Spektrometer Canggih untuk Analisis Elemen Presisi pada Logam Pabrik Cor

Menganalisis komposisi dan grade logam pabrik cor

Analisis spektrokimia adalah jenis analisis kimia yang digunakan untuk menentukan susunan atom dan elektron dalam molekul senyawa kimia. Ia mengamati jumlah energi yang diserap selama perubahan gerakan atau struktur. Panjang gelombang dan intensitas radiasi elektromagnet diukur untuk menghasilkan hasil yang dapat diukur yang terutama digunakan untuk penilaian kualitas.

Spektroskopi dan Spektrometer

Spektroskopi dan spektrometer adalah istilah yang sering muncul saat membahas analisis spektrokimia. Secara sederhana, spektroskopi adalah studi energi terkait bahan sampel, dan spektrometer adalah instrumen yang digunakan selama spektrometri, tindakan spektroskopi.

Spektroskopi

Spektroskopi adalah studi interaksi antara energi radiasi dan bahan sampel. Interaksi ini menghasilkan gelombang elektromagnet dalam bentuk cahaya terlihat, biasanya dilihat sebagai percikan. Spektroskopi diperkenalkan pada abad ke-17 ketika Sir Isaac Newton menemukan bahwa cahaya putih dapat dipisahkan menjadi warna komponen menggunakan prisma, dan komponen-komponen ini dapat digabungkan kembali untuk membentuk cahaya putih. Dia menyadari bahwa prisma bukan yang menciptakan warna, melainkan berfungsi untuk memisahkan warna komponen cahaya putih. Pada awal tahun 1800-an, Joseph von Fraunhofer melakukan eksperimen yang lebih mengembangkan spektroskopi menjadi teknik ilmiah yang lebih presisi dan kuantitatif. Namun, baru pada abad ke-19 pengukuran kuantitatif cahaya yang terstandarisasi dan diakui sebagai metode pengujian yang andal.

Spektrometer

Spektrometer adalah instrumen yang digunakan dalam spektroskopi yang menghasilkan garis spektral dan mengukur panjang gelombang serta intensitasnya. Ini adalah perangkat ilmiah yang memisahkan partikel, atom, dan molekul berdasarkan massa, momentum, atau energi mereka. Spektrometer adalah bagian inti dari analisis kimia dan fisika partikel. Ada dua jenis spektrometer: optik dan spektrometer massa.

Spektrometer Optik

Spektrometer optik, atau cukup “spektrometer,” mampu memisahkan cahaya putih dan mengukur pita warna sempit individu (spektrum). Ia menunjukkan intensitas cahaya sebagai fungsi panjang gelombang atau frekuensi dan defleksi diciptakan oleh refraksi dalam prisma, atau difraksi dalam grating difraksi. Spektrometer optik menggunakan konsep dispersi optik—dan karena setiap elemen dalam sampel meninggalkan tanda spektral yang unik, analisis spektral dapat menentukan komposisi sampel itu sendiri. Spektrometer optik umum di astronomi, produksi logam, tenaga surya, dan industri semiconductor.

Spektrometer Massa

Spektrometer massa mengukur spektrum massa atom atau molekul yang ada dalam padat, cair, atau gas. Ia mencapai ini dengan mengukur rasio massa-ke-muatan dan abundansi ion dalam fase gas. Spektrometer massa digunakan di bidang ilmu farmasi, bioteknologi, dan geologi.

Mengapa spektrometri diperlukan?

Teknik spektroskopis berada di garis depan banyak bidang teknis. Spektrometri diperlukan untuk perannya dalam penelitian dan pengembangan, serta untuk perannya yang lebih praktis dalam analisis material untuk berbagai industri. Ilmu dan teknologi selalu bergantung pada spektrometri—dari studi awal hingga kemajuan teknologi yang mendorong penelitian modern.

Spektroskopi radio-frekuensi menghasilkan citra resonansi magnetik (MRI), instrumen medis yang inovatif digunakan untuk memvisualisasikan jaringan lunak internal tubuh. Spektroskopi radio dan sinar X membuka jalan untuk penelitian astronomi tentang bintang jauh dan molekul antar galaksi. Spektroskopi optik secara rutin digunakan di lingkungan industri dan lingkungan untuk mengidentifikasi komposisi kimia materi. Tanpa aplikasi ini dalam spektrometri, metode identifikasi logam campuran dan inspeksi material yang cepat dan efektif saat ini tidak akan ada.

Spektroskopi Emisi Optik

Spektroskopi emisi optik (OES) adalah bentuk umum spektroskopi yang digunakan untuk menentukan komponen elemen dalam sampel logam padat. Ia banyak digunakan di pabrik cor dan fasilitas produksi logam karena dapat menganalisis berbagai elemen dengan presisi dan akurasi tinggi. Sampel logam yang digunakan dalam OES dapat berasal dari leleh dalam produksi logam primer dan sekunder, atau logam yang diproses seperti batang, piring, kawat, dan baut.

