Большие перспективы
имеет локальный РСА с ионным
возбуждением, где фон на несколько
порядков ниже и пределы обнаружения
элементов достигают 10-5 %. Однако
такие установки очень дорогостоящие и не нашли пока широкого применения
в металлургическом производстве.
Улучшению
локальности в РЭМ способствует
проведение измерений при малых
токах первичного пучка. При
этом заметно уменьшается интенсивность
генерированного рентгеновского
излучения. Слабые сигналы лучше регистрировать
полупроводниковыми энергодисперсионными
спектрометрами. Основным недостатком
таких спектрометров является плохое
энергетическое разрешение. Однако компьютерная
обработка спектров позволяет существенно
снизить этот недостаток и математически
разделить многие налагающиеся линии.
К омпьютерная обработка информации помогает
быстро пересчитывать измеренные интенсивности
рентгеновсского излучения в концентрации
определяемых элементов.
Масс-спектрометрия
вторичных ионов, МСВИ основана на бомбардировке
поверхности образца сфокусированным
пучком первичных ионов, например, аргона
с энергией в несколько килоэлектрон-вольт.
Выбиваемые из образца вторичные ионы
анализируют в масс-спектрометре. Поскольку
первичный ионный пучок разрушает образец,
в МСВИ возможно медленное удаление поверхностных
слоев.
Методом МСВИ
удается контролировать распределение
элементов и изотопов в поверхностных
слоях металлических, полупроводниковых
и диэлектрических образцов с
сmin < 10-6 %. Абсолютные пределы обнаружения при этом
составляют 10-10-10-12 г.
Для анализа
реальной поверхности (слои толщиной
около 10 нм) используют также метод
фотоэлектронной спектроскопии
или электронную спектроскопию
для химического анализа, ЭСХА.
В основе
метода ЭСХА лежит исследование спектра
фотоэлектронов, образующихся при облучении
пробы жестким рентгеновским излучением
(а также электронами, ионами, гамма-излучением).
Этим методом обычно исследуют поверхность
твёрдых тел, в том числе адсорбированные
на ней молекулы, а также процессы, протекающие
на поверхности (коррозия, адсорбция, диффузия
и др.). Абсолютные пределы обнаружения
составляют 10-7-10-9 г, воспроизводимость
5-10 %, толщина исследуемых поверхностных
слоев ~ 5 нм.
Методом ЭСХА
определяют все элементы кроме водорода. С его помощью
можно получать информацию о степени окисления
элемента, изучать природу химической
связи в соединениях.
Основной проблемой
при анализе состава поверхности
общей для всех методов, является
приготовление стандартных образцов, так как объёмный состав образца
далеко не всегда страдает состав поверхности.
Одним из наиболее перспективных способов
создания стандартных образцов является
ионная инплантация.
Наряду с
этим в последние годы проводятся
интенсивные исследования по разработке безэталонных методов
поверхностного анализа. Однако используемые
в этих методах уравнения связи аналитического
сигнала с концентрацией атомов не обладают
достаточной точностью. По мере автоматизации
измерения и оснащения приборов компьютерами
ситуация постепенно улучшается, так как
появляется все больше стандартных программ
для количественной обработки результатов.
Вопросы по методам локального
анализа и анализа поверхности
1. Области применения
ЛААП;
2. Основные
методы ЛААП;
3. Сущность оптической микроскопии;
4. Что такое
электронный зонд?
5. Основная
проблема при количественном
анализе объектов методами ЛААП;
6. Принцип работы
электронного микроскопа.
7. Что такое
локальность?
8. Каков предел
обнаружения лазерного микроспектрального анализа?
9. Назовите
главный источник погрешностей
при количественных анализах
методами ЛААП;
10. Что такое
безэталонные методы поверхностного
анализа?
5 ОРГАНИЗАЦИЯ
АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
На предприятиях
металлургической промышленности
аналитический контроль производства
осуществляет специальная служба,
в которую входят лаборатории:
центральная заводская лаборатория
(ЦЗЛ), цеховые, экспрессного анализа,
экологическая служба, анализа промышленных стоков, выбросов в атмосферу,
санитарно-промышленные и другие.
Первичными
участками лабораторной работы
на заводе являются цеховые
лаборатории, которые размещаются
либо в производственных корпусах,
либо поблизости от них в
отдельных зданиях. Они непосредственно связаны с
производством, ведут контроль исходных
материалов, технологических процессов
и готовой продукции. Типы анализов, выполняемых
в цеховой лаборатории, маркировочные,
экспрессные определяются характером
производства, которое она обслуживает.
При этом продолжительность, необходимая
для получения информации о составе анализируемого
вещества, должна соответствовать скорости
контролируемого технологического процесса.
