金属检测 金属成分检测（共13篇）
一：金属（003）
金属是一种具有光泽、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。金属之间的连结是金属键，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属延展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。相对分子质量较大的被称为重金属。
二：金属的主要检测项目
材质分析
在机械行业中最长见到的一种检测就是材料的化学成分分析，随着现代冶金技术的进步，更进一步证明了一些具体元素的重要性。元素种类和配比的不同直接决定了材料是否能通过后续的处理而达到要求的性能。常见的分析设备有：电感藕合等离子体发光光谱分析（ICP）、直读光谱仪、手工化学分析等。
金属材料镀层分析
主要检测项目：金属镀涂层材质鉴定、镀层厚度、镀层成分分析、样品表面污点分析、镀锌量测试、镀层表面粗糙度检测、镀层附着力检测等
金相检验
组织决定性能。在显微镜下看到的内部组织结构称为显微组织或金相组织。钢材常见的金相组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体等。材料的金相检验具体包括各种相的组成及分布、相关的铸造和焊接缺陷等。常用的东标检测分析设备是体视显微镜和金相显微镜。力学性能
材料的力学性能是指在外加载荷的作用下或载荷与环境因素联合作用下表现的变形、损伤、与断裂的行为规律及其物理本质和评定方法。机械行业中常见的理化性能检测有拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、布/洛/维硬度测试、耐磨试验、疲劳试验。
Lock检测公司日前推出了一款新的带有增值软件的BottleChek金属检测系统, 它能够实现快速的产品安装、保证更高的可追踪性。系统能够检测瓶装药片和胶囊中不需要的金属颗粒, 并且兼并了Lock公司的Optix检测器管理软件和DDS (直接数字信号) —矢量图像显示, 以协助实现更快的自动化产品安装和更高水平的追踪性能。
通过采用实时数据捕捉, Optix检测器管理软件为制药商提供了他们所需的全面可靠的产品、批次和生产线性能方面的数据信息, 从而使其具有了巨大的竞争优势。
“尽管这些针对瓶装的金属检测系统并不是药品行业的新技术, 但是我们的软件却实现了增值服务。”Lock公司的市场部负责人西蒙·泰勒说道。“并且, 我们有自信这复杂的产品安装过程可以在数秒内实现, 由此将停机时间降到最低。”
【关键词】套管腐蚀；检测方法；技术现状
在石油行业当中，金属套管是大多数油田用来固井的工具。但是了解过的人可能都知道，在石油井的井底气温的温度是非常的高的，而且井底的压力大，腐蚀类的气体液体也都比较多，这些在一定程度上都会对金属套管产生一定的影响，这就导致我们不得不对金属套管的腐蚀状况进行及时的检测。那么针对这种现象，国内外都对其研究出了一系列的研究方法。
1.国内研究的检测技术及现状
1.1机械井径测井仪
机械井径测井仪有着非常多的种类，比如说微井径仪、八臂井径仪、两壁井径仪等都是属于机械井径测井仪的。这类方法有优点也有缺点。优点是：能够准确的识别出套管弯曲及错判和利用这种方法以后我们可以从其成像图中准确的观察出变形的主要截面形态。而缺点却又：一、机械井径测井仪所得出来的数据一般存在着很大的误差；二、多臂的井径仪对井眼的要求特别的高，又容易卡堵，而且在一些内径小一点的管道不能进行检测；三、用这种方法所获得的信息量较少；四、精度也比较低。
1.2电磁检测技术
在电磁检测技术当中，一共有四类检测方法：一是磁记忆检测技术；二是漏磁检测技术；三是电磁探伤检测技术；四是远场涡流检测技术。
1.2.1磁记忆检测技术 在磁记忆检测技术方面，齐丽娟和张静等人都在这方面有着较为深入的研究。在她们的研究之下，得出了金属套管射孔眼孔径和磁记忆信号呈近似线性关系。这些研究人员在鉴于我国国内对磁记忆技术还不是十分成熟的情况下，利用了有限元分析软件对金属套管的安全性进行了评比，然后再为此技术中所存在的缺陷提出解决方案。而这种检测方法的优点有：一、不需要配备专门的磁化设备；二、磁记忆检测技术的检测机器灵敏度高，且检测程度深所受提离效应的范围也比较小；三、这种技术可以不受结垢和钻井液的影响，且能够在气体和液体的状况下进行检测；四、该检验技术的设备较为轻便，且成本低；五、能够对金属套管在早期时所受伤害进行检测。而这种检验方法的唯一缺点就是在对定量分析这一方面比较困难。
1.2.2漏磁检测技术 在漏磁检测技术当中，我国以陈金忠为领导的研究团队在这一方面为其建立了金属套管缺陷漏磁检测的硬、软件系统。除此之外，他们还指出我们需要在分析检测结果方面建立一个缺陷样本库，以此可以更好的进行检测。那么这种检测方法的优点则有：一、在实现自动化方面比较方便，而且没有污染，可靠性也高；二、使用这种检测方法可以在检测的过程中实现同时检测内外壁的目标，由此来实现缺陷初量化。但是这种检测技术只能用于在铁磁性的材料上，局限范围较大，而且这种检测方法的精度也比较低，不适合拿这种检测方法去检测闭合型的裂纹。
1.2.3电磁探伤检测技术 在电磁探伤检测技术上，谢荣华对它的研究比较深。他在通过对电磁伤测井上进行的模型试验以及在使用现场的情况进行分析以后，得出电磁探伤检测技术可以正确的检验出金属套管的损伤。而这种技术的优点就在于：一、可以用它来检测油管内多层金属套管的损伤状况，所以一般将它多用于贪官普查方面；二、这种检测方法是不受流体类型以及金属套管内结蜡和污垢的影响的；三、我们可以利用他来检测大面积的金属套管腐蚀的情况。但是这种检测方法的缺点就在于它不能精确的测量出金属套管的椭圆度，只能大略的得出测量油管的和金属套管的内外径的平均值，在准确度这方面有所差异。
1.2.4远场涡流检测技术 在远场涡流检测技术这方面，对其研究有重要贡献的有吴则中等人。他们深入的向我们介绍了远流漩涡的原理以及它的特性。而曲民兴等人则是在对远场涡流检测技术上面研究的同时研制出了一种可以同时将其用于检测油水井的油管以及金属套管的远场涡流探头，更进一步的推动了这一检测技术的发展。那么这种检测技术的优点主要有：一、不会受到金属套管内的介質以及探头的检测速度的影响；二、由于在检测的过程中，机器都不会与金属套管的表层有所接触，所以在检测之后可以不用清洗；三、该检测方法的覆盖面积大，且检测速度也很快；四、这种检测方法所用到的设备轻巧、体积小，具有良好的灵活性。但是同样的这种检测方法的缺点就在于它不能够很好的将内外壁的腐蚀区分开来。
1.3超声成像检测技术
在超声成像检测技术方面，中石油测井公司与华中科技大学一起为其研究出了高性能的测井仪。这种测井仪能够根据超声成像系统的测量原理对金属套管进行测量。而这种检测方法的优点就在于：一、用这种检测方法检测出来的结果都比较直观，而且不会受到人为的干扰，检测结果较为合理；二、该种检测方法中所使用的检测仪器穿透力强，所检测的程度也较深；三、该检测方法的检测对象较为广泛；四、检测结果可以随时调动出来；五、检测成本相对于其它的检测方法来看是比较低的，而且对环境以及人体没有坏处。但是这种检测方式的缺点有：一、如果正在检测的过程中不能保证居中测量，那么则有可能会影响检测仪器的转动以及成像的效果；二、使用该种检测方法需要保证金属套管的表面不能存有积蜡或者是斑点等之类的物体存在，不然会对检测结果有很大的影响。
1.4井下视像检测技术
井下视像检测技术一般被用于在新疆、胜利、大庆等石油地，我们主要将这种检测方式用来对石油井底落物来进行检测以及对金属管道损伤的检测。这种的检测方法的优点主要在于我们在使用这种检测方法进行检测的时候能够在现场直接为检测人员显示井下金属套管的图像，有着检测结果直观以及较高的检测精准度。但是这检测方法的缺点就在于这种检测方法所受到的井下情况的影响比较大，像类似于金属套管表面如果存有结垢、井筒内的液体浑浊都有可能会影响到该检验方法的精准度，所以我们在使用这种方法的时候需要提前对金属管道做相对应的处理。
2.国外研究的检测技术及现状
2.1机械井径测井仪
