金属材料成分分析方法
金属材料成分分析方法【1】
摘要：各行各业需求的金属材料日益增加，一系列高性能的新型金属材料因迅速发展的高科技技术应运而生。
想要深入了解金属材料的组成成分和金属材料性能的应用特性，就必须对这些金属材料进行定量和定性的成分分析。
文章阐述了分析金属材料成分的重要性，对传统金属材料成分分析技术和新型金属材料成分分析技术做了介绍。
关键词：金属材料;材料成分;传统分析技术;新型分析技术;金属属性
金属材料与国家的发展建设密不可分。
金属材料凭借其广泛应用性这一特点在各行各业都出现供不应求的情况。
对金属材料的成分进行分析，可以全面了解其金属特性、各种金属材料适合应用的行业和领域，使其充分发挥作用，避免浪费、节约成本，同时可以为日后更为新型的金属材料研制、开发奠定基础。
通过对金属材料成分进行分析，可以深入了解金属材料所表现出性能的原因和规律。
因为金属材料各种不同成分的原子之间在晶体构造和结合键等方面存在差异，所以对其所表现出来的性能都各有不同。
深入了解金属材料的组成成分，才能正确地对该种金属材料进行加工，在明确其组成成分的基础上，通过理论知识和生产实践找出最适合这种金属材料的加工方法。
正确的金属加工方法不仅可以事半功倍，还可以充分保证金属材料的性能。
在选择正确的金属加工方法后，还必须对加工出来的金属材料进行热处理。
对金属材料的热处理不仅可以去除加工环节中出现的缺陷问题，更重要的是显著改善金属材料的性能。
总之，正确分析出金属材料的成分，不仅可以充分发挥材料的性能，还可以降低生产成本，最大化经济利益。
2 传统金属材料成分分析方法
2.1 分光光度法
分光光度法是传统金属材料分析方法中最常见的一种方法，这种方法有完整的定律依据。
通过定性、定量观察，计算被测物质在一定波长范围或特定波长处的发光强度或吸光度来确定金属材料的成分。
实验中采用分光光度计，把波长分别不同的光均匀连续地照射到一种溶液中。
这种溶液不是任何溶液都可以的，它在浓度上有一定的特殊性。
通过观察不同波长被相应吸收的强度就可以定性得到金属材料的成分。
2.2 滴定分析法
滴定分析法是一种较为方便、快捷的分析金属材料成分的方法。
这种分析金属材料成分的方法原理是通过向被测定溶液中添加已知精确浓度的标准溶液。
直到被测物质和已知精确浓度溶液完全按照化学计量单位充分反应为止。
待反应完全，记录下所消耗的已知浓度标准溶液体积，查出标准溶液的相关量就可以得出待测物质的含量。
这种方法在目前仍可以准确、快速地分析出金属材料的成分。
2.3 原子光谱分析法
原子光谱分析法可以分为原子吸收光谱法和原子发射光谱法，是一种传统的分析金属材料成分的技术。
原子吸收光谱法分析金属材料成分的原理是通过气态状态下基态原子的外层电子对可见光和紫外线的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量分析被测元素含量。
这种测量方法特别适合对气态原子吸收光辐射，具有灵敏度高、抗干扰能力强、选择性强、分析范围广以及精密度高等优点。
当然这种方法也有其缺陷，不能同时分析多种元素。
令人不满意的方面还有对难熔元素测定时灵敏度不高，在测量一些复杂样品时的效果也不尽如人意。
原子发射光谱法是利用光谱学分析金属材料成分的一种最为古老的方法。
这种方法的原理是通过各元素离子或原子在电或热激发下具有发射出特殊电磁辐射的特性。
这种方法是利用发射物来进行定性与定量的元素分析，其可以同时测定多种元素，以消耗较少的样品就可以达到测量目的，同时还可以较快地得到测定结果，一般检测整批样品时采用这种方法，但较差的精确度是其致命的缺点，并且只能检测金属材料成分，对于大多数非金属成分束手无策。
2.4 X射线荧光光谱法
X射线荧光光谱法大多用来测定金属元素，也是一种比较传统的金属材料成分测定法。
它的原理是：基态原子在没有被激发状态下会处于低能状态，而一旦被一定频率的辐射线激发就会变成高能状态，高能状态下会发射荧光，这种荧光的波长非常特殊，测定出这些X射线荧光谱线的波长就可以测定出样品的元素种类。
