金屬PMI成分分析的重要性
合金中的元素成分會影響合金性能與價格，因此成分的確認就變得非常重要。以市面上常見的白鐵做舉例，304與316因所含元素(鉻、鎳、鉬)比例不同，因此抗腐蝕能力也不同，以號稱醫用級不鏽鋼316較佳，當然價格也較高。
除了金屬元素的影響外，非鐵元素如碳、氮、矽、磷、硫也會影響金屬性能。常見的304不鏽鋼，可根據含碳量細分為304L與316H，因含碳量與碳當量等會影響焊接性能，各元素成分的數值都非常重要。
表1 常見白鐵牌號成分表
金屬成分分析，可做牌號辨識，避免金屬低料高用產生客訴問題或是高料低用的成本虛耗；也可針對元素成分做精確分析，確保金屬品質與性能符合使用者需求。
LIBS與SPARK差異比較
市面上有多種分析方式，其中LIBS雷射誘導擊穿光譜儀與SPARK-OES火花金屬分光儀的原理較為相似，都是利用高能量將表面元素激發，蒐集其發光訊號進行分析。由於激發能量與設備大小限制分析能力，手持式LIBS雷射光譜儀的可分析元素、檢測精度與數據穩定性相較於SPARK-OES火花金屬分光儀顯得略遜一籌。
目前在產業上的應用，手持式LIBS雷射光譜儀設備因分析能力相對較差，主要應用在侷限在牌號的快篩分析，且須避免相近牌號，例如白鐵303與304，兩者差異在磷(P)、硫(S)與鉻(Cr)的成分比例，因LIBS雷射光譜儀無法辨識磷(P)和硫(S)，只能依據鉻(Cr)做分辨，當數據跳動時，可能產生牌號的誤判。
SPARK-OES火花分光儀可獲得精確且穩定的數據，不論是在牌號辨別或是精準的成分分析，都是SPARK的應用範圍。
表2 LIBS與SPARK比較表
註1：市面上號稱能測碳元素的LIBS，但數據極不穩定，將在下一個段落做討論
註2：難熔元素，指本身耐熱不易熔化的元素，要將這些元素激發使其發光也需要較高的能量，對手持式的雷射光譜儀是一大挑戰。
圖1 難熔元素(耐高溫元素)
註3：金屬樣品要做到完全均質非常困難，因此取樣面積越小越容易受到均質差異的影響，且取樣面積小，獲得的訊號量也相對小；通常會以多次取樣的方式修正其影響。
圖2 難熔元素(耐高溫元素)
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碳元素分析，LIBS能否做到？
目前市面上有廠商號稱LIBS可以做碳元素的量測，究竟是商業噱頭還是真有其事？從LIBS雷射光譜儀的檢測原理來看，原子發光光譜，碳元素的特徵光波長191nm屬於UV光波段，容易被氧氣吸收；意味著測試的分析碳元素需要具備幾個條件：
- 足夠強的激發能量，短波長的UV光元素需要較強的能量才會被激發產生光。當碳含量高時，需要更強的能量來做激發。
- 需要提供氬氣環境，因UV光會被空氣中氧氣吸收，因此會將測試環境甚至是分光系統中充填氬氣，避免UV光元素受到干擾。
- 優良的分光系統，從樣品獲得的訊號會是各種元素混合的光，必須透過分光系統將鉻元素特徵光分開來進行分析，大型設備具有更多空間可以做到較佳的分光。
- CCD檢測器位置正確，經過分光後檢測器必須在正確的位置上才能接收到目標元素的訊號。為了要測試全元素(波長)，CCD必須涵蓋所有元素的位置，因此設備需要有一定空間置入CCD。
從激發能量的角度來看，手持式LIBS使用的雷射能量遠低於SPARK火花分光儀，測試高碳或高矽時，火花分光儀會安裝火花加強器來達到良好的激發條件。手持式LIBS雷射光譜儀的激發能量已經弱於SPARK，因此含碳量高的樣品測試數據將很不穩定。LIBS激發能量不足的問題同樣反應在難熔元素的表現上。
為了讓測試環境完整充填氬氣來排除空氣的干擾，測試槍口與樣品必須緊密貼合避免空氣接觸的可能性。手持式的設計難免因為操作者使用時有漏氣的可能性。低碳含量時，空氣對準確性的影響更不容忽視。
以SPARK的設計，使用多個CCD檢測器並搭配帕邢-龍格結構雙層路設計，為求可以完整收集到所有元素的特徵光。為了提供良好的分光環境以及安裝多個CCD檢測器，無法濃縮成手持式設備的大小。
綜合以上幾點，手持式LIBS雷射分光儀在分析碳元素時，低碳測試數據容易被空氣影響，高碳樣品又因能量不足難以激發在；手持式設備大小限制了分光效果，產出的數據穩定性不佳，碳元素的應用高不成低不就，分析數據的準確性又是個未知數，用手持式LIBS分析碳元素，目前技術上還有許多不足的地方，實際應用在產業上可能會延伸許多問題。
應用實例
LIBS應用實例
LIBS雷射分析儀因激發能量、設備大小限制分光能力，元素分析能力較差，目前應用侷限在金屬牌號的快篩，且需要避開相鄰牌號的檢測。
有些白鐵加工廠用料單純，僅有304與316兩種類型。因兩種牌號無法從外觀判斷偶爾會發生取錯料或是混料的問題。此時可應用LIBS雷射分光儀快速確認牌號的特性，取料加工前做確認，避免低料高用產生的客訴、賠款、商譽信用問題。
待關機模式與各產品的IM關係
金屬牌號的規範中元素濃度會有一定的範圍，生產成本的考量，許多元素或落在規範的邊緣，以常見的白鐵為例：因鎳的價格較高，因此會控制在下限。此時的檢測設備若精度與準確性不足，則有可能跳出牌號規範外，造成誤判牌號。
為避免誤判牌號的問題，SPARK火花分光儀，可提供穩定的數據，在適當的操作條件下，數據跳動RSD可小於1%。且強大的檢測能力，可分析至小數點下三或四位，精密的分析，並呈現具有再現性的數據，提出具有說服力的分析報告。
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