在国外的机械井径测井仪中有多触点成像仪和成像井径测井仪这两种。多触点成像仪是由斯伦贝谢公司所研发出来的一种检测工具，使用这种检测工具可以对油管以及金属套管的管住进行精细的测量。这种测量仪即使在高度倾斜的套管内也可以保持有效的定心力。而井下视像检测技术则是由贝克休斯公司所研发出来的检测仪器，这种检测仪器主要被我们用来对井下的金属套管状况提高分辨率，它可以被用来识别油气井当中所存在的一些潜在的泄露，能够确定出金属套管的腐蚀以及磨损的具体情况。在成像井径测井仪当中，它的每一个 工具使用都有一系列的表层坚硬的井径仪触臂，这些触臂我们可以将其用来测量一些比较有微小变化的井径，能够准确无误的将检测到的数据清楚地传送到地表来。
2.2电磁检测技术
2.2.1数字电磁测井服务 数字电磁测井服务是贝克休斯用来对多通道的金属套管进行检测的一种检测服务方式。我们使用数字电磁检测技术可以检测出在单根或者是多层的油井管中的金属套管的壁厚变化。当该检测方法的磁场在受到金属套管的厚度以及材料的渗透率的影响，遇到了一个不正常的数据是，该检测方法的检测仪器会在图像中用一条曲线来表达出它所测得的缺陷。
2.2.2垂直测井套管检测 垂直测井套管检测方法也是贝克休斯公司的一种金属套管检测服务，这种检测方法主要是利用漏词测量来对油井管内的金属套管内、外部的腐蚀情况进行检测。一般我们将其分析出来的腐蚀程度分为两种，一种是普通腐蚀，另外一种则是孤立点蚀。我们由此来对金属套管的腐蚀情况来进行分类，在这种检测方式上由于该检测方式需要提供金属套管的内外壁腐蚀的精度来进行指示，这就要求在这种测量方式的服务范围内，金属套管的尺寸必须在244.5mm～558.8mm之间
2.2.3电磁扫描金属套管检测工具 电磁扫描金属套管检测工具是属于斯伦贝谢公司的检测服务工具，该工具的构造中是以远场涡流为原理的。使用电磁扫描金属套管的检测工具可以使我们在检测的过程当中不需要移动井油管，二是可以直接的进行检测，这种工具方式为我们的检测提供了更加简洁的检测方式，节约了不少的时间和成本。
2.3超声检测技术
在国外，他们在超声检测技术这个方面上比我们国内要发达很多，在超声检测技术上，国外有圆周声波扫描仪和超神波套管成像仪。我们使用圆周声波扫描仪可以同时获得金属套管的超声检测结果以及水泥的评价状况，我们可以将圆周声波扫描仪用在多种井下条件操作。在圆周声波扫描仪当中，它的传感器可以作为发射头来使用。而超神波套管成像仪是斯伦贝谢公司对USI设备的改进，该设备的测井速度可以达到914m/h，并且可以承受的住177摄氏度的高温以及138MP的高壓。我们可以用它来检测出内径为114.3到339.7mm的金属套管。这种检测设备在一定程度上提高了回波检测质量，能够通过分析反射信号来得到金属套管当中的套管厚度以及表面状况图像。
3.结束语
通过上文我们可以发现，在对金属套管腐蚀检测方法上来说，国内外的研究方法都仅仅只是集中在超声成像检测、涡流检测以及漏磁检测方面上。虽然说这些检测方法在一定程度上有所帮助，但是这些检测方法在定量分析方面较为困难。当然这几种办法都各有好坏，所以这也就告诉我们要将这几种检测方法结合在一起研究。还有，在国外对油水井当中的金属套管的检测方式以及设备是要高于我国的，这就要求我们还需要像国外学习，吸取他们在这方面的经验。
参考文献
[1]赵琳.金属套管腐蚀检测方法与技术研究[D].西安石油大学，2013.
[2]陈颖.油套管损伤磁法检测技术研究[D].南昌航空大学，2012.
[3]彭学文.双层钢管瞬变电磁检测技术研究[D].南昌航空大学，2010.
摘要：笔者结合自身工作经验，论述了金属制品的表面质量缺陷的无损检测的方法，主要针对光学检测、红外检测、超声波检测等手段进行分析，并展望了今后无损检测的发展趋势，相关论点仅作业内研究人士参考之用。
关键词：金属制品表面 质量缺陷 无损检测
1、引言
金属制品表面质量缺陷是影响其使用性能的最为关键的因素，也是用户最关心的指标，传统的检测方法具有一定的局限性，尤其是对人工的要求方面较高，如带钢表面、高温连铸坯表面等质量缺陷的检测抽检率达到了100，采用人工检测既影响进度，成本也较高，难以满足现代化生产的要求，并且受人工主观因素的影响，波动性比较大，因而探索先进的检测方式，具有积极的意义，其中自动化、智能化等无损检测技术的发展也受到了业内研究人士的重视。
2、金属制品表面质量缺陷无损检测技术
2.1光学无损检测技术
人工智能技术可以有效的克服人工检测的缺点，其实现方式为图像处理技术，采用机器视觉来针对金属便面的质量进行判别，综合了计算机技术、智能识别和数字图像处理等技术，在无损检测中发挥着重要的作用。光学检测的原理是光源照在待测金属的表面，通过高速CCD摄像机的机器视觉，获取金属制品的表面图像，通过对图像特征的提取，具有很高的检测精度，特别是通过分析ROI图像的几何特征、纹理特征、投影特征等向量，对获取的ROI特征进行提取合并，利用多维特征向量进行智能识别，还可以对多维向量进行降维处理，随着非确定性分类计算技术的推广，光学检测技术的应用也取得了长足的进展，如在武钢和攀钢的冷轧钢表面质量缺陷的检测中发挥了重要的作用。同样，光学检测技术仍然面临几个方面的不足：其一，检测对象的抖动对检测的结果影响很大，如何克服抖动影响非常重要；其二，检测的表面的几何尺寸越来越小，一般小于100μm；其三，金属表面的质量缺陷复杂，其光学特性的多样性给检测带来了困难，影响判断的准确性；其四，检测现场的环境制约，特别是炼钢厂的温度高、粉尘等影响图像处理的可靠性，有的甚至出现较大的偏差。
2.2 红外线无损检测技术
由于金属制品的表面质量缺陷的深度并不大，而红外线的检测深度一般不超过1mm，可以满足大多数的金属制品的表面缺陷检测，其基本的原理是利用高频感应线圈作用于金属制品表面，在集肤效应的作用下，金属表面产生感应电流，表面缺陷会消耗电能，一般表面缺陷越大，则消耗的电能越多，局部的温升也更快。实际的温升的影响因素包含输入的电脑、线圈性能、金属制品表面的电性能、运动速度和缺陷深度等，该升温取决于缺陷的平均深度、线圈工作频率、特定输入电能，以及被检钢坯电性能、热性能、感应线圈宽度和钢运动速度等因素。如果将其他的变量当作定量处理，寻求金属制品表面温升和缺陷深度之间的函数关系，达到表面测量缺陷的目的。业内相关技术比较成熟的有微小针孔和表面裂纹的测量、连铸钢坯自动检测系统等，具有较好的发展前景。
2.3 超声波无损检测技术
通过仪器发出的声脉在金属表面缺陷处的作用机理来进行探伤具有广泛的应用前景，其中超声波无损检测技术的应用最为广泛，其应用一般有两类技术：浸润法和接触法。浸润法，将金属制品和探头浸入液体，当脉冲在金属制品的缺陷处发生反射之后，可以显示在荧光屏上，而声脉反射的声波形状与时间可以反映金属制品表面的缺陷和材料的性质；接触法，在金属制品表面和探头之间布设一层耦合剂，可以传递超声波的能量，当探头接触到耦合剂上，声波会入射金属制品，根据声波的波形可以检测金属制品的缺陷，但此操作需要排除接触层之间的空气，以避免强烈的发射对检测带来影响，此外，金属制品的表面需要有一定的光洁度。
2.4涡流无损检测技术
涡流无损检测技术的原理是电磁感应，将探头接近金属制品的表面，此时用正弦波电流作用于探头的内圈，线圈附近覆盖了交变磁场，由于靠近金属制品表面，会产生感应电涡流，感应涡电流也会激发磁场，二者磁场的频率相同，当相遇且方向相反时，会发生磁阻现象。磁阻现象会表现在探头的阻抗上来，而涡电流激发的磁场与金属制品的表面缺陷的深度有关系，因而可以从阻抗来判别缺陷的情况。涡流无损检测技术一般有二维探测和三维探测两种，最为常见的是二维涡流无损探测。涡流检测能够有效的提高检测的信噪比，由于具有良好的相位分析功能，能够有效抑制噪声的影响，但此类检测方法难以判别金属表面的缺陷类别，对缺陷的存在于深度具有很好的效果。电涡流无损检测技术的发展较为成熟，也取得了很好的应用，如在火焰切割的前端安装涡流探伤设备，可以掌握金属制品表面的动态质量缺陷，对于实际的生产应用有积极的意义。
3、趋势
金属制品的表面质量检测技术逐渐向自动化、智能化推进，尤其是用到了微电子技术、数字技术、图像处理技术和智能技术等，利用机器视觉来实时检测金属制品的表面动态信息，在生产的整个流程都可以有效控制产品的表面质量。未来金属制品表面无损检测技术将面向精度更高的图像传感元器件、高动态范围的模拟数字转换技术、高采样速率等，可以实现金属制品表面质量检测的高精度、实时化和多元化，尤其是结合了人工智能技术与自动化技术的检测手段，可以有效的提升检测的精度和效率。
