hợp kim turbine.

Nhờ tốc độ phân tích tính bằng giây và khả năng đo trực tiếp mẫu rắn mà máy phân tích thành phần hợp kim bằng OES luôn được ưa chuộng hơn các phương pháp ướt, ICP hay XRF khi yêu cầu đặt ra là vừa nhanh vừa chính xác.

Xem thêm các công nghệ:

• Kỹ thuật quang phổ Ramna - Cấu tạo và nguyên lý
• Huỳnh quang tia X là gì? Ứng dụng ra sao
• So sánh 2 loại XRD và XRF
• Các kỹ thuật phân tích quang phổ phổ biến
• Tìm hiểu nhanh các ứng dụng của quang phổ Raman
• +5 dòng thiết bị huỳnh quang tia X nổi tiếng

Cấu tạo máy quang phổ phát xạ quang học ra sao?

• Spark stand dạng open-stand: Thay điện cực & vệ sinh dễ dàng, phù hợp mẫu đúc, thanh, cuộn dây.
• Hệ quang tản nhiệt độc quyền O-PTICAL: Ổn định bước sóng, giảm trôi điểm 0, cho kết quả lặp tốt (< ±0,5 σ).
• Phần mềm TAS-MAN Suite: Giao diện biểu đồ SPC, kết nối ERP, tự động gợi ý hiệu chuẩn.
• Tùy chọn buồng UV sâu 130–180 nm: Đo N, P, S trong thép không gỉ hoặc Al.

Nhờ cấu tạo tối ưu, máy quang phổ phân tích hợp kim này đáp ứng ISO 17025, phù hợp dây chuyền đúc thép vừa và nhỏ.

Tìm hiểu nguyên lý máy quang phổ phát xạ quang học

Kích thích tia lửa/hồ quang

Dòng điện cao áp giữa điện cực vonfram và mẫu trong khí Argon tạo plasma cục bộ. Năng lượng cao làm bề mặt mẫu bốc hơi, nguyên tử hóa và ion hóa 

Phát xạ photon đặc trưng

Các electron quay về trạng thái cơ bản phát ra ánh sáng với bước sóng λ đặc trưng từng nguyên tố (Fe = 259,94 nm, C = 247,86 nm…) 

Tách & hội tụ phổ

Hệ gương – cách tử tách chùm ánh sáng hỗn hợp thành dải phổ đơn sắc, sau đó hội tụ đúng vị trí pixel trên detector 

Nhận tín hiệu – định lượng

Cường độ vạch phổ (I) tỷ lệ tuyến tính với hàm lượng nguyên tố (C). Hàm hiệu chuẩn: C = aI + b. Phần mềm tự bù trôi nhiệt, áp dụng chuẩn nội/ngoại suy để trả kết quả chỉ sau 3–5 s.

Đối với máy quang phổ phát xạ hồ quang dùng phân tích gang, hồ quang liên tục tạo vùng nóng rộng hơn tia lửa, thích hợp mẫu khó đánh bóng hoặc có graphit.

Hướng dẫn cơ bản cách sử dụng máy quang phổ

Lưu ý: hướng dẫn sau phù hợp hầu hết model spark/arc OES; tham khảo chi tiết trong manual của hãng.

Chuẩn bị mẫu

• Tùy theo loại mẫu và cách thực hiện, bạn có thể cắt lát dày ≥ 5 mm, mài phẳng & sạch bằng giấy SiC P120 → P240, tránh phân lớp xỉ.
• Thổi bụi, không chạm tay để tránh nhiễm dầu. 

Khởi động máy

• Mở nguồn, bật khí Ar 99,999 %.
• Đợi nguồn cao áp & CCD ổn định ~ 60 s trước khi hiệu chuẩn. 

Hiệu chuẩn nhanh (Standardization)

• Chọn khối hợp kim chuẩn (CRM) tương ứng mác thép/hợp kim.
• Bắn 3 điểm → phần mềm tự tính đường chuẩn, lưu. hoặc có thể tùy theo loại máy, công nghệ mà bạn thực hiện tương đương

Thiết lập chế độ phân tích

• Chọn “Alloy Program” hoặc “Base Program” (thép, Al, Cu, Ni…).
• Điều chỉnh thông số Spark (điện áp, dòng, thời gian pre-burn) theo hướng dẫn. 

Phân tích mẫu

• Áp mẫu sát buồng spark, nhấn “Start”.
• Quan sát tín hiệu nền; nếu nhiễu cao, đánh bóng lại.
• Kết quả tự hiển thị, xuất PDF/csv hoặc gửi trực tiếp sang hệ thống ERP. .

Trên đây là một số thông tin cơ bản từ khái niệm, cấu tạo, nguyên lý tới hướng dẫn sử dụng của máy quang phổ phát xạ quang học – hay còn được gọi là máy quang phổ phát xạ OES. Hy vọng với những chia sẽ trên giúp bạn có những thông tin hữu ích nhất và khái quát nhất khi cần nhé.

Nếu cần thêm thông tin chi tiết về model Q4 TASMAN Series 2 hoặc các dòng máy quang phổ phát xạ hồ quang chuyên phân tích gang thép, hãy liên hệ ngay đội ngũ chuyên gia của chúng tôi để được tư vấn giải pháp tối ưu.

CÔNG TY CỔ PHẦN KHOA HỌC VÀ ĐỔI MỚI CÔNG NGHỆ ICG

• Địa chỉ: Tầng 14, Tòa Nhà HM Town, 412 Nguyễn Thị Minh Khai, Phường Bàn Cờ, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam
• Hotline: 0865 958 468
• Email: info@icgscitech.com.vn