Bagaimana spektroskopi emisi optik bekerja?

OES menyediakan analisis kuantitatif menggunakan tiga komponen kunci: sumber listrik, sistem optik, dan sistem komputer.

1) Sumber listrik

Sumber listrik diperlukan untuk mengaktifkan atom ke dalam keadaan aktif dalam sampel logam. Sebagian kecil sampel dipanaskan hingga ribuan derajat Celcius menggunakan sumber listrik tegangan tinggi dalam spektrometer melalui elektroda. Pertumbuhan listrik dihasilkan karena perbedaan potensial listrik antara elektroda dan logam sampel. Pertumbuhan listrik ini menyebabkan logam sampel memanas dan menguap di permukaan.

Selama proses ini, atom yang diaktifkan menghasilkan garis emisi yang berbeda untuk setiap elemen. Ada dua jenis pertumbuhan listrik: busur listrik atau percikan. Busur listrik menghasilkan pertumbuhan listrik yang berkelanjutan, seperti kilat. Percikan listrik lebih seperti pertumbuhan listrik yang tiba-tiba—emisi cahaya singkat yang sering diiringi suara retakan tajam.

2) Sistem optik

Sistem optik mentransfer garis emisi dari sampel yang diuap, dikenal sebagai plasma, ke dalam spektrometer. Grating difraksi dalam spektrometer bekerja untuk memisahkan cahaya masuk menjadi panjang gelombang spesifik elemen. Intensitas cahaya dari setiap panjang gelombang kemudian diukur oleh detektor yang sesuai. Intensitas yang diukur selama proses ini proporsional dengan konsentrasi elemen dalam logam sampel yang diuji. Karena setiap elemen memancarkan serangkaian panjang gelombang tertentu berdasarkan struktur elektroniknya, komposisi elemen dapat ditentukan dengan mengamati panjang gelombang ini.

3) Sistem komputer

Terakhir, sistem komputer diperlukan untuk memproses data. Intensitas yang diukur diproses melalui kalibrasi yang telah ditentukan untuk menghasilkan konsentrasi elemen. Teknologi modern telah mengembangkan antarmuka pengguna untuk menawarkan hasil yang jelas dengan campur tangan operator yang minimal.

OES ramah pengguna dan banyak diterima di industri manufaktur logam. Meskipun instrumen populer, masih datang dengan beberapa keterbatasan termasuk kerusakan permukaan ringan pada bahan sampel dan kebutuhan akan pemeliharaan konstan.

OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY
Advantages
Disadvantages

• Penentuan kuantitatif elemen yang cepat (biasanya kurang dari satu menit).
• Investasi modal dan biaya operasional rendah.
• Persiapan sampel yang mudah.
• Analisis cepat karbon, nitrogen, oksigen, fosfor, dan sulfur dalam baja.
• Menghitung kandungan karbon (%) dari baja tahan karat atau baja logam campuran rendah.
• Membedakan antara baja tahan karat 304/316 dan 304L/316L.
• Menyediakan data input untuk perhitungan kesetaraan karbon.

• Tidak sepenuhnya “non-destruktif” (kerusakan permukaan ringan dapat diharapkan).
• Tidak dapat menguji bagian kecil (kurang dari ukuran koin).
• Sulit menguji di ruang yang sempit.
• Memerlukan kalibrasi dan pemeliharaan konstan.
• Sertifikasi pihak ketiga rutin terhadap hasil mungkin diperlukan.

Spektrometer di pabrik cor

Spektroskopi emisi optik dapat diterapkan pada berbagai material dari logam murni hingga logam campuran. Pabrik cor, serta industri penerbangan, otomotif, dan peralatan rumah tangga, mendapat manfaat dari spektrometer untuk kontrol proses dan kualitas.

Spektrometer sering kali menjadi instrumen pilihan untuk analisis logam pabrik cor karena mereka hanya memerlukan campur tangan minimal dari operator pabrik cor saat digunakan untuk inspeksi, kontrol kualitas, dan identifikasi logam campuran. Terdapat versi stasioner dan portabel, keduanya dengan tingkat akurasi tinggi. Kalibrasi dan pemeliharaan rutin diperlukan, dan sertifikasi pihak ketiga terhadap hasil sering diperlukan agar hasil spektrometer tetap valid. Spektrometer memungkinkan analisis logam melalui siklus kehidupan logam dari produksi logam hingga pemrosesan, serta di akhir masa pakainya di pabrik daur ulang.