4、结束语
金属制品的表面质量缺陷的种类和形式比较多样，由于在实际生产中的数量非常庞大，因而探索其缺陷检测技术对于提升工作效率有重要的作用，而无损探测技术可以很好的克服传统检测技术的不足，有效提升效率，具有积极的意义。
参考文献：
金属化学成分分析
金属成分鉴定，金属成分分析，金属成分测试，PMI现场检测，不锈钢现场检测，合金成分分析，不锈钢材质分现场金属检测、金属成分分析、现场金属代检、不锈钢牌号鉴定、现场快速PMI、材料可靠性鉴别、现场ROHS检测、现场金属无损检测金属成分分析、现场安监协助服务、出口货物PMI、光谱仪租赁
一、检测方式：现场检测、无损检测、金属成分分析、定性检测、定量检测、金属牌号鉴定、全元素检测
二、仪器类型：金属成分分析、手持式光谱仪、便携式直读光谱仪、台式直读光谱仪。
三、业务类型：
1、金属现场检测、金属成分分析、成分分析；金属现场无损检测；不锈钢牌号鉴定；原料、来料检测；成品PMI（材料可靠性鉴别）
2、电子电器rohs检测与管控，金属成分分析金属成分分析玩具以及纺织品的重金属测试，en-71测试，无卤素测试，金属成分分析金属成分分析邻苯测试，低毒测试，含铅测试等涉及重金属管控的现场测试或者寄样检测
3、协助工厂做质量认证以及质量管控金属成分分析
4、光谱仪租赁（配有一名专业的品质检测工程师）
四、检测项目以及元素：2秒确定金属牌号，金属成分分析5~10秒检测35种金属元素含量，精确显示至0.01%,现场出检测结果，可打印材质分析报告。检测重金属时，配有专门的rohs和玩具检测模式。
铜Cu,铁Fe,镍Ni,铬Cr,钼Mo,锰Mn,钴Co,铝Al，锌Zn,锡Sn,铅Pb,金Au,银Ag,钯Pd,铂Pt,砷As,铪Hf,铟In,铱Ir,铌Nb,硒Se,铋Bi,锑Sb,钽Ta,钛Ti,钒V,钇Y,锆Zr（Ba、Sb、Sn、Cd、Bi、Pb、Br、Se、As、Hg、Au、Zn、Cu、Ni、Fe、Cr、V、Ti、Cl、Al、In、Pd、Ag、Mo、Nb、Zr、Pt、Co、Mn、Cl+Br）等
五、功能介绍：
1、成分分析、金属成分分析牌号鉴别和快速PMI鉴定；
2、2秒鉴定合金牌号金属成分分析和15秒测定30多种金属元素含量；
3、快速、无损分析，金属成分分析对样品外观无太多限制；
4、工程师代检，金属成分分析现场出检测结果，结果可电脑存档待查。
5、检测精度：数据精确显示至0.01%.绝对误差小于0.10%;金属成分分析（如某304不锈钢的镍Ni实际含量为8.0%,仪器将测得为：7.90%~8.10%）;
中国化工科学技术研究所
2013.12.13
1 无损检测的特点
1.1 全面性。
由于无损检测具有非破坏性特征, 所以检测规模不受零件数量的影响, 可以采用抽样检验也可以进行普检, 而其他检测手段很难做到这一点。
1.2 非破坏性。
在获得检测结果的同时, 除了对不合格产品进行剔除, 对零件的使用性能不造成影响, 所以其也具有非破坏性检测的别称。
1.3 可靠性。
现阶段, 我国无损检测方法的适用范围还不够广阔, 缺乏较强的针对性, 其检测的可靠度以及准确率还需要进行进一步的检验。
1.4 适用性。
破坏性检测一般很难开展全面检测, 检测手段通常是抽样检测, 检测范围相对狭窄, 不具备全面性, 所以检测结论只具有参考意义。而无损检测应用范围较广, 涉及领域众多, 在防治农业病虫害、预防自然灾害、勘探资源、开发新工艺以及研究新材料等方面发挥重要的作用。
1.5 全程性。
破坏性检测通常情况下只针对于原材料, 很少对处于使用期间的在用品以及产品进行检测。而由于具备非破坏性特征, 无损检测一方面能够全程检测原材料到产成品的各个流程, 另一方面还能检测正在投入使用的设备。
1.6 节约生产成本。
无损检测能够在产品的设计以及制造过程中及时的剔除不合格产品, 提高加工环节的有效性以及高效性, 有效地规避质量存在问题的产品的流出, 除此以外, 还能有效地节约能源资源, 提高人员工作效率, 减少生产成本的浪费情况。
2 无损检测应用于电力金属设备的意义
2.1 生产工艺改进。无损检测能够实现从原材料到产成品整个生产流程的全面检测, 能够切实改善生产工艺。
2.2 进行全程控制。
在生产过程中, 利用无损检测能够对生产环节进行全面的控制, 及时的发现工艺环节存在的漏洞, 给工艺的改进给予有效的指导。
2.3 提高产品质量。在对产品进行全面的检测的过程中, 可以准确的剔除质量上存在缺陷的不合格产品, 保障了产品的质量。
3 在电力系统中无损检测的应用方式
3.1 渗透检测。
作为无损检测的方法之一, 渗透检测具有无损检测的基本特点, 是通过渗透剂对零部件进行检测的方法, 能够对被检对象是否存在缺陷进行判定。它对零部件表面的要求非常苛刻, 要求其保持基本的清洁, 不存在涂刷油漆、产生油脂以及铁锈的情况。在零部件表面喷涂具有强渗透性的带荧光以及带色渗透剂, 使渗透剂从表面进去根部。洗去渗透剂后, 接下来在零部件表面涂上显像剂形成一层显像膜, 以吸出渗透剂, 使裂纹显露出来, 从而检测出缺陷的分布状态以及形貌。这种检测方法程序相对复杂, 而且具有较低的灵敏度和较高的检验费用, 检测结果相对直观, 操作较为方便, 检测线使用过后还要处理废液, 废液的排放要求高, 花费的费用较多。由于这种检测方法只能对备件对象的表面开口的缺陷进行检测, 而对于一些表面粗糙以及制成材料为疏松且具有多孔性的工件而言, 就不那么适用, 同时, 它只能对缺陷表面分布进行检验, 检验深度不够, 所以在定量评价存在很大的难度, 检测结果受人为因素的干扰较大。该方法在大多数情况下发挥了一定的辅助作用。
3.2 超声检测。
这种检测方法是利用频段对零部件内外可能存在缺陷的状态进行检测, 其充分的作用的声波震动原理。超声波具有较高的频率, 传播过程中具有较强的直线性, 在固体这种介质中传播具有较快的速度, 除此以外, 极易在界面中发生反射更好地进行缺陷的探测。超声波探头接触到探测对象时, 可以实现超声波的发射和接收, 并通过转换形成电信号进行合理的处理。经过对超声波在不同介质中传播时间以及速度的分析, 可以对缺陷的位置等情况进行有效的判断。缺陷越严重则反射面以及相应的能量更大, 因此可以从反射能量来判定缺陷的基本情况。超声检测相对于其他的无损检测方法来说具有较高的灵敏度, 可以对尺寸较小的缺陷进行精细化的检测, 使用的设备也并不复杂, 检测成本不高, 检测速度快, 同时对人体以及环境不会造成伤害, 使用的限制条件较少, 所以其近年来得到了广泛的应用。然而这种方法也不是十全十美, 也有一些明显的缺点, 例如:对缺陷的判定并不直观形象, 很难进行定量定性的检测, 同时记录以及评价欠缺一定的客观性, 所以在电力系统中应用时受到了很大的制约。
3.3 射线检测。
射线检测是根据电磁波的特性检测金属零部件、检查其内部缺陷的一种方法, 主要包含了中子射线、X射线等。一般而言, 这种检测方法缺乏对裂纹等面积型缺陷的感知, 然而在检测体积型缺陷时却有较高的敏感度。目前射线检测的检测成本较高, 所以一般只是应用于抽样检查以及工艺调整。一旦射线缺乏严格的控制就会给人的生命安全造成严重的威胁, 因此, 在进行射线检测时, 要严格控制其计量范围, 通过有效的屏蔽措施隔绝对人体的伤害, 同时, 也要尽量的减少照射时间, 避免过于靠近射线源, 做好全面的防护措施。射线检测在电力系统中一般只是应用于生产以及维护设备的过程, 其检测对象通常为焊接件以及铸件, 能够实现对被检对象的内部质量的检测。
4 结论
总而言之, 随着科学技术日新月异的发展, 无损检测技术在电力金属设备的检测方面将发挥更大的作用, 通过自身检测监督职能的有效发挥全面的保障产品质量, 节约能源资源, 促进生产效率以及劳动生产率的提高, 实现生产成本的降低, 更好的服务于电力系统。除了应用于电力系统, 无损检测技术在食品加工行业、铁道系统、航空系统等领域也有了更加广泛的应用, 同时取得了令世人瞩目的成就。
参考文献
[1]王磊.无损检测技术在电力系统中的应用探析[J].黑龙江科技信息, 2010 (33) :87.
