手持合金分析儀在廢舊金屬廠的極限

對于手持式合金分析儀,廢舊金屬處理廠堪稱是條件最惡劣、困難最大的使用環境之一。

沖擊、摔落、振動、雨水、塵土和尖銳物體等都是日常廣泛存在的風險因素。通過采取一定的預防措施、進行適當的培訓和掌握一定的常識,很多事故是可以避免的。但始終還是做不到萬全。

現代化的手持式儀器能夠在嚴酷的室外環境下正常工作,并能夠在一定程度上耐受比較粗暴的使用方式。

下面,日立分析儀器的產品經理MikkoJ?rvikivi將介紹高精密的實驗室儀器如何轉變成高度耐用的手持工具,以及當今技術的局限性所在之處。

分析儀前端 - 弱點所在

長期操作使用手持式X射線熒光(XRF)光譜儀的人幾乎都對儀器的前端,特別是脆弱的X射線探頭敏感性有過痛苦的體驗。儀器探頭一旦出現破孔,則將帶來高昂的維修成本,因此應當盡一切可能予以避免。

為了確保儀器發揮最佳的性能,并能夠檢測出鎂、鋁、硅、硫及磷等輕元素,往往需要將探頭放置在距離測量窗口非常近的位置。而為了保證探測信號能夠在無衰減的情況下到達探頭,又必須使用盡可能薄的材料制作測量窗口,在這兩方面因素的影響下,XRF光譜儀的前端非常敏感,使探頭破孔成為儀器意外損壞的最常見原因之一。

在過去的幾年中,業界推出了多項措施以預防探頭破孔。一般的解決辦法是采用不同種類的防護罩保護測量窗口或探頭。防護罩可以給現場作業提供額外一層的安全保護,但同時也存在一項需要重視的問題:

如果在探頭和待測樣品之間的路徑上存在障礙物,則會在一定程度上影響分析性能。這一點也是XRF基本物理特性所決定的局限性。一般來說,使用防護罩會略微延長測量時間,以及提高輕元素的檢測限。舉例來說,如果需要監測不銹鋼中的含磷量,或根據鎂、硅含量拆分相近的鋁等級,那么一般就無法使用防護罩,這一點在選擇儀器時需要予以考慮。

相比之下,手持式激光誘導擊穿光譜(LIBS)分析儀則采用了完全不同的技術,因此其對切屑等尖銳物體不敏感。LIBS分析儀的測量光學器件采用藍寶石玻璃(已知最堅硬的材料之一)進行防護。部分儀器的測量窗口甚至采用了嵌入式設計,保證玻璃自身不會接觸樣品。使用人員僅需隨時保持測量窗口的清潔,即可保證最佳的分析性能。

摔落儀器是大忌

對于價格高達五位數的精密儀器,不慎摔落可是個大忌。當前的很多儀器在宣傳時都聲稱符合MIL-STD-810G,但這一點到底是什么意思?在防止意外摔落和粗暴使用方面其又能提供哪些防護?

MIL是由美國軍方制定的一套標準,其中包含一系列的試驗方法,可用于模擬實驗室環境下的耐用性分析,但其不會在真正的現場環境下進行試驗。MIL-STD-810G標準中包括多項子試驗項目,例如跌落試驗、被測儀器表面菌類生長試驗等等。仔細查看儀器的技術規格可以發現,針對手持式分析儀所開展的一般試驗主要集中在摔落、沖擊、振動和運輸方面。此外,還需要針對性地了解各項試驗是否嚴格按照規范執行,儀器預期的可能摔落高度是否低于規格要求高度等內容。

要通過MIL-STD-810G跌落試驗,需要在4英尺(122cm)的高度下,按照不同的角度將儀器摔落到2英寸(5cm)厚的膠合板平臺26次。最多可使用5臺不同的設備進行此項試驗,也就是說不一定使用一臺設備連續通過26次摔落。目前,采用最新型設計的手持式光譜儀已經能夠在不損壞任何關鍵零部件或內部電子元件的情況下通過此項試驗。

但需要注意的是,通過軍方的標準試驗并不能作為產品的質量保證。也就是說,用戶不慎將儀器摔落造成的后果不在產品質保范圍之內。儀器內部通常會裝配有振動傳感器,能夠顯示出儀器工作期間是否經受過摔落。另外,如果將儀器摔落到瀝青或水泥地面等硬質表面上,那么與模擬試驗中摔落到膠合板上就是兩碼事了。因此,即便目前的儀器相比以往在堅固程度上已經有了顯著的提高,在使用時也應當始終牢系腕帶或系索。

水和塵土 - 問題不大

水、塵土、油污及切削液等在廢舊金屬處理廠內隨處可見。幸好當今的儀器已經能夠耐受這些環境條件。目前大部分的儀器的防護等級都達到IP54(歐洲)或NEMA3(美國),能夠耐受濺水及塵土。部分防護等級較高的儀器甚至可以耐受進水,但同時其分析能力也會受到限制,因為需要使用較厚的薄膜保護儀器前端,從而造成其無法檢測輕元素。

在小雨及多塵環境下,對于大部分手持式分析儀而言,只要定期對其進行清潔,并經常檢查測量窗口的清潔情況即可保證儀器正常工作。分析儀不可在大雨環境下使用,而且其任何部分均不能沒入水中。

在潮濕、多塵環境下,樣品表面的情況也會影響儀器工作,因為水和顆粒物會在一定程度上影響分析性能。因此,建議在進行測量之前,對樣品表面進行干燥和清潔。在使用對樣品表面情況敏感度高于XRF光譜儀的LIBS光譜儀時,這一點尤為重要。

最好的辦法

采用最新型設計的手持式光譜儀當前基本可以保證能夠在最為嚴苛的環境下正常工作。但是,從物理角度上說,還是存在無法克服的局限性,如何制造出不會損壞的儀器仍然是業界面臨的難題。

為了保證儀器長期、穩定的工作,最好的辦法就是嚴格按照使用說明謹慎使用儀器。對于部分無法避免的意外情況,相比以往,現今生產的儀器經受住考驗從而維持正常工作的幾率已大幅提升。

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