Там, где требуется быстрота аналитического
определения, применяют экспресс-анализы,
выполняемые в наибольшем приближении
к производству -непосредственно в цехе,
на рабочем месте или в экспресс-лабораториях.
При этом используют различные системы
автоматических анализаторов, заменяющих
ручной труд лаборантов. При быстрой доставке
проб такие анализы выполняются и в цеховой
лаборатории. Например, в лабораторию
сталеплавильных цехов металлургических
заводов проба от конвертера доставляется
пневмопочтой за 30 - 40 с. Подготовка её
для спектрального анализа занимает 1,0
- 1,5 мин и определение основных компонентов
-3,0 - 3,5 мин. Таким образом, через 5-6 мин,
сталевару известен состав металла и готовность
его к выпуску.
Кроме контрольно-аналитических
функции в цеховых лабораториях
иногда выполняют и другие
работы, связанные с производством. Чаще всего к ним относятся
работы, проводимые совместно с технологами,
по выявлению и ликвидации брака. В этом
случае лаборатория проводит дополнительные
анализы исходных материалов, полуфабрикатов,
готовой продукции для определения присутствия
в них посторонних примесей. Иногда отбирают
пробы на различных стадиях производства
и дорабатывают в лаборатории при тщательном
соблюдении регламента. Это позволяет
обнаружить производственные участки,
на которых нарушается технологический
режим. В цеховых лабораториях проводят
также разработку и проверку рационализаторских
предложений по технологии производства,
если это не связано со сложной экспериментальной
работой. Все эти разработки ведут при
методической помощи центральной заводской
лаборатории (ЦЗЛ).
Цеховые лаборатории
находятся в системе ЦЗЛ и
подчинены непосредственно ей. ЦЗЛ
является главной лабораторией
на предприятии, его научно-техническим
центром. Функции ЦЗЛ разнообразны.
Здесь ведут научно-исследовательские
и экспериментальные работы, направленные на использование
в производстве современных научно-технических
достижений, на обеспечение технического
развития предприятия. В задачи ЦЗЛ входят
лабораторное освоение и проверка работ,
выполненных в научно-исследовательских
учреждениях, последующее участие в освоении
этих работ на производстве, разработка
новых, более совершенных методов аналитического
контроля сырья, полуфабрикатов, готовой
продукции и способов контроля технологических
процессов. В ЦЗЛ разрабатывают ускоренные
методы аналитического контроля, обеспечивающие
повышенную точность определений; производится
подборка методик анализа, подготовка
необходимых данных для проектов стандартов
и технических условий на новые виды продукции,
а также пересмотр действующих стандартов,
испытывают и разрабатывают новые методы
определения компонентов для достижения
большей надёжности результатов.
Кроме крупных
научно-исследовательских работ
в ЦЗЛ выполняют экспериментальные
работы, связанные с текущими
нуждами производства, например
сложные несерийные анализы. На некоторых
заводах в ЦЗЛ осуществляют контроль сырья
и готовой продукции.
Современная
аналитическая практика опирается
на большое разнообразие методик
аналитического контроля, поэтому
в ЦЗЛ имеется целый ряд
специализированных групп или лабораторий по отдельным видам
анализа.
Очень часто
выделяются лаборатории газового
анализа, спектроскопические атомно-эмиссионного
и рентгеноспектрального анализа,
электрохимические, хроматографические
и др. Для практической помощи
цеховым лабораториям ЦЗЛ имеет методические
группы, которые разрабатывают методики
и составляют рабочие инструкции применительно
к анализу сырья и продукции данного предприятия.
ЦЗЛ располагается
с учётом удобства доставки
в нее анализируемых проб и
связи с опытными цехами, но в стороне от зон производственной
загазованности. Многие предприятия имеют
контрольные лаборатории специального
назначения. К ним относится лаборатория
воды и промышленных стоков, санитарно-промышленная,
теплотехническая и др. Они подчинены
главному инженеру или главным специалистам
предприятия. Лаборатория воды и промышленных
стоков ведет постоянный контроль за процессом
очистки и качеством технической и питьевой
воды, поступающей в водопроводную сеть
предприятия. Кроме того, лаборатория
проверяет состав промышленных стоков
из цехов, контролирует работу очистных
сооружений для промышленных сточных
вод, а также качество оборотной и спускаемой
в естественные водоемы воды. Методы аналитического
контроля воды и стоков очень разнообразны,
поэтому лабораторию оборудуют приборами
для химических, физико-химических и биологических
испытаний.
В задачу
санитарно-промышленной лаборатории
входят испытания, связанные с
охраной труда на предприятии.