测定出元素种类以后，把标准样品的谱线强度作为参照比较被测样品的谱线，即可以得出样品元素的确定、准确含量。
X射线荧光光谱法确定金属材料成分的方法广泛应用在水质监测、环境科学、矿物、医学分析、生物制品等方面。
2.5 电分析法
电分析法也是一种传统的金属材料成分分析法。
最初这种方法只是为了探究发生在金属电池中的化学反应，后来被用来测定金属材料成分。
它所依据的原理是金属材料电性质和组成含量的关联性，但这种方法与其他分析金属材料成分的方法相比，因为实施的困难性、被干扰的高误差性而渐渐退出历史舞台。
3 新型金属材料成分分析方法
3.1 激光诱导等离子体光谱法
激光诱导等离子体光谱法分析金属材料成分不需要在复杂的设备上进行，对设备要求不高，因而投资不会很高。
这种方法的优势是可以同时对多种元素进行测量，所以有较高的效率，多用这种方法测定不锈钢中的元素种类。
使用范围较为狭窄是激光诱导等离子体光谱方法的唯一不足。
3.2 电感耦合等离子体质谱法
这种方法的'发展要从20世纪70年代算起，其原理是分析材料中同位素和无机元素来达到分析出金属材料的成分。
其具体过程是：电感耦合等离子体在高温状态下会发生电离。
质谱仪优点非常显著，它可以达到快速、灵敏扫描的目的。
运用一种接口技术将这两种特性巧妙地结合起来从而形成独特的分析技术。
这种分析技术应用最广的是贵重、难熔、稀有的金属。
电感耦合等离子体质谱法的优点是灵敏度高、操作简单、测定过程快速、准确度高;缺点是使用这种方法时成本会相当高，因此这种方法大多使用在较为特殊的金属中。
3.3 石墨炉原子吸收法
石墨炉原子吸收法也是一种新型的金属材料成分分析方法，它的原理是通过检测被特殊石墨所吸附原子的种类来确定金属材料成分。
这种方法使用的原子化仪器是用特殊石墨材料制成的，并且对这些仪器的形状有特殊的要求，加工成类似杯子状或者管状以加大接触面积。
测定过程中因为样品成分都进行了原子化，并且避免了原子浓度的稀释，所以这种测定方法具有很高的灵敏度，在其应用领域使用范围很广，尤其是对固体样品和少量样品的分析。
4 结语
综上所述，分析金属材料成分、了解其成分构成可以使金属的性能应用得到充分保障。
如果想提高金属材料的性能，可以对其进行精确的成分分析，在确定该金属材料成分后，就可以选择正确的措施。
本文主要探讨了金属材料成分分析的方法，从传统方法和新型方法两个方面着手，详细介绍了很多种金属材料成分分析的方法。
在这些方法中，无处不体现科学技术的高度重要性。
科学技术的应用在提高金属材料成分分析结果准确性的同时，还提高了其效率。
与此同时，也应该清醒地认识到现有金属材料成分分析方法在效率和准确性上的不足，从这两方面着手不断探索新型技术手段进行金属材料分析。
参考文献
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金属材料成分分析技术现状及发展趋势【2】
摘 要：本文介绍了金属材料成分分析的发展背景，并分析金属材料成分分析重要性，然后详细介绍金属成分分析的传统方法和新方法，并根据金属材料分析方法发展现状分析其发展趋势，最后对全文进行总结分析。
关键词：金属材料;成分分析;重要性;分析方法;发展趋势
1 概述
国家建设与金属材料密不可分，随着科技的发展，金属材料的分析方法也在不断改进，从最初被应用的传统方法到如今的最新技术。
由于金属材料可以广泛应用于各个不同行业，因此，社会对其的需求量也在不断增长。
随着不断的创新和改进，一些新型复合金属材料应运而生，对它们进行成分分析，才能更全面的了解其特性，同时也能为以后开发更加新型的材料奠定基础。
2 金属材料成分分析的重要性
2.1 有利于了解金属材料的性能成因
金属材料成分分析的最重要意义，在于通过分析有利于了解金属材料的性能成因，并通过多种材料分析总结规律。
金属材料显微组织的五大要素—晶粒类型、形状、大小、相对数量和相对分布对金属材料的性能有重大影响。