[2]徐鑫.微波无损检测在金属表面缺陷检测中的应用分析[J].商情, 2012 (44) :293.
【关键词】金属材料；电阻率测定；研究进展
只有测定出金属材料在不同条件下的电阻率，才能有效的结合客观条件更好地应用金属材料，从而使其进一步发展。由此可见，金属材料电阻率测定的重要性不言而喻。而又因为金属材料的电阻率受外界条件影响较大，所以笔者将分条进行说明。
1.固体金属电阻率测定的研究进展
1.1相关概念
为了定量的比较导体材料通过电流的能力，排除导体材料、形状、长短、粗细和温度等因素对于导体数值的影响，我们引入了电阻率的概念。一般说来，电阻率越小，电导率越大，其导电性能就越好。所以电阻率可以用来评定不同材料的金属的导电性能电阻率。
1.2测定原理
经过长期实践发现，一段柱形的均匀导体的电阻与电阻率通常有以下关系：R=ρ（L/S） 其中，L是导体的长度；S是导体的横截面积；ρ是与导体的材料及温度都有关系的电阻率。因此，对于这种柱形均匀导体，我们就可以首先通过游标卡尺或螺旋测微器测出导体的直径d，进而计算出S的数值，然后再通过欧姆法测出电压和电流的值，从而计算出电阻R的数值，最后将相关数值带入，就可以测出电阻率的大小了。
1.3测定操作步骤
测定电阻丝的电阻值的方法很多，这里主要介绍直流双臂电桥法测细铜丝电阻的操作方法：首先，截取粗细均匀，长度适宜的细铜丝，将其接入四端电阻器，用导线将直流双臂电桥和四端电阻器连接好。值得一提的是，要确保导线和仪器的连接状况完好，否则实验就会受到影响。然后根据有关数据大致估计铜丝阻值，将双臂电桥的倍率放在相应的位置上，这样就可以有效的减少相关操作步骤，继而再打开电源开关，按下开关，观察指针偏转的情况。此时若是发现检流计指针不是指向零刻度线，则需要进行调零操作，否则就算是测出结果也是不准确的。调零的具体操作是打开G，先进行粗调R，再进行微调，使检流计指针指零。此时就可以从仪器上读出电阻值R了。最后，为了获得更加精确的数值，则应该再次移动四端电阻器的滑动端，改变被测铜丝长度，重复上述步骤，平行测定5次。
解决了电阻值的测定问题，接下来就是导线长度与直径的测定了，在实际测定中由于对于导线长度的精度要求不是特别高，所以刻度尺的测量精度一般就可以满足需求。值得一提的是，在测量长度时，零刻度线要对准，刻度尺和导线要保持平行，测得的数据也要保留一定的有效数字。只有这样才能在一定程度上保证数据的真实性。而直径的测定使用的则是游标卡尺或者螺旋测微器，这样不仅比较易于操作，而且测得的数据也比较准确。最后，不管是测量长度还是直径，都要平行测定多次，这样才能有效地减少绝对误差。
1.4测定方法的优缺点
优点：测定原理简单易懂，测定步骤易于操作，且对于实验仪器的要求也不是很高，这就使其应用范围较为广阔，尤其是在进行精度较低的电阻率的测定时，这种方法的优势就更加凸显了出来。
缺点：在实际的测量过程中，电阻值、导线长度或者是导线直径的测定都可能产生较大的误差，因此，此种方法测定出来的电阻率的精度比较有限。此外由于原理的限制，此种方法只适用于粗细均匀的圆柱形金属材料的电阻率值的测定，而对于那些粗细不均匀或是形状不规则的金属材料就无能为力了，这也正是其局限所在。
1.5影响测定结果的因素
首先，金属导线的粗细不是严格均匀的，某些部位的直径会比较大，有些就会比较小，这样就会导致测得的结果不准确。还有一种情况则是在使用游标卡尺测量直径时过于用力，将金属导线挤压变形，这样就会直接影响S的值，从而间接影响电阻率的数值；最后，在测定电阻的过程中，调零等操作不准确，或是某些质软的金属材料在测定过程中发生形变，甚至是当时的室温变化等等因素都会对电阻值R的数值大小造成影响，这样测出的R值就会偏离真实值，电阻率的精确度就得不到保障。
1.6对于测定实验的改进建议
首先，在温度控制方面，可以考虑采用热水降温的方法。具体操作步骤如下：把铜漆包线绕成的线圈放入烧杯中，加上适量的热水，通过自然降温使水的温度降低。因为铜漆包线温度低，水的温度高，所以它们之间会产生热交换。这样渐渐的铜漆包线的温度就会升高，水的温度则会下降，而当水的温度下降足够缓慢时，则可以近似认为水的温度与铜漆包线的温度相同。此时只要测量出水的温度，即可作为铜漆包线的温度，这样就可以有效的控制温度对于较为敏感金属材料的影响了。
其次，在测定横截面积S时，为了减弱金属柱体不均匀或是挤压形变等因素对实验结果造成的影响，在使用游标卡尺或螺旋测微器时，当我们完成测量一次，得到数1后，需要转过一个平角，再次在同一个地方进行测量，从而得到数2。若数1和数2的值相差过大，则说明该组数值的误差较大，应及时舍弃，只有这样，才能有效地减少由金属材料粗细不均造成的影响。
最后就是对于长度测量的改进了，一方面我们可以通过使用更加精良的仪器从而提高精度，这也是最简单直接的一种方法；另一方面则可以从改进实验方法方面下手。如长度可以通过流体静力称衡法测得，从而减小由于工具或是实验者读数时的主观因素造成的误差，得到更精确的数值。
2.高温金属电导率的测量
由于高温金属电导率的测量较为复杂，碍于篇幅所限，笔者不能详尽，所以就简要谈一谈其中的要点。在高温金属电阻率的测定中，最难控制的因素就是温度，因为温度会引起各种参数的变化，从而造成很大的系统误差，所以要想得到实用的结果，就必须消除这些误差，下面笔者就介绍一种常用的方法：在系统使用前，用加热到1000e左右的Al2O3代替被测样品，进行电导率与温度的测量。这样由于测温电路使用了AD595电偶信号调理芯片，温度的线性和精度就可以得到有效的保证。而Al2O3是非常稳定的物质，其电导率可以认为不随温度变化而改变，故可得到一个温度、电阻率测量值的采样序列，用来作为实际使用中的校正数据。解决了温度的问题，在此基础上，再结合相关的专业仪器如传感器等，就可以较为精确地测定高温金属的电阻率大小。
3.结语
不同金属材料有不同的理化性质，因而其电阻率的检测也有不同的方法。所以，在实际的测定过程中，我们一定要尊重客观的条件，实事求是，从资金设备或实验员的专业素质等因素出发选择最适合的测量方法。总而言之，电阻率的测定对于金属材料的进一步推广应用具有重大的意义。因此，我们一定要重视起来，不断改进实验仪器和方法，从而获得更精确的结果。
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【摘 要】介绍了金属中气体元素的概念，综述了气体元素对金属材料性能的影响以及金属中气体元素的测量方法。
【关键词】气体元素；金属；性能；检测方法
1.金属中气体元素的概念
金属中气体元素是指氢、氧、氮三种填隙式相元素，它们以溶液和剩余相夹杂物的形式处于固体的和熔融的金属系统中。我国自1953年就已经开展对金属材料中氧、氮、氢三种气体元素的研究[1]。随着检测技术的发展，碳、硫两种元素可以通过化学反应能生成二氧化碳和二氧化硫气体进行测定，所以也纳入气体分析的范围。因此说金属中的气体元素就是指的碳、硫、氧、氮、氢五种元素。在金属冶炼过程中及金属产品制造过程中，气体元素都或多或少的被引入进去，而这五种元素的存在会对金属材料的性能造成重要的影响。近年来，随着工业和科技的发展，一些尖端的产品及技术需要较高质量的金属材料，因此为了提高产品质量，有必要对各种材料中气体元素采取各种方法进行分析，掌握气体在材料中的含量，研究其对材料性能的影响，为有效地进行控制提供依据，生产出满足不同用途需要的产品。
2.气体元素对金属材料性能的影响
碳是金属及其合金材料中的主要构成元素。碳在金属及其合金材料中的含量、存在形态及所形成碳化物的形态、分布等对材料的性能起到极其重要的作用。碳含量在一定范围内对保持金属的化学性能和力学性能非常重要，而随着碳量的增加，金属的硬度和强度会提高，韧性和塑性则会变差。
硫的存在会引起钢的热脆性，降低其力学性能，它对金属的耐磨性、塑性、可焊接性等亦有不利的影响。例如钢和生铁中的含硫量直接影响到其产品的等级和牌号，生产低硫、低磷钢是现代冶炼工艺追求的目标。碳、硫的含量是衡量金属质量优劣的重要指标。
