OES-Analyse – Optische Emissionsspektrometrie
Die Optische Emissionsspektrometrie (OES), auch Funkenspektrometrie oder Spektralanalyse genannt, ist ein zerstörungsfreies bis schwach zerstörendes Analyseverfahren zur quantitativen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung metallischer Werkstoffe. Sie ist das Standardverfahren zur Legierungsanalyse in Stahlwerken, Gießereien und Prüflabors.
Messprinzip
Ein elektrischer Hochspannungsfunken oder Lichtbogen wird zwischen einer Wolframelektrode und der Werkstückoberfläche gezündet. Dabei werden Atome aus dem Werkstoff abgetragen und durch die Energie des Plasmas in angeregte Zustände versetzt. Beim Übergang zurück in den Grundzustand emittieren sie charakteristische Lichtquanten mit elementspezifischen Wellenlängen. Ein Spektrometer (Polychromator oder CCD-basiertes System) misst die Intensitäten dieser Emissionslinien gleichzeitig für alle relevanten Elemente. Aus dem Verhältnis der Linienenergien zur kalibrierten Referenz werden die Konzentrationen der einzelnen Legierungselemente berechnet.
Analysierte Elemente und Nachweisgrenzen
Moderne OES-Geräte erfassen typischerweise 20–40 Elemente simultan. Für Stahlwerkstoffe sind das neben den Hauptelementen Fe, C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, Cu, W, Co und viele mehr. Die Nachweisgrenzen liegen je nach Element im Bereich von wenigen ppm bis zu Hundertstel-Prozent. Für Kohlenstoff (C) und Schwefel (S) werden spezielle Analysatoren mit Verbrennungsanalyse (z. B. LECO) herangezogen, da OES hierbei weniger präzise ist.
Stationäre vs. mobile Geräte
- Stationäre Laborgeräte (Funkenspektrometer): Höchste Präzision und Reproduzierbarkeit, Analyse in Schutzgasatmosphäre (Argon), breites Elementspektrum. Einsatz in Werklabors und akkreditierten Prüfinstituten.
- Mobile OES-Geräte (Handgeräte): Einsatz direkt auf Baustellen oder im Lager zur schnellen Materialidentifikation. Geringere Präzision als Laborgeräte, aber ausreichend für Legierungsklassifikation (PMI).
Probenvorbereitung
Die Oberfläche am Messpunkt muss metallisch blank, frei von Oxiden, Fett, Farbe und Zunder sein. In der Regel genügt ein kurzes Anschleifen mit einem Schleifstein oder Schleifpapier (Körnung 120–220). Die Funkenbrennfläche (typisch 4–8 mm Durchmesser) wird durch die Messung leicht abgetragen, was bei der Planung an sichtbaren Oberflächen berücksichtigt werden muss.
Normen
OES ist in EN ISO 15350, EN 10315 sowie zahlreichen werkstoffspezifischen Normen (EN 10025, ASTM A751) beschrieben. Die Gerätekalibrierung erfolgt mit zertifizierten Referenzproben (CRM) nach ISO Guide 34.