對(duì)于金屬中的元素成分檢測，傳統(tǒng)的測試方法通過制備少量的金屬碎屑，將碎屑通過一定的方式溶解，再采用實(shí)驗(yàn)室的滴定法、比色法、容量法等測試。

　　隨著化學(xué)測試儀器設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，衍生了一批快速分析測試的設(shè)備，如火花放電原子發(fā)射光譜儀、波長色散X射線熒光光譜儀、碳硫分析儀、氧氮?dú)浞治鰞x等試驗(yàn)設(shè)備在一定程度上取代了傳統(tǒng)化學(xué)滴定、重量法，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確的測試要求。但是也存在一些樣品溶解方式無法被取代，如元素含量極低的情況下，如質(zhì)量濃度達(dá)到10-6-10-9級(jí)別時(shí)，同樣可以借助傳統(tǒng)的溶樣方式，再采用高靈敏度的儀器設(shè)備：石墨爐原子吸收光譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等測試。下面就汽車金屬材料檢測方法原理及相關(guān)研究進(jìn)行分別介紹。

　　1.火花源放電原子發(fā)射光譜法

　　火花源放電原子發(fā)射光譜法俗稱直讀光譜法，是將制備好的金屬樣品塊在火花光源的作用下，與對(duì)電極之間發(fā)生放電，在高溫和惰性氣氛中產(chǎn)生等離子體，被測元素的原子被激發(fā)時(shí)，電子在原子內(nèi)不同能級(jí)間躍遷，當(dāng)從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生特征譜線，通過測量該種特征譜線的波長和強(qiáng)度，并且特征譜線的強(qiáng)度與元素的濃度呈比例關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測元素進(jìn)行定性分析和定量分析?；鸹ǚ烹娫影l(fā)射光譜法,俗稱直讀光譜法。它可以同時(shí)測定包括C、Si、Mn、P、S在內(nèi)的非金屬和金屬多種元素，測試范圍為百分之幾。為了提高測試的準(zhǔn)確性，除了應(yīng)用儀器設(shè)備自帶的校準(zhǔn)曲線，通常需要建立相應(yīng)基體的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證。該方法要求樣品的規(guī)整度較高，如果為碎屑、粉末、表面不規(guī)則樣品或者溶液狀態(tài)則不能測試。

　　我國鋼鐵領(lǐng)域的3個(gè)金屬元素的測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 4336-2016、GB/T 24234-2009、GB/T 11170-2008 ，分別規(guī)定了碳素鋼、中低合金鋼、鑄鐵、不銹鋼等材料的C、Si、Mn、P、S等元素含量采用火花放電原子發(fā)射光譜測定方法，在各行業(yè)應(yīng)用較廣。

　　2.波長色散X射線熒光光譜法

　　波長色散X-射線熒光光譜儀(WD-XRF)是一種可以對(duì)多元素進(jìn)行快速同時(shí)測定的儀器。在X射線激發(fā)下，被測元素原子的內(nèi)層電子發(fā)生能級(jí)躍遷而發(fā)出次級(jí)X射線(即產(chǎn)生X-熒光)，采用晶體分光而后由探測器接收經(jīng)過衍射的特征X射線信號(hào)。如果分光晶體和控測器作同步運(yùn)動(dòng)，通過不斷地改變衍射角，可獲得樣品內(nèi)各元素所產(chǎn)生的特征X射線的波長及各個(gè)波長X射線的強(qiáng)度，并依此進(jìn)行定性和定量分析。WD-XRF對(duì)元素的檢測濃度線性范圍寬，測試可達(dá)到0.001%-100%，一次可以測試多種元素，測試速度快，對(duì)于符合要求的樣品基本無需處理。WD-XRF方法對(duì)樣品的要求類似于火花放電原子發(fā)射光譜。WD-XRF已經(jīng)廣泛應(yīng)用于巖礦的成分測試，在鋼鐵領(lǐng)域的不銹鋼、鋁合金成分測試也有應(yīng)用。但是WD-XRF不適合分析輕質(zhì)量元素以及極低含量如0.01%以下的元素測試。

　　3.原子吸收光譜法

　　原子吸收光譜分析(AAS)是基于試樣蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子對(duì)由光源發(fā)出的該原子的特征性窄頻輻射產(chǎn)生共振吸收，其吸光度在一定范圍內(nèi)與蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子濃度成正比，以此測定試樣中該元素含量的一種儀器分析方法。AAS測試范圍在為μg/ml以上4～6個(gè)數(shù)量級(jí)，一般是單個(gè)元素測試，但不能連續(xù)同時(shí)多個(gè)元素的測試，此外對(duì)非金屬元素的靈敏度偏低。依據(jù)進(jìn)樣方式分為一般的火焰AAS和石墨爐AAS，所有AAS測試進(jìn)樣都需要將固體樣品轉(zhuǎn)換為液體樣品，對(duì)大部分金屬元素可直接測試，但對(duì)于部分元素如砷、銻元素需要?dú)浠l(fā)生反應(yīng)生成氫化物測試。