Эта лаборатория производит анализы
проб воздушной среды на территории предприятия, в производственных
цехах, контролирует выбросы в атмосферу
после поглотительных установок, испытывает
чистоту спецодежды, проверяет пригодность
к использованию индивидуальных средств
защиты (противогазы, респираторы). Иногда
лаборатория воды и промышленных стоков
входит в состав санитарно-промышленной
лаборатории. Теплотехническая лаборатория
проводит анализ поступающего на завод
топлива, смазочных масел, топочных газов,
золы, воды для питания паровых котлов
и т.п. Кроме того, на заводе имеются и другие
лаборатории, например в службе главного
механика, при литейном цехе, в антикоррозионном
цехе и других. Лаборатория литейного
цеха анализирует исходные материалы
для литья, формовочных смесей, ведет химический
анализ и механические испытания отливок,
исследование структуры металлов и сплавов
и т.п. Лаборатория антикоррозийного цеха
испытывает различные исходные материалы,
прочность защитных покрытий, анализирует
электролиты для гальванических ванн.
Деятельность
заводских лабораторий тесно связана с работой отдела
технического контроля (ОТК). Его главная
обязанность заключается в контроле за
качеством поступающего сырья и материалов,
предназначенных для основных производств
выпускаемой предприятием продукции,
а также за соблюдением установленной
технологии. Все испытания, проводимые
по линии ОТК, могут быть сосредоточены
в одной или нескольких лабораториях.
Лаборатории ОТК располагаются в производственных
корпусах, в центральной химической лаборатории
или самостоятельных корпусах.
Для выполнения
своих задач ОТК имеет отдельные
структурные подразделения - группы.
Так, например, группа контроля
за сырьем проверяет, в каком
виде доставляются на предприятие
сырье и материалы, соответствует
ли упаковка и транспортирование
сырья установленным требованиям, проверяет правильность
хранения всех материалов и отбирает пробы
для анализа. При установлении нарушений
в период транспортировки, повреждений
тары или упаковки представитель ОТК участвует
в составлении коммерческого акта для
последующего предъявления претензий
поставщику. Отобранные для анализа пробы
сырья помещаются в две металлические
или стеклянные банки с притертыми крышками.
Каждая банка опечатывается, пломбируется
и снабжается этикеткой с обозначением
наименования продукта, его марки, названия
завода-поставщика, массы партии, номера
партии, номера вагона или цистерны для
жидких продуктов, даты отбора пробы, номера
ГОСТа и т.д. Кроме того, на этикетке должна
быть подпись отборщика пробы. Все эти
сведения заносятся также в журнал регистрации
проб сырья. Одна из оформленных и зарегистрированных
таким образом проб передается в лабораторию
для анализа. Вторая проба хранится до
тех пор, пока весь материал не будет израсходован
или окончательно принят потребителем
(арбитражная или контрольная пробы). Обычно
такие пробы хранят в течение шести месяцев
в специальных шкафах, находящихся в отапливаемых
помещениях, где не производятся химические
операции с применением кислот или выделением
газов. Результаты анализов, а также аналитические
данные по паспорту поставщика заносятся
в журнал регистрации проб сырья, после
чего делается заключение о качестве поступившего
сырья. При несоответствии поступающего
материала нормативам стандарта всю партию
сохраняют в условиях, не допускающих
снижения качества продукта, заявляют
претензию (рекламацию) поставщику и вызывают
его представителя для совместного отбора
новой пробы, её анализа или передачи для
испытаний в арбитражную организацию.
При установлении некондиционности поступившего
сырья оформляются соответствующие акты
и документы, после чего может быть заявлено
требование уценки или бракуемая партия
отправляется обратно поставщику.
Группа контроля
готовой продукции обеспечивает
контроль качества выпускаемых
продуктов. Выработанная в цехах
продукция предъявляется контролеру ОТК, который
отбирает среднюю пробу по правилам, предусмотренным
стандартом на данный вид продукции, и
помещает её в две герметично закрывающиеся
банки или склянки. Одна из проб, снабженная
этикетками со всеми необходимыми данными,
передается в лабораторию для анализа,
другая хранится установленный срок от
трёх месяцев до одного года на случай
необходимости повторных анализов в связи
с рекламациями. Результаты контрольных
анализов, а также все остальные сведения,
относящиеся к данной пробе: наименование
продукта, номер партии, масса нетто, дата
поступления и анализа, номер анализа
записывают в регистрационном журнале;
сюда же вносят заключение о качестве
продукта, а также об упаковке и маркировке.
При соответствии продукции стандарту
или ТУ на нее оформляют паспорт - документ,
удостоверяющий качество, в котором указываются
наименование продукции, номер стандарта,
масса партии, род упаковки, номер анализа,
дата выпуска продукции и др. Если ОТК
бракует выпущенный цехом продукт, то
выясняются причины брака и уведомляется
техническое руководство завода. Забракованная
партия подлежит, если это возможно, переработке
или переводу в низшую сортность, иногда
использованию по менее ответственному
назначению.