氧含量对金属材料的化学性能和力学性能影响很大，一般在做检测时都要求金属材料中氧的含量尽可能低，防止材料的氧化和锈蚀也是金属的基本要求。如果氧含量增加，金属的抗冲击值大大降低、抗疲劳性能恶化，导致金属材料的使用寿命会大大降低。优质钢在生产中严格控制氧的含量，时速200km/h以上高速铁路用重轨要求氧含量在0.0020%以下，一些高纯金属、高温合金要求氧含量在0.001%以下，0号无氧钢要求氧含量在0.0005%以下。
当金属中氮含量超过一定限度并且在加热升温时会出现“蓝脆”现象，金属的塑性下降，脆性增加。同时含氮量较高时将使金属的宏观组织疏松，甚至产生气泡；在硅钢中含有氮化铝将导致矫顽力增大和导磁率降低；较大尺寸的氮化铝使帘线钢在拉拔过程中增加断丝率。但是，氮作为一种形成和稳定的奥氏体能力很强的元素，其能力约等于镍的20倍，在一定限度内可以代替部分镍。在不降低塑性的条件下，提高钢的硬度、强度和耐腐蚀性；氮与铬、钨、钼、钒、钛等元素形成弥散稳定的氮化物后，能大大提高钢的蠕变和持久强度；对钢件表面渗氮处理得到高弥散的氮化层，可以获得良好的综合力学性能，具有很好的耐磨和抗腐蚀性能。
一般情况下，进入金属中的氢是极为有害的。金属材料经常发生的氢损伤现象，就是与氢有关的断裂现象。主要表现为材料的力学性能发生恶化：氢通过软化或硬化机制改变材料的屈服强度，塑性明显降低，诱发裂纹萌生，最后导致断裂、滞后破坏、塑性-脆性转变和低温脆性断裂等等。另外，氢在高温下渗透性很强，锻件及焊接件在制造过程中很容易产生各种氢致缺陷，焊缝中扩散氢含量是直接影响焊接接头抗冷裂纹性能的主要因素之一。金属中氢的含量很低，钢铁及合金中含氢量一般小于0.0010%，如果超过0.003%，会出现“白点”或“氢脆”，易发生脆性断裂，裂纹在氢化物成核并扩展，严重影响钢材的质量。航空工业所用的铝和铝合金、钛和钛合金、镍合金等材料对氢含量都有严格的要求，核电燃料元件制造过程中，核材料中氢的含量也是重要控制指标之一。
3.金属中气体元素的测量方法
气体分析已成为分析化学的一个重要组成部分。气体分析的方法有很多，早期测定氢、氧、氮、碳、硫主要采用显微镜法、电子光谱法、质谱法、放射化学分析、内耗法、核磁共振法、电导法，试样转变成稳定的化合物的化学法等。不过由于早期技术水平的限制，大部分都是单一测量某一种气体元素。随着计算机技术的发展及其在气体元素测量中的应用，气体元素的分析有传统的化学方法向仪器分析方法发展，由单一的气体元素分析向多元素同时检测的方向发展[2，3]。
目前我国很多企业都已经推出各种品牌的气体分析仪器。如北京纳克、上海德凯、南京麒麟、无锡创想等仪器公司推出碳硫测定仪，北京纳克分析仪器公司和上海宝英光电科技有限公司已经推出氧氮测定仪。氢的分析方法，可分为氢的提取和测定两个部分，国内对氢元素的测量与国外还有一定的差距。美国力可公司已经推出氧氮氢联合测定仪，可实现对金属材料中氧氮氢三元素快速准确的分析。
市场上对气体元素分析的各种设备多达数十种，相应的分析方法也很多。目前功能最强、最方便的仪器就是红外碳硫测定仪和氧氮氢联合测定仪，因此这两种仪器在气体元素分析中的市场是最受欢迎。
红外气体分析技术发展迅速，它具备分析速度快、准确性好、范围广、稳定可靠等优点，特别在超低碳、硫含量的测定，非金属材料碳、硫的测定方面有明显优势，显示出红外气体分析仪的独特优点。自八十年代以来，我国引进了多种型号的红外碳硫分析仪 ，在生产和科研部门满足了对常规碳硫的快速、准确的要求同时，国产的红外碳硫仪不断涌现，目前这种方法更趋完善。
高频炉燃烧红外线吸收法测定碳和硫的应用日趋广泛，方法简便、快速、准确度高。在高频感应炉内试样通氧燃烧，此时样品熔融完全，生成的二氧化碳、二氧化硫和氧气混合气体经除尘、除水干燥，进入二氧化硫和二氧化碳红外检测器（红外吸收池），测定其对特定波长（CO24.26μm，SO27.40μm）的吸收，根据其对红外能吸收大小由朗伯-比耳定律分别计算碳和硫的质量分数。红外吸收法是一个相对测量方法，需用标准物质或基准物质在同条件下操作对分析仪器进行校准。
红外线吸收法测定碳、硫的灵敏度高，测量范围宽，可准确测定钢铁和合金中低至0.0005%的痕量碳和硫。红外线吸收法广泛用于金属及其合金、非金属材料、矿石等原辅材料中碳、硫量的测定。红外线吸收法通常采用高频感应炉加热，其炉温高，在短时间内将试样熔融燃烧，温度达1700～2000℃，有利于难溶试样和低含量碳、硫的测定。
氧氮氢联合测定仪采用惰性气体高温熔融法将金属材料中的氧氮氢三元素分解出，采用五个检测池分别检测氧氮氢三元素的含量。其中有三个独立红外检测池检测氧，同时检测CO和CO2，然后再转化为CO2集中检测，不仅可以保证中间量程的测量精度，在超低含量和高含量的检测范围内同样可以满足精度要求，插拔式集成一体化设计，无移动部件。无需操作人员调整检测器输出电压，软件实时调节检测器输出电压并保持最佳输出值。
热导检测池专门检测氮元素含量，原装的流量补偿控制系统，保证了流量系统的完善，可以精确控制整个气路中的流量，保持流量恒定，改善了材料中高含量氧分析的准确度，特别对高氧低氮的试样，只有配置这样的流量补偿装置才能保证测量精度。
专业的高灵敏度的固态红外吸收检测池或热导检测池用于检测氢元素，保证其检测精度的同时，真正实现了氧氮氢三元素的联测。
4.结语
目前气体元素的检测在金属材料中非常重要，随着科技的发展，非常多的检测方法和检测设备用于检测金属材料中气体元素的含量。我国气体元素检测设备也用长足的发展，尤其是碳硫检测仪已经达到了国际水平，而氧氮氢的联合检测设备与国外先进水平还有一定的差距。另外国外检测设备的价格比较昂贵，如何在保证检测准确度和稳定性的情况下降低设备的成本价格也是国内企业需要考虑的问题。
【参考文献】
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1 食用菌中重金属来源
土壤:随着工业的发展, 土壤重金属污染日趋严重, 栽培食用菌土壤中所含重金属, 会被食用菌吸收、富集。 (2) 栽培基质:食用菌栽培基质来源广泛, 主要有木屑、秸秆、石灰等, 栽培基质中重金属会通过食用菌的生长转化, 富集到食用菌体内。 (3) 肥料与农药:在食用菌栽培过程中施入的肥料和农药, 其所含重金属会经过吸收转化进入食用菌中。 (4) 灌溉水:食用菌的生长离不开水, 工业及生活排废致使水源恶化, 含有大量重金属, 在浇灌过程中也会引起食用菌重金属污染。 (5) 空气:工业排放的废气会使大气中粉尘的重金属含量增加, 也会影响食用菌中重金属含量。因此, 控制食用菌重金属污染的关键是在栽培过程中减少和杜绝可能引入的重金属污染途径。
2 样品前处理方法
2.1 干式灰化法
干式灰化是在高温条件下经过灼烧使样品分解灰化, 再用酸将灰分进行溶解。该方法的优点是所需设备简单, 操作简便, 节约试剂, 对环境污染小, 缺点是是高温下挥发性元素易损失, 耗时长, 回收率低, 准确性也较低。
2.2 湿式消解法
湿法消解是在低温条件下经过酸和氧化剂作用使样品分解。湿法消解操作简便, 节约时间, 目前使用较广泛, 但是浪费试剂, 消煮过程中易产生有害气体, 并且空气易污染。
2.3 微波消解法
微波消解是在样品中加入适量的酸和氧化剂, 在微波电场及高压作用下, 使样品快速消解。微波消解法消解样品更加完全, 使用试剂量少, 污染小空白值低, 也大大缩短了样品制备时间。近年来, 微波消解装置研制日趋成熟, 使得微波消解法应用比较广泛。
此外, 还有固相萃取法[6]、超声波提取法[7]等, 但是在食用菌重金属检测上应用较少。
3 检测方法
3.1 紫外——可见分光光度法
紫外——可见分光光度法是利用重金属元素与显色剂反应, 发生络合反应, 生成有色分子团, 在特定波长下比色检测, 溶液颜色深浅与样品中重金属浓度呈正比。紫外——可见分光光度法的优点是设备简单、操作简便, 缺点是检出限高, 灵敏度与选择性不好, 干扰比较严重。
3.2 原子吸收光谱法
原子吸收光谱法是通过检测蒸气中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度, 来确定样品中金属元素含量。原子吸收法的优点是分析速度快, 信号稳定, 抗干扰能力强, 灵敏度高, 检出限低, 选择性好, 但是基体干扰严重, 不能同时测定多种元素, 效率较低。