决定金属材料显微组织中各种晶粒相对数量的主要因素在于不同成分的金属材料在其原子结构、原子之间的结合键和晶体结构等方面存在巨大的差异，从而对其性能产生大的影响。
2.2 有利于合理选择金属材料加工方法
金属材料的成分有利于合理选择金属材料的加工方法，这是因为在确定了金属材料的化学成分后，可以对其性能和加工要求有详细的了解，进而通过经验和理论知识确定最合理的材料加工方法。
合理的加工方法对于金属制造会起到事半功倍的效果，且可以在最大程度上保证金属材料性能。
因此，通过对金属材料进行精准的惩成分分析才能更好的了解其成分组成和基本特性，并由此确定采用哪一种加工方法。
2.3 有利于合理选择热处理方法和设备
金属材料加工完成后，还有性能并不能完全得到发挥，对于大多数金属材料在加工后还要进行热处理，热处理一方面可以改善金属材料的性能，另一方面也能够有效消除加工中产生的组织缺陷，应用普遍。
而对金属材料而言，能否采取热处理，采用何种方式，处理过程中工艺参数的控制以及效果，都由其成分来决定。
所以金属材料成分分析有利于合理选择热处理方法和设备。
2.4 有利于经济、安全、合理地应用金属材料
对金属材料进行成分分析，还有利于对其进行更加经济、安全、合理地应用，使其更好的发挥优良性能。
最基本也是最重要的是，首先必须使金属材料充分发挥潜力，达到人们所要的使用性能。
可以对基体金属与合金组元的合理搭配，采用一定的加工方式和热处理工艺，使其性能达到最佳。
除此之外，需要考虑的就是降低成本，使经济效益达到最大化。
伴随着科技的不断进步，金属材料的分析方法也在逐渐被改进，变得更加先进实用，精准度也得到了较大幅度的改善。
3 金属材料成分分析的传统方法
3.1 分光光度法
金属材料成分分析的传统方法中最常见的是分光光度法，是一种根据Lambert(朗伯)-Beer(比尔)定律，通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。
采用的检测仪器为紫外分光光度计，可见分光光度计(或比色计)、红外分光光度计或原子吸收分光光度计。
在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到与不同波长相对应的吸收强度。
如以波长(λ)为横坐标，吸收强度(A)为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。
通过该曲线便可对物质进行相应的定性、定量分析。
3.2 滴定分析法
滴定分析法，又称为容量分析法。
其原理是将已知准确浓度的标准溶液，滴加到被测溶液中(或者将被测溶液滴加到标准溶液中)，直到所加的标准溶液与被测物质按化学计量关系定量反应为止，然后测量标准溶液消耗的体积，根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，算出待测物质的含量。
这种分析方法简便快捷，现在仍有一定通用性，实验表明改方法的分析结果与理论值相符。
3.3 原子光谱分析法
金属材料的成分分析传统方法还包括原子光谱分析法，这种方法又分为原子发射光谱法和原子吸收光谱法两种。
原子发射光谱法是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。
其优点是多元素同时检出能力强、选择性好、分析速度快、检出限低、样品消耗少，适于整批样品的多组分测定。
缺点是准确度较差、只能用于元素分析、大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。
原子吸收光谱法是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。
其优点是选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干能力强、精密度高。
缺点在于不能多元素同时分析，测定难熔元素的灵敏度还不令人满意，对于某些基体复杂的样品分析，尚存某些干扰问题需要解决。
