دستگاه کوانتومتری

دستگاه کوانتومتری بر اساس تخلیه الکتریکی نشری آنالیز مواد را انجام می دهد. این آنالیز، متداول ترین نوع آنالیز برای صنعت متالورژی است. از ‏ویژگی های دستگاه کوانتومتری ، انحصاری بودن این روش برای قطعات فلزی می باشد‎.‎ در این تکنیک تخلیه الکتریکی بین دو الکترود انجام می شود . یک الکترود از جنس نمونه مجهولSE (simple electrode) ‎ و دیگری الکترود غیر مصرفی ‏CE (counter electrod)‎ بوده و معمولا الکترود های غیر مصرفی از جنس تنگستن ‏انتخاب می شوند. ‏

اجزای اصلی دستگاه کوانتومتری

‏1-‏    قسمت تحریک کننده دستگاه کوانتومتری ‎:‎ از دو تکنولوژی جرقه ای و کمانی استفاده می شود .

الف) جرقه ای‎ : (Spark) ‎در این حالت، تحریک و نشر تحت ولتاژ بسیار بالا بوده و در مدت زمان 30 ثانیه تبخیر و برانگیختگی صورت می گیرد ، در نتیجه تمام عناصر ‏همزمان طیف تولید می کنند و امکان آنالیز دقیق وجود دارد‎.‎

ب) کمانی‎(Arc) دستگاه کوانتومتری : ‎تحریک و نشر تحت ولتاژ پایین تر و مدت زمان کوتاه در حدود 3 ثانیه انجام می شود و در نتیجه دقت پایین تر بوده و غالبا” برای آنالیز های ‏کیفی و مقایسه ای با دقت پایین تر و سرعت بیشتر بکار می رود ‏‎.‎

گاز آرگون در قسمت جرقه زن Spark chamber استفاده می شود که جهت یونیزاسیون بالا ، حفاظت از قوس و جلوگیری از نشر عناصر نامربوط است . همچنین جریان گاز آرگون ذرات فلزی پراکنده شده توسط تخلیه الکتریکی را به بیرون محفظه منتقل می کند .

‏2-‏    سیستم اپتیک‎ در دستگاه کوانتومتری : سیستم اپتیک شامل یک سیستم تك رنگ كننده و یک عامل آشکارساز است.

دستگاه کوانتومتری

سیستم تك رنگ كننده دستگاه کوانتومتری

در دستگاه کوانتومتری ، تک رنگ کننده عمل جدا كردن خطوط متعدد موجود در طیف ‏نشری نمونه را انجام می دهد که شامل یك سیستم شكاف و یك عامل تجزیه كننده نور است. شكاف نورهای هرز را حذف كرده و تجزیه كننده نور، ‏تابش را مطابق با طول موج تجزیه می كند. تجزیه كننده نور در دو نوع منشور وشبكه می باشد در دستگاه کوانتومتری تجزیه کننده منشوری باعث انحراف زاویه نور با توجه به ضریب شكست نور ورودی و خروجی می شود ضریب شكست نسبت به طول موجهای مختلف تغییر می كند ‏بنابراین طول موجهای مختلف می توانند از یكدیگر جدا شوند .

در دستگاه کوانتومتری تجزیه کننده شبكه ای عبارتست از یک سطح صاف كه یك دسته خطوط موازی مستقیم بر روی آن بریده شده و تجزیه نور براساس قوانین تفرق (پراش) نور انجام می شود . هرچه تعداد خطوط بریده شده ‏به ازای یک اینچ شبكه بیشتر باشد توان تجزیه آن بیشتر است. در تجزیه کننده شبکه ای قانون روبرو برقرار است : ‎ (Sin i + Sin Θ) = d(Θ)λ كه‎ λ ‎طول موج تابش،‎ d ‎فاصله بین دو شیار شبكه،‎ i ‎زاویه فرودی باریكه نور وΘ ‎زاویه تجزیه شدن نور در طول موج خاص است به عبارت دیگر ‏زاویهΘ ‎طول موجهای مختلف نور، متفاوت است .‎

‎دتکتور دستگاه کوانتومتری ‏

در دستگاه کوانتومتری دتکتورها برای اندازه گیری شدت تابش نور مورد استفاده قرار می گیرند و این عمل با تبدیل انرژی تابشی به انرژی الكتریكی (سیگنالهای الکتریکی) انجام می گیرد. آشكارسازها ‏معمولا در دو نوع بكار گرفته می شوند : الف) فتومالتی پلایرPhoto Multiplier Tube (PMT) ‎ ب) نیمه هادی های با محدوده طیف نوری بنام ‏‎(CCD) Charge Coupled Device ‎ تکنولوژی فتومالتی پلایر بر اساس اختلاف ولتاژ عمل می نماید . فتومالتی پلایرها به نحوی چیده می شوند كه هر كدام از آنها یك طول موج مشخص را دریافت می كند و به ازای هر عنصر یک دتکتور منحصر بفرد قرار داده می شود .

دستگاه کوانتومتری

تکنولوژی CCD در دستگاه کوانتومتری

در دستگاه کوانتومتری در تکنولوژی ‎CCD از لنزهای بسیار قوی نظیر کارل زایس استفاده می گردد. تنها یک دتکتور CCD وظیفه طیف سنجی تمامی طول موجها و عناصر را برعهده دارد . متاسفانه در این تکنولوژی امکان آشکار سازی هیچ طیفی وجود ندارد و برای اینکه بتوان از CCD در کوانتومتر استفاده کرد بایستی یک لایه یا کوتینگ ‏بسیار ناپایدار را در سطح CCD قرار داد که این لایه به دلیل ایجاد شکست نوری و بالا بردن طیف کوانتومتری تا محدوده ‏visible ‎  باعث ایجاد ‏خطا و ناپایداری زیاد در دستگاه می گردد . در دستگاه کوانتومتری  بدلیل از بین رفتن کوتینگ فوق در طول زمان محدود و استفاده مکرر ، این تکنولوژی دارای طول عمر مشخص بوده و امکان تعمیر یا اصلاح ندارد و لذا برای شرکتهای ریخته گری که تعداد اسپارک زیاد در شبانه روز دارند توصیه نمی گردند .

بدون شک در دستگاه کوانتومتری ، هنوز هیچ تکنولوژی بهتر و دقیق تر و پایدارتر از فتو تیوب یا فتو مالتی پلایر یا ‏PMT ‎  به ‏بازار معرفی نشده است و تنها و تنها دلیلی که شرکتهای سازنده کوانتومتر به سمت استفاده از CCD روی آورده اند فقط و فقط قیمت فوق ‏العاده ارزان آن است که سود زیادی را به جیب سازنده و نماینده فروش آن سرازیر می کند و تنها بازنده این داستان مشتری است که ‏دستگاه با عمر کم و تکرارپذیری پایین خریده است!!! ضمن اینکه در ایران هیچ یک از نمایندگان فروش دستگاههای کوانتومتر ‏CCD ‎  در صورت نیاز به ‏تعویض آن قادر به انجام این کار نیستد در صورتیکه ‏PMT ‎  به راحتی قابل تعویض و جایگزینی است حال آنکه حداقل طول عمر ‏PMT ‎  بیست 20 ‏سال و بیشتر است .

دستگاه کوانتومتری