3.3 原子荧光光度法
原子荧光光度法是通过检测待测元素的原子蒸气在辐射能激发下所产生的荧光强度, 来确定样品中金属元素含量。原子荧光法灵敏度较高, 谱线干扰少, 检出限比原子吸收法要低, As、Hg分别可达0.01和0.001μg/L, 但是谱线范围较宽, 检测重金属元素的种类有限。
3.4 电感耦合等离子体原子发射光谱法
电感耦合等离子体原子发射光谱法是用高频感应电流所产生的高温将反应气加热、电离, 利用待测元素发出的特征谱线进行检测, 特征谱线强度与金属元素含量呈正比。电感耦合等离子体原子发射光谱法具有干扰小, 灵敏度高, 线性范围广, 可同时检测多种重金属元素, 但是灵敏度比电感耦合等离子体质谱法略低。
3.5 电感耦合等离子体质谱法
电感耦合等离子体质谱法是利用电感耦合等离子体使样品中金属元素离子化, 再用离子质谱器检测产生的离子。电感耦合等离子体质谱法干扰少, 灵敏度高, 线性范围宽, 检出限低, 可达ppt级, 能同时进行多元素检测, 缺点是价格昂贵, 易受污染。
3.6 高效液相色谱法
高效液相色谱法是利用痕量金属离子与有机试剂可以形成稳定的有色络合物, 用HPLC分离后再用紫外——可见检测器进行检测, 可同时检测多种元素。虽然高效液相色谱法操作简便, 但是络合试剂选择有限, 有一定的局限性。
3.7 生物分析法
生物分析法是近年来重金属检测的前沿方法, 主要有酶抑制法、免疫分析法和生物传感器法。酶分析法原理是重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合后, 改变了酶活性中心的结构与性质, 引起酶活力下降, 使底物中的显色剂颜色、p H、电导率等发生变化, 进行定量分析[8]。免疫分析法原理是重金属离子与相适应的络合物结合, 形成特定的空间结构, 然后连接到抗原或抗体中, 与特定的抗体或抗原进行特异性反应, 进行定量分析。生物传感器法是将具有分子识别功能的生物物质通过加工形成生物感应元件, 与被测物质选择性吸附, 形成复合物产生电信号, 再利用电子仪器进行测定[9]。
4 小结与展望
随着经济的快速发展, 环境中重金属污染日益加剧, 重金属检测越来越受到人们的重视。经分析可知, 食用菌重金属检测样品前处理方法以湿消解法和微波消解法更实用;从方法的准确性、灵敏度、操作简易程度等因素考虑, 原子吸收法、电感耦合等离子体原子发射光谱法与电感耦合等离子体质谱法是食用菌重金属检测的主要分析方法;但新兴的生物分析法具有成本低, 操作简便的特点, 进一步完善后更适用于重金属检测。
摘要：随着人们生活质量水平的提高, 食品安全问题日益成为关注的焦点。食用菌虽然营养丰富, 但重金属富集能力较强, 如何准确、快速的检测食用菌中重金属含量, 全面评价食用菌中重金属污染情况, 对保证食品安全与保护人类健康具有重要的意义。
关键词：食用菌,重金属检测
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重金属的概念
所谓的重金属指的是比重在5之上的金属,比如:铅、铜、锌、镍、汞等。一般来说,食品中重金属的自然本底浓度不会对人体产生伤害,然而随着经济及工业的不断发展,进入土壤、空气和水中的铅、汞等有害重金属含量大幅增加,导致环境出现严重的重金属污染。从食品安全方面来看,当前汞、镉、铅、铬以及类金属砷成为威胁食品安全常见的重金属种类。据权威数据统计,通过食物链,重金属污染能够随着食品进入人体,并对人体造成慢性损伤,由于这一过程比较缓慢,所以很难在毒性发作之前被人察觉,从而无形中加重了重金属污染的危害性。
常见重金属的来源及危害
砷的来源及危害
食品中的砷主要来源于被污染的土壤和水,砷进入人体之后,会对人体内多种酶起到一定抑制作用,导致机体细胞分裂及呼吸无法正常进行,进而使人体出现代谢紊乱的情况。在实际发展过程中,砷并非单一的慢性中毒,偶尔也会出现急性中毒的情况,引发胃肠炎等疾病,严重时会对人的中枢神经系统造成损伤,甚至引起死亡。更为严重的是,砷还是重要的致癌物质。对食品中砷的检测过程中,可以采用原子荧光法。
汞的来源及危害
众所周知,汞会对人体产生十分严重的危害,通常情况下,汞中毒会产生头晕、头痛以及肢体麻木等症状,严重时会引起瘫痪甚至死亡。汞进入人体之后,大约有15%的含量会被大脑所吸收,因此脑组织受到的伤害最严重的,且这种损害具有不可逆性。其中,有机汞对人体的危害最大,这种汞会通过食用海产品而进入体内,对汞进行检测时,可以使用原子荧光法。
铅的来源及危害
铅具有较强的毒性,即便是少量的铅进入人体也会产生重大危害,特别是儿童。婴儿发育不完全、弱智等都与胚胎时期的铅感染有着密切的联系。通常情况下,铅中毒的过程比较漫长,是一个积累的过程,一旦人体内铅含量超标,就会患上不同程度的神经损伤、肾病等疾病。具体来说,可以使用原子吸收荧光法、氢化物比色法、单扫描极谱法等方式对汞含量进行检测。
镉的来源及危害
人体中镉含量超标极易引发急性中毒症状,主要表现为腹泻、恶心、呕吐以及腹痛等情况。通常情况下,镉比较容易进入植物性的食品中,其主要通过植物根系吸收或者食物链经过饲料从动物性食品中进入人体内部。其中,肾脏及肝脏是镉的集聚地,镉含量过多会对人体的肾功能、消化系统及骨骼造成不同程度的伤害。同时,镉还是癌症的诱发因素,一般可以用石墨炉原子吸收光谱法对镉的含量进行检测。
食品重金属含量标准检测技术分析
紫外可见分光光度法
该种检测方法的使用原理比较简单,在一定条件下,重金属能够与一些有机显色剂发生不同反应,并生成各具特点的基团,其中溶液色彩的深浅程度与离子浓度呈正相关。最后,在一定的波长条件下,进行相应的比色检测。紫外可见分光光度法具有操作简单、使用灵活等特点,但检测的灵敏度较低。
原子荧光法
在一定频率的蒸汽辐射照射下,重金属元素自身会产生荧光,这也是原子荧光法的检测原理,通过对发射出来荧光强度的检测,对重金属离子的含量进行间接推算。该种方法具有灵敏性高、检测范围广、受外界干扰小以及能够同时检测多种元素的特点。
X射线荧光光谱法
该种检测方法的原理是:通过对样品中元素对X射线进行吸收情况的检测,对样品成分含量及发生的变化进行检测,X射线荧光光谱法能够同时对样品含量的性质和浓度进行检测,具有检测速度快、样品准备工作简单、分析元素范围广等特点,是当前应用比较普及的一种重金属检测法。
原子吸收光谱法
当前,原子吸收光谱法是应用最广泛的一种重金属检测方式,其具有操作简单、检测速度快、重复性好及灵敏性高等特点。如果需要对不同金属元素进行测量,其只需要对元素灯进行更换即可。总体而言,原子吸收光谱法可以分为石墨炉原子吸收光谱法和火焰原子吸收光谱法等两种形式,但是该种检测方式成本较高,且其只对Zn、Pb、Cu、Cd、Ca等元素的检测效果较好,对其他元素的灵敏度则较低,对原子吸收光谱法的应用形成了一定的限制性。
电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS检测法)
ICP-MS检测能够实现对多种元素的同时测定,且具有检测速度快、测量线性范围广、灵敏度高等优势。正是因为该种方式集多种优点于一身,使其成为人们关注的焦点。据权威数据统计,ICP-MS检测法对猪肉中的Pb、Hg等元素具有非常高的灵敏度,其检测结果的相对标准偏差低于5.0%,检测限更低,多处于0.007-0.08 ng/g范围内。就目前而言,ICP-MS检测法在国内很多食品重金属检测机构得以应用,为我国食品安全打下了坚实的基础。
结语
摘 要 农产品种类不断增多，在发展经济的同时，还需要重视食品安全性，针对重金属含量问题进行分析，将其含量控制在允许范围内，避免进入人体后对身体健康产生影响。应用原子吸收光谱法对农产品重金属含量进行检测，做好每个检测环节的控制，保证检测结果有效性与精确性，为农产品样品重金属元素分析提供有效依据。结合原子吸收光谱法特点，对其在农产品重金属检测中的应用方法进行简要分析。
关键词 农产品；重金属；原子吸收光谱法