　　4.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

　　電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)，是利用通過高頻電感耦合產(chǎn)生等離子體放電的光源來進(jìn)行原子發(fā)射光譜分析的方法。它是一種火焰溫度范圍為6000至10000K的火焰技術(shù)。該發(fā)射強(qiáng)度表示樣品中元素的濃度。ICP-AES在鋼鐵、鋁合金、鋅合金、高溫合金等冶金分析方面應(yīng)用較廣。同AAS一樣，ICP-AES的進(jìn)樣也需要將固體樣品轉(zhuǎn)換為液體樣品，它可以一次同時(shí)測試多種元素，測試范圍在 μg/ml以上至100%，測試靈敏度高，不僅可以測試金屬元素，還可以測試部分非金屬元素B、P、S、Si等。ICP-AES在低合金鋼、鋁合金、鈦合金、鋅合金等測試有應(yīng)用。

　　我國的標(biāo)準(zhǔn) GB∕T 20125-2006、GB/T 20975.25-2008、GB/T 5121.27-2008分別規(guī)定了應(yīng)用 ICP-AES法對(duì)低合金鋼、鋁合金和銅合金中的元素含量測試方法。

　　5.電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜法

　　電感藕合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，它是一種將電感藕合等離子體ICP技術(shù)和質(zhì)譜MS結(jié)合在一起的分析方法。ICP利用在電感線圈上施加的強(qiáng)大功率的高頻射頻信號(hào)在線圈內(nèi)部形成高溫等離子體，并通過氣體的推動(dòng)，保證了等離子體的平衡和持續(xù)電離，在ICP-MS中，ICP起到離子源的作用，高溫的等離子體使大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個(gè)電子而形成了一價(jià)正離子。質(zhì)譜MS是一個(gè)質(zhì)量篩選和分析器，通過選擇不同質(zhì)核比(m/z)的離子通過來檢測到某個(gè)離子的強(qiáng)度，進(jìn)而分析計(jì)算出某種元素的強(qiáng)度。ICP-MS測試速度塊，靈敏度高，檢測限低，適合多元素同時(shí)測試;在樣品經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后，既可以測試金屬元素，也可以測試非金屬元素B、Si、P、S、As等，還可以結(jié)合液相色譜或氣相色譜聯(lián)機(jī)方式進(jìn)行測試元素的價(jià)態(tài);元素含量測試范圍寬，從ng/mL-100%可達(dá)9個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　ICP-MS主要有氣體進(jìn)樣、液體進(jìn)樣和固體進(jìn)樣多種方式，其中液體進(jìn)樣方式應(yīng)用最為廣泛。

　　6.非金屬元素CS/ONH分析法

　　金屬元素中的C、S與O、N、H通常采用紅外吸收法和熱導(dǎo)檢測儀測試，俗稱碳硫分析儀和氧氮?dú)浞治鰞x。碳硫分析儀(CS儀)即高頻感應(yīng)爐燃燒后紅外吸收儀，針對(duì)金屬中的非金屬元素碳和硫，電負(fù)性相差不大，在金屬中都能形成碳化物或硫化物，碳在鋼鐵中以碳化物和游離態(tài)碳存在，再高溫富氧的條件下可被氧化成二氧化碳和二氧化硫。二氧化碳和二氧化硫具有永久電偶極矩，都有振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等結(jié)構(gòu)，按照量子力學(xué)的分裂能級(jí)，入射特征波長紅外輻射耦合產(chǎn)生吸收，根據(jù)朗伯-比爾定律，吸收強(qiáng)度與濃度呈正比關(guān)系，測量經(jīng)紅外吸收后的紅外光譜的強(qiáng)度，便可計(jì)算出二氧化碳或二氧化硫的含量。CS分析測試的 C、S質(zhì)量含量可低至0.005%和0.0005%。

　　標(biāo)準(zhǔn) GB/T 11261-2006、GB/T 20124-2006、GB/T 223.82-2018分別采用惰性氣體熔融-熱導(dǎo)或紅外吸收法規(guī)定了鋼鐵中的氧、氮、氫含量的測試方法，氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量 0.0005～0.020%，氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量 0.002～0.6%，氫元質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量素0.20～30μg/g。