3.4 X射线荧光光谱法
金属材料成分分析传统方法还包括X射线荧光光谱法，其原理是基态原子(一般蒸汽状态)吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。
通过测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类，将测得的谱线强度与标准样品比较，即可确定该元素的含量。
主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。
3.5 电分析法
金属材料成分分析传统方法还包括电分析法，这种方法最初是被用来研究金属电池中所进行的化学反应，其原理是利用了金属材料的组成和含量与金属材料的电性质的关联性。
但是因为其准确度不高，而且实施也很不方便，受其他干扰时误差很大，如今已很少采用。
4 金属材料成分分析新方法
4.1 电感耦合等离子体质谱法
该方法是20世纪80年代发展起来的无机元素和同位素分析测试技术，它以独特的接口技术将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种高灵敏度的分析技术。
主要用于金属材料中的稀有金属、贵金属、难熔金属和稀土金属进行测量。
这种方法具有相当高的灵敏度，速度快、谱线简单，所以应用起来准确度高，但使用成本也相对较高，所以只在上述特殊金属中采用。
4.2 激光诱导等离子体光谱法
金属材料成分分析的新方法包括激光诱导等离子体光谱法，其也是近几年才被发明的新方法。
特点是检测设备简单，操作方便，成本较低，可以同时测量多种元素，便于提高效率，常用来测量不锈钢钟的微量元素。
唯一的不足之处就是适用范围较窄。
4.3 电感耦合等离子体原子发射光谱法
该方法也是一种新型的原子发射光谱法，其原理为利用金属元素受到激发而产生电子跃迁，在谱线上表现出一定强度而进行测量的方法，测量范围较广且灵敏度高。
电感耦合等离子原子发射光谱法是一种发展比较完善的测量方法，不仅保证了测量的高灵敏度，而且也保证了应用范围的广泛性。
4.4 石墨炉原子吸收法
石墨炉原子吸收法是利用石墨材料制成管、杯等形状的原子化器，用电流加热原子化进行原子吸收分析的方法。
由于样品全部参加原子化，并且避免了原子浓度在火焰气体中的稀释，分析灵敏度得到了显著的提高。
该法用于测定痕量金属元素，在性能上比其他许多方法好，并能用于少量样品的分析和固体样品直接分析。
因而其应用领域十分广泛。
5 金属材料分析方法的发展趋势
随着科技的发展，更多更复杂的金属材料正在被研发，对于这些材料的成分分析，传统方法因为各种原因已经远远达不到人们的要求。
为了更好的对这些新型复杂材料进行成分分析，只有开发出与时俱进的新方法才能满足人们科研的需求，越来越多的现代分析法防随之应运而生。
这些新方法更加专注于材料成分、结构、缺陷等的分析。
同时，更多的分析检测仪器也被不断的研究出来，从而使一些新方法的实施成为了可能。
在这样的发展趋势之下，金属材料的分析方法朝着准确、高效的方向发展，也就是操作上要不断简捷方便，测量结果上灵敏度、准确度也要加强。
结语
综上所述，金属材料成分分析对金属其性能研究和改善影响重大，可以通过准确的成分分析并采取相应的改善措施来提高金属材料的性能。
本文主要分析金属材料成分分析的方法，主要从传统分析方法和新方法两个方面来介绍，可以看到现在科学技术在分析方法中得到应用，不仅提高了金属材料成分分析的效率，而且从多个角度提高了金属材料成分分析的准确性。
金属材料分析方法还是存在一些局限性，需要通过不断探索来改善，所以本文还分析了金属材料成分分析的发展趋势，可见发展方向从主要从准确性和效率两个方面展开，方法则是利用现代技术，不断将更新的科学技术手段应用到金属材料成分分析中去。
参考文献
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