中图分类号：TS207.3；O657.31 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.24.070
应用原子吸收光谱法对农产品重金属含量进行检测时，需要基于其自身所具有的特点，确定各类影响因素，针对性地采取措施进行控制和优化，保证整个检查过程所有环节实施规范性和严谨性，提高检测结果准确性，可作为重金属元素分析重要依据。通过对农产品重金属元素的检测，对环境污染治理和促进农业发展具有重要意义。
1 原子吸收光谱法特点
原子吸收光谱法在实际应用中，具有选择性好、灵敏度高、抗干扰能力强、精确度高及操作作业简单等优点，可以得到可靠有效的检测数据。其原理是利用气态基态原子外层电子对紫外光和可见光范畴的相对应原子共振辐射线吸收强度，实现被检测元素含量的定量。波长处于近紫外区光源发出待测元素特征辐射，样品蒸汽中待测元素基态原子可以从谱线中吸收量后光谱减弱，然后根据吸收后光谱减弱程度来确定所含元素含量，完成检测目的。应用原子吸收光谱法对农产品重金属进行检测时，为保证检测结果的有效性，必须保证每个环节实施的规范性与准确性，避免人为因素而对检测结果产生影响。虽然原子吸收光谱法在实际应用中已经取得了良好的效果，但从整体上看依然存在部分问题。例如，多种元素测定时，需要对灯源进行更换，部分元素测定结果灵敏度小，共振线位于真空紫外区元素无法准确测定，标砖曲线范围窄小，复杂程度高的样品基体，难以有效消除存在的干扰问题[1]。
2 原子吸收光谱法检测农产品重金属元素影响因素
2.1 分析容器精确度低
在对农产品金属元素进行检测时，为提高检测结果有效性，必须消除分析容器产生的影响。例如，无机痕量分析时，尽量避免选择应用玻璃材料容器，因为玻璃材质特点，成分容易进入到溶液内，影响溶液所含重金属元素检测结果，可应用塑料材料容器代替。一般材料容器选择应按照聚四氟乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯和石英等顺序，可以最大限度地消除此方面影响。另外，在对样品检测实验完成后，还需要严格按照要求对容器进行清洗，除了要保证容器壁上不存在任何异物外，还需要去除吸附在器壁上的金属组分。可以选择用清洗剂对容器内部进行清洗，或应用超声波清洗器，然后利用自来水、蒸馏水反复冲洗，最后用硝酸（1+1）浸泡，利用去离子水冲洗后干燥处理便可使用，消除清洗不干净对检测结果带来的不良影响[2]。
2.2 基体改进剂因素
部分农产品样品介质复杂度比较高，检测时往往会产生强烈的背景干扰，样品未消化直接进样，基体干扰会对检测结果产生严重的干扰，而降低检测结果准确性。基体改进剂可以对背景吸收控制、灰化损失、分析物释放不完全等方面产生影响，在检测实验时，加入适量的改进剂来消除基体干扰，降低空白值，降低或克服待测元素挥发损失，提高灰化温度与原子化温度。
2.3 检测实验环境
检测实验环境往往会对实验结果精确性产生影响，环境为一个复杂的污染源。为最大限度上消除此类因素影响，需要保证实验室和实验设备的清洁，保持良好通风，尽量避免开窗，减少室内污染，降低对实验结果的影响。
3 原子吸收光谱法检测农产品重金属元素的流程
3.1 材料与方法
3.1.1 材料、试剂和设备
镉含量为0.2984mg/kg的大米样品。试剂为硝酸、高氯酸、过氧化氢、磷酸二氢铵以及1000μg/mL镉标准储备液。仪器设备为AA6300C石墨炉原子吸收分光光度计、NX-100F重金属检测仪、SH200N石墨消解仪、ZWL-LSI-10超纯水机、QE-20克万能粉碎机以及ME204E电子天平。
3.1.2 检测方法
一是石墨炉原子吸收光谱法。对大米样品内镉含量进行测定，首先准确吸取0.1μg/mL镉标准使用液0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0mL于100mL容量瓶内稀释定容，配置不同浓度镉标准溶液，即0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0μg/L。然后分别吸取20μL注入到石墨炉内进行吸光度的测。最后，将镉浓度“μg/L”作为横坐标，吸光度“A”作为纵坐标，来绘制A-C标准曲线。选择10次平行测定结果，计算得到精密度于准确度。
二是重金属快速检测法。此项技术原理是利用X射线荧光光谱分析原理，通过数字高压电源对X射线的控制，产生X射线。然后经过滤光和光路准直系统衰减、剪裁与约束变成具有特定光谱分布的射线入射样品。样品待测元素受激后会产生特征X射线，然后通过高性能硅漂移探测器接受，由专业软件进行处理后，得到精确测量结果。应用此种方法进行重金属检测，无需提前对样品进行处理，可以直接称取10g样品，放入重金属快速检测仪配套处理瓶内。然后对仪器进行15min预热后将处理瓶垂直放入，选定待測元素镉，与25min检测试件。最后选择10次平行测定结果，计算得到精密度与准确度。
石墨炉原子吸收光谱法测定镉含量标准曲线图
3.2 检测数据处理
确定各浓度镉标准溶液为横坐标，对应吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线所示。线性回归方程y=0.1086x+0.0141，R2=0.9965，线性相关系数符合方法要求。
3.3 检测方法对比
应用石墨炉原子吸收光谱法对大米镉元素进行测定时，需要通过精确称量、消化、定容、上机测定以及绘制标准曲线等多个步骤，出现人为失误的概率更大。重金属快速检测法无须提前对样品进行处理，直接称取适量样品装入检测仪器内即可，检测过程随机误差出现可能小，结果精确度更高。
4 结语
应用原子吸收光谱法对农产品重金属元素含量进行检测，需要确定技术特点，有针对性地采取措施进行管理优化，消除各类因素对检测结果精确度的影响，提高检测实验的准确性。
参考文献
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泡沫金属材料是一种内部结构含有许多孔隙的新型功能材料, 有的呈骨架结构, 有的则呈蜂窝状结构, 其特性和用途与材料的高孔隙率密切相关[1]。虽然, 目前泡沫金属材料制造工艺比较成熟, 但是在其制备过程中仍然无法避免存在各种缺陷, 如空洞、裂缝、金属皮等[2]。传统的泡沫金属材料的金属皮检测主要由人工观察完成。由于泡沫金属材料上残存的金属皮灰度、形状、大小各异, 仅靠人眼观察, 不仅效率低、实时性差, 同时还会造成大量的误检和漏检。如果能在线自动检测连续带状泡沫金属材料中的金属皮, 将提高出厂泡沫金属材料的质量, 且减少生产成本、提高生产效率。
本文提出一种基于支持向量机的金属皮在线自动检测方法, 它主要包括训练与测试两个阶段。图1为金属皮检测流程图。在训练阶段, 首先采集大量的泡沫金属图像作为训练样本, 并对其进行预处理提高图像质量, 然后将所有预处理图像都分成块大小为n×n像素的正方形像素块, 将包含金属皮的像素块标记为负样本, 不包含金属皮的像素块标记为正样本, 并按照5个特征模板计算每个像素块的均值和方差共5×2=10个特征, 最后将构建好的正、负样本特征向量输入支持向量机分类器 (SVM) 进行训练。随着泡沫金属材料制作工艺的进步, 99%以上的泡沫金属材料是正常的, 将所有待检测图片都直接送入分类器进行检测是极其耗时的, 因此, 测试阶段包含初步检测和分类器精确定位两个步骤。对待检测图像首先进行初步检测, 若待检测图像在此步骤中被判定为可能包含金属皮的图像, 便对其进行相应的预处理、分块和特征提取等操作, 并将提取的特征输入已训练好的SVM分类器进行分类, 得到最终的检测结果。
2 算法描述
2.1 分类器训练
2.1.1 预处理
预处理是指对现场采集的泡沫金属图像进行去噪、增强等操作, 提高图像质量, 使其便于进行后续特征提取与识别。针对泡沫金属图像的特性, 本文首先采用双边滤波进行去噪处理, 抑制图像噪声并保留其边缘, 然后运用直方图均衡提高泡沫金属材料的对比度。
(1) 双边滤波。双边滤波 (Bilateral Filtering) 的概念最初是由Tomasi提出的, 在处理相邻各像素值的灰度值或彩色信息时, 不仅考虑到了几何上的邻近关系, 也考虑到了亮度上的相似性。这样处理过的图像在滤除噪声的同时还能够很好地保持图像的边缘信息[3]。零均值加性高斯噪声图像模型如下:
