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废旧金属处理厂 - 挑战手持式分析仪的极限

作者:1,2,3,4,5 来源: 日期:2018-8-10 16:24:00 人气:3

对于手持式合金分析仪,废旧金属处理厂堪称是条件最恶劣、困难最大的使用环境之一。

冲击、摔落、振动、雨水、尘土和尖锐物体等都是日常广泛存在的风险因素。通过采取一定的预防措施、进行适当的培训和掌握一定的常识,很多事故是可以避免的。但始终还是做不到万全。

现代化的手持式仪器能够在严酷的室外环境下正常工作,并能够在一定程度上耐受比较粗暴的使用方式。

下面,日立分析仪器的产品经理MikkoJärvikivi将介绍高精密的实验室仪器如何转变成高度耐用的手持工具,以及当今技术的局限性所在之处。

分析仪前端 - 弱点所在

长期操作使用手持式X射线荧光(XRF)光谱仪的人几乎都对仪器的前端,特别是脆弱的X射线探头敏感性有过痛苦的体验。仪器探头一旦出现破孔,则将带来高昂的维修成本,因此应当尽一切可能予以避免。

为了确保仪器发挥最佳的性能,并能够检测出镁、铝、硅、硫及磷等轻元素,往往需要将探头放置在距离测量窗口非常近的位置。而为了保证探测信号能够在无衰减的情况下到达探头,又必须使用尽可能薄的材料制作测量窗口,在这两方面因素的影响下,XRF光谱仪的前端非常敏感,使探头破孔成为仪器意外损坏的最常见原因之一。

在过去的几年中,业界推出了多项措施以预防探头破孔。一般的解决办法是采用不同种类的防护罩保护测量窗口或探头。防护罩可以给现场作业提供额外一层的安全保护,但同时也存在一项需要重视的问题:

如果在探头和待测样品之间的路径上存在障碍物,则会在一定程度上影响分析性能。这一点也是XRF基本物理特性所决定的局限性。一般来说,使用防护罩会略微延长测量时间,以及提高轻元素的检测限。举例来说,如果需要监测不锈钢中的含磷量,或根据镁、硅含量拆分相近的铝等级,那么一般就无法使用防护罩,这一点在选择仪器时需要予以考虑。

相比之下,手持式激光诱导击穿光谱(LIBS)分析仪则采用了完全不同的技术,因此其对切屑等尖锐物体不敏感。LIBS分析仪的测量光学器件采用蓝宝石玻璃(已知最坚硬的材料之一)进行防护。部分仪器的测量窗口甚至采用了嵌入式设计,保证玻璃自身不会接触样品。使用人员仅需随时保持测量窗口的清洁,即可保证最佳的分析性能。

摔落仪器是大忌

对于价格高达五位数的精密仪器,不慎摔落可是个大忌。当前的很多仪器在宣传时都声称符合MIL-STD-810G,但这一点到底是什么意思?在防止意外摔落和粗暴使用方面其又能提供哪些防护?

MIL是由美国军方制定的一套标准,其中包含一系列的试验方法,可用于模拟实验室环境下的耐用性分析,但其不会在真正的现场环境下进行试验。MIL-STD-810G标准中包括多项子试验项目,例如跌落试验、被测仪器表面菌类生长试验等等。仔细查看仪器的技术规格可以发现,针对手持式分析仪所开展的一般试验主要集中在摔落、冲击、振动和运输方面。此外,还需要针对性地了解各项试验是否严格按照规范执行,仪器预期的可能摔落高度是否低于规格要求高度等内容。

要通过MIL-STD-810G跌落试验,需要在4英尺(122cm)的高度下,按照不同的角度将仪器摔落到2英寸(5cm)厚的胶合板平台26次。最多可使用5台不同的设备进行此项试验,也就是说不一定使用一台设备连续通过26次摔落。目前,采用最新型设计的手持式光谱仪已经能够在不损坏任何关键零部件或内部电子元件的情况下通过此项试验。

但需要注意的是,通过军方的标准试验并不能作为产品的质量保证。也就是说,用户不慎将仪器摔落造成的后果不在产品质保范围之内。仪器内部通常会装配有振动传感器,能够显示出仪器工作期间是否经受过摔落。另外,如果将仪器摔落到沥青或水泥地面等硬质表面上,那么与模拟试验中摔落到胶合板上就是两码事了。因此,即便目前的仪器相比以往在坚固程度上已经有了显著的提高,在使用时也应当始终牢系腕带或系索。

水和尘土 - 问题不大

水、尘土、油污及切削液等在废旧金属处理厂内随处可见。幸好当今的仪器已经能够耐受这些环境条件。目前大部分的仪器的防护等级都达到IP54(欧洲)或NEMA3(美国),能够耐受溅水及尘土。部分防护等级较高的仪器甚至可以耐受进水,但同时其分析能力也会受到限制,因为需要使用较厚的薄膜保护仪器前端,从而造成其无法检测轻元素。

在小雨及多尘环境下,对于大部分手持式分析仪而言,只要定期对其进行清洁,并经常检查测量窗口的清洁情况即可保证仪器正常工作。分析仪不可在大雨环境下使用,而且其任何部分均不能没入水中。

在潮湿、多尘环境下,样品表面的情况也会影响仪器工作,因为水和颗粒物会在一定程度上影响分析性能。因此,建议在进行测量之前,对样品表面进行干燥和清洁。在使用对样品表面情况敏感度高于XRF光谱仪的LIBS光谱仪时,这一点尤为重要。

最好的办法

采用最新型设计的手持式光谱仪当前基本可以保证能够在最为严苛的环境下正常工作。但是,从物理角度上说,还是存在无法克服的局限性,如何制造出不会损坏的仪器仍然是业界面临的难题。

为了保证仪器长期、稳定的工作,最好的办法就是严格按照使用说明谨慎使用仪器。对于部分无法避免的意外情况,相比以往,现今生产的仪器经受住考验从而维持正常工作的几率已大幅提升。



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