過程控制、材料可靠性鑒定（PMI）、質量控制、資產完整性管理、材料分類、廢料回收、根本原因分析和新材料開發均依賴于精確的元素分析，才可確保正確的規格、性能和法規合規性。商用手持式、移動式和固定式分析儀可用于實現此任務，還有許多產品可滿足各種行業和應用領域的需求。

金屬元素分析主要采用三種技術——激光誘導擊穿光譜（LIBS）、直讀光譜儀（OES）和X射線熒光（XRF），每種技術都有其確保質量和安全的作用。鑒于此類技術具有不同的優勢，似乎很難選擇合適的技術。對不同元素的分析需求加以了解將有助于針對具體的應用領域選擇合適的技術。

本指南將討論關于10種需要火花OES才可獲得精確分析結果的元素、此等元素可能出現的情況，以及在分析此等元素時必須獲得精確結果的原因。

一、元素分析的主要技術

上述三種主要技術都以類似的方式發揮作用——作用于材料表面，并在原子層級相互作用，以檢測存在的元素。每種技術都有其優缺點，我們將在下面對此進行探討：

X射線熒光（XRF）

XRF技術用于驗證多種樣品的化學成分，包括金屬、非金屬、粉末、液體、固體、溶液和糊劑。XRF是一種完全無損的技術，即使對于成品部件，此種技術也可在不造成其表面損傷的情況下對其進行檢測。手持式和臺式分析儀均可供使用，此種技術非常適合用于管道工程，因其可對熱樣品進行精確分析。

XRF光譜儀的局限性在于其檢測輕元素的準確性不高，輕元素通常被認為是原子序數小于11的元素，如鋁（Al）、硅（Si）和鈣（Ca），以及稀土元素，如鈰（Ce）和鉺（Er）。另一個潛在的缺點是，XRF光譜儀依賴于X射線技術，而且此款分析儀可能需要獲得許可，這可能比較麻煩。

直讀光譜儀（OES）

與其他兩種技術相比，OES技術的最大優勢在于其能夠檢測最廣泛的元素。對于鋼材中的所有重要元素（包括碳（C）、硼（B）、磷（P）和氮（N）），OES技術可在超低檢測含量的情況下實現極高準確度。實質上，OES可檢測出其他技術會漏檢的痕量元素的存在。

OES擅長分析金屬和非金屬元素 ，但只能分析金屬的基體材料。這是因為OES的工作原理是在材料表面進行放電，所以基體材料必須具有導電性。OES像LIBS一樣會在表面留下可見的激發斑點，因此不適合用于成品。最后，OES設備往往體積更大，所需的能源更多，并且該技術需要氬氣供應。

本質上，OES能檢測到其他技術會遺漏的痕量元素。

激光誘導擊穿光譜（LIBS）

LIBS分析的主要優勢是速度快。借助手持式LIBS光譜儀，可在一秒鐘內獲得結果——這在分析大量零件或分揀一堆廢料時是一大優勢。這正是LIBS最擅長的領域，尤其是該技術在測量大多數鋁合金時非常精確。LIBS不像XRF那樣完全無損，LIBS測量會在表面留下一個很小的激光斑點，因此人們不會在極為注重外觀的成品部件上使用LIBS。

此項技術需要在無污染物的固體表面進行測量。目前的LIBS技術的主要缺點在于其根本無法測量某些元素，如氧（O）、氮（N）、氫（H）、砷（As）、磷（P）、硫（S）和硼（B）。

二、10種需要火花OES才可獲得精確結果的元素

氣體元素：

1.氫

以鈦合金為例，分析時需要非常小心地控制氫元素含量。氫元素可與鈦基合金的結構相互作用，導致機械降解和斷裂，尤其是在高溫下亦如此。因此，不同牌號鈦均設有氫元素最大值。對于許多牌號鈦，如1號鈦，其中的氫含量限值為0.15%，但對于醫用鈦，如2、3號鈦，合金中的氫含量必須低于0.125%。

對于鋼而言，溶解在固態鋼中的氫會在焊接時立即或在焊接后短時間內導致冷裂紋，尤其是在熱影響區（HAZ）的碳錳鋼中亦如此。這也可能延伸至焊縫中。

使用XRF或者LIBS技術都無法檢測出氫元素，因此OES技術是最好的選擇。某些OES儀器不具備氫元素檢測能力，因此需要仔細檢查產品規格。另一種選擇是燃燒分析法，但此種技術難度更大，所需的儀器比OES光譜儀更加昂貴。

2. 氧

除非使用燃燒分析法，否則氧元素也可能像氫元素一樣難以分析。分析銅熔體時需要減少氧含量，因為高含量的氧會影響導電性、可塑性和耐腐蝕性；如果銅將用于電氣應用領域，這一點尤其重要。