其中, f表示无噪声图像, n是服从零均值高斯分布的噪声, g是噪声图像, g (x, y) 表示图像g在位置 (x, y) 上的像素值[4,5]。想要滤除噪声图像g中的噪声n, 得到无噪声图像f, 双边滤波器采用局部加权平均的方法, 具体计算公式如下:
其中, Sx, y表示以点 (x, y) 为中心的 (2N+1) × (2N+1) 的邻域像素块, w (x, y) 表示在此邻域像素块内双边滤波在像素 (i, j) 位置上的加权系数, 它由空间邻近度因子ws (i, j) 和亮度相似度因子wr (i, j) 两部分组成:
从式 (3) 可以看出, 双边滤波器的加权系数是这两部分因子的非线性组合。空间邻近度因子ws随着像素点与中心点之间欧几里德距离的增加而减小, 具体计算公式如下:
其中, X和Y分别表示中心点的横坐标和纵坐标, σs表示空间方差。亮度相似度因子wr随着两像素亮度值之差的增大而减小, 具体计算公式如下:
其中, g (X, Y) 表示图像g在中心位置 (x, y) 上的像素值, σr表示灰度方差。因此, 在图像变化平缓的区域, 邻域内像素亮度值相差不大, 双边滤波转化为高斯低通滤波器;在图像变化剧烈的区域, 滤波器获取边缘点附近亮度值相近的像素点的亮度值, 并取其平均值代替原亮度值。因此, 双边滤波器既能有效平滑图像, 又能同时保持图像的边缘[6,7]。
与其他自适应算法 (如各向异性扩散等) 相比较, 双边滤波的优点是不需要进行繁杂的迭代运算。当邻域像素块较大时, 双边滤波可以在保证图像滤波效果的同时, 极大减少滤波过程的计算时间和计算量。如图2所示为不同算法的滤波结果比较, 其中, 第1行为包含金属皮的原始泡沫金属图像, 第2行和第3行则分别为各向异性滤波和双边滤波的结果。从图2中可以看出, 各向异性扩散滤波后的图像的细节和边缘都变得更加模糊, 而双边滤波在滤除噪声的同时能更好地保存图像的边缘和细节。因此, 本文采用双边滤波对泡沫金属图像进行去噪。
(2) 直方图均衡。直方图均衡是指利用直方图的统计数据来进行直方图修正, 从而达到提高图像对比度目的的一种直方图调整方法[8]。
图像直方图反映了一幅图像中灰度级与出现这种灰度级的概率之间的关系。设变量r代表图像中经过归一化后的灰度级, r取值范围为[0,1]。在灰度级中, r=0代表黑, r=1代表白, 从r=0到r=1之间的数值变化反映了像素由黑到白的变化。直方图p (r) 定义如下:
其中, Nr表示灰度级为r的像素数目, N为图像像素总数目。
为使图像清晰, 合乎逻辑的想法是把灰度级分布拉开, 使灰度层次分明, 这相当于增大了图像的对比度。理想的直方图均衡的目的是使处理后的图像的直方图均匀分布, 即各灰度级具有相同的出现频数, 由此各灰度级具有均匀的概率分布, 图像看起来就更清晰[9,10]。为了达到直方图均衡的目的, 定义s为r经过直方图均衡化后所对应的灰度级, 它们的关系如下:
对于离散图像, 其对应关系可表示为:
其中k为灰度级数, ni表示第i个灰度级出现的频数, n为图像的像素总数。
在采集泡沫金属图像的过程中, 采集到的图像通常明暗不一且对比度较低。在泡沫金属图像中, 金属皮的灰度往往高于非金属皮区域, 且不同图像中的金属皮灰度也不尽相同, 这将严重影响后续金属皮区域的特征提取。直方图均衡则能有效解决这一问题。图3为直方图均衡结果, 第1行为经双边滤波后的含金属皮的泡沫金属图像, 从图3中可以看出, 图像对比度较低, 且不同图像中的金属皮灰度不一、形状各异。第2行为第1行图像对应的直方图, 可以看到, 它们的灰度直方图分布均集中在低灰度值区域。第3行、第4行分别为直方图均衡结果图及其对应的直方图。从图3中可以看出, 经过直方图均衡化处理之后, 图像的对比度大大提高, 且图像的灰度直方图分布也趋于均匀。
2.1.2 样本训练
将预处理得到的训练图像分成大小为n×n像素的正方形像素块, 并将包含金属皮的图像块标记为负样本集A, 不包含金属皮的图像块标记为正样本集B, 其中正、负样本数目均为3 000。
针对金属皮形状的多样性和复杂性, 设计了5个特征模板, 如图4所示, 其中图4 (a) 为中心特征模板, 适用于提取方形金属皮的特征, 图4 (b) 、 (c) 、 (d) 、 (e) 分别为垂直模板、水平模板、-45°模板、45°模板, 适用于提取不同方向的细长金属皮的特征。对于A、B两组样本, 分别计算每个模板中黑色区域所对应区域的均值和方差, 即可得到一个6000×10维的训练特征向量。最后将构建好的正、负样本特征向量输入SVM分类器进行训练。
2.2 基于SVM的金属皮检测
2.2.1 初步检测
为了快速大致判断泡沫金属图片正常与否, 本文提出一种基于大津法[11]和开运算的金属皮初步检测方法。首先运用大津法对原始泡沫金属图像进行二值化, 然后对二值化结果进行开运算并去除小面积的连通域以去除正常的镀金属区域。检测结果如图5所示, 其中图5 (a) 为包含金属皮的泡沫金属原始图像, 图5 (b) 为二值化结果, 图5 (c) 则为经过开运算并去除小面积连通域后的初步检测结果。从图5中可以看出, 虽然二值化可有效提取感兴趣的金属皮区域, 但同时正常的镀金属区域也被提取出来且呈离散分布。而对二值化结果进行开运算并去除小面积的连通域则能有效解决该问题, 得到只包含金属皮的检测结果。若初步检测结果图中连通域的个数等于0, 则为正常图片, 检测完成;若连通域的个数若大于0, 则认为该待检测图像为可能包含金属皮的图像, 输入分类器检测步骤进行判断检测。
2.2.2 基于SVM的精确定位
支持向量机建立在计算学习理论的结构风险最小化原则之上, 主要是针对二分类问题, 在高维空间中寻找一个超平面作为两类的分割面, 以保证最小的分类错误率[12]。它的一个重要优点是可以处理线性不可分的情况。
若待检测图像在初步检测中被判断为可能包含金属皮的图像, 则将预处理后的待检测图片分成大小为n×n像素的正方形像素块, 按照5个特征模板计算每一个像素块的均值和方差共10个特征作为测试特征向量, 输入到已训练好的支持向量机分类器进行检测。
3 实验结果
对于待检测图像, 本文首先运用大津法及形态学滤波初步判断图片是否为可疑缺陷图片, 如果是, 则将待检图片分成与训练样本大小相等不重叠的像素块, 并根据中心模板、垂直模板、水平模板、-45°模板、45°模板计算所有像素块的均值及方差共10个特征, 输入SVM分类器进行检测。识别结果如图6所示, 其中第1行为包含金属皮的原始泡沫金属图像, 第2行为它们对应的检测结果, 从实验结果可以看出, 图像中的金属皮均被有效识别, 均能达到比较高的完整感兴趣区域提取准确率, 相对于人工检测, 准确率能达到95%以上, 且速度较快, 不会对硬件资源造成过度浪费, 适用于实际生产。
4 结语
本文通过对正常泡沫金属材料和包含金属皮的泡沫金属材料特性的分析, 提出一种基于SVM分类算法的金属皮自动检测算法。首先采用双边滤波器进行去噪处理, 抑制图像噪声并保留其边缘, 然后运用直方图均衡提高泡沫金属图像的对比度, 并结合金属皮的形状特点运用不同模板提取图像特征, 输入SVM分类器进行训练与测试。此外, 在泡沫金属图像金属皮的在线自动检测过程中, 增加了初步检测步骤, 使本文算法首先能够快速大致判断泡沫金属图像的正常与否, 然后在此基础上再用分类器进行分块判断, 极大减少了检测时间, 大大提高了检测效率, 降低了检测成本。
摘要：为实现泡沫镍金属皮自动检测, 笔者提出基于支持向量机的金属皮在线自动检测方法。该方法首先通过双边滤波和直方图均衡算法, 抑制图像噪声并提高泡沫金属材料的对比度。为了快速大致判断泡沫金属图片正常与否, 提出一种基于大津法和开运算的金属皮初步检测算法, 大大提高了检测效率。
关键词：机器视觉,泡沫镍,表面缺陷检测
参考文献
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