"Procédé de préparation d'échantillons"
La présente invention est relative à la préparation d'échantillons pour une analyse ultérieure à l'aide de techniques instrumentales et elle concerne plus particulièrement l'analyse d'échantillons de fils métalliques dans une plage de dimensions offrant une superficie en
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s'applique aussi bien à d'autres formes d'échantillons, telles que des morceaux, des raclures, des tubes, de la poudre, des déchets de limage, de meulage et de tournage, ainsi qu'à <EMI ID=2.1>
un procédé de préparation pouvant être utilisé ' avec la plupart des méthodes d'analyse par instruments, y compris
la spectroscopie à émission optique (CES), la spectroscopie par fluorescence aux rayons X (XRF), la spectrométrie de masse, les microsondes ioniques, l'activation de neutrons,
la spectroscopie de Mossbauer, la spoctroscopie d'Auger,
la spectroscopie électronique, la spectroscopie par décharges à effluves, ou la diffraction aux rayons X.
La préparation superficielle d'échantillons solides pour une analyse par instruments est nécessaire pour parvenir à une superficie suffisamment grande et représentative de l'échantillon avec une forme appropriée permettant l'irradiation et Incitation. Les superficies représentatives typiques varient pour chaque instrument, par exemple la spectroscopie à émission optique (OBS) exige en général une
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tandis que la spectroscopie par fluorescence aux rayons X
(XRF) est en général utilisée sur une superficie de présentation d'un diamètre d'environ 25 mm. En outre, la superficie de présentation doit être uniformément plane et exempte d'imperfections physiques. Sans une préparation convenable, l'analyse n'est pas représentative de la composition.
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d'échantillons pour une analyse par instruments, comprennent:
(1) la refusion, (2) la formation directe en briquettes et
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ciellement aux extrémités.
Les techniques de refusion offrent des incor.vénients : une grande masse est. requise pour produire un article moulé refondu; il existe des pertes de plusieurs <EMI ID=6.1>
éléments importants et le temps nécessaire pour la préparation est trop long pour l'exploitation routinière d'une installation.
Les techniques de formation de briquettes exigent également une masse importante d'échantillons et
une force élevée pour produire une briquette de dimension requise. La précision de l'analysa est limitée, les inclusions ne peuvent pas être maintenues à une orientation uniforme
et ne peuvent pas être mises en rapport avec des normes de solides, il existe des vides dans l'échantillon qui perturbent certaines techniques telles que la spectroscopie par fluorescence aux.rayons X, pour lesquelles une pénétration
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est produit et la surface est déformée pour les techniques provoquant un échauffement au cours de l'excitation, comme par exemple avec la spectroscopie à émission optique.
Les procédés publiés à l'heure actuelle pour une analyse de plaquettes ou morceaux sont limités à des morceaux isolés suffisamment grands pour permettre une excitation complète. Par exemple, des plaquettes ou morceaux préparés sur un grand tour sont découpés à une dimension de
24 x 20 mm et pressés dans des granules de plomb ou d'étain
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Le procédé est satisfaisant pour la spectroscopie à émission optique dans le cas d'un grand échantillon, bien que l'on rencontre des problèmes avec des fissures dans la plaquette
ou le morceau et avec l'aluminium. Toutefois, il n'y a que
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ce qui exclut l'utilisation de fils métalliques ou petits morceaux d'échantillons pour des instruments analytiques.
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La technique fait défaut pour l'analyse de fils métalliques et d'autres petits échantillons.
Des échantillons de fils métalliques d'un
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procédés directs en utilisant un gabarit pour maintenir les extrémités d'un échantillon traité superficiellement dans
la chambre à étincelles, au lieu d'un échantillon normal.
Il a été mentionné que cette technique convient également pour certains éléments dans le cas de fils avec des diamètres aussi faibles que 1 mm, si ces fils sont groupés ensemble.
L'expérience pratique a révélé trois défauts propres à ce type de préparation pour la spectrographie à émission optique.
Primo les échantillons s'échauffent exagérément et procurent
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fondra en 20 secondes' secundo les inclusions dans les fils sont orientées de manière défavorable pour la présentation à l'arc, par exemple les émissions pour Mn et S sont en général fortement polarisées à cause de l'orientation d'inclusions formées au cours de la coulée dans le lingot primitif; tertio la précision de l'analyse est limitée par la nécessité d'a�r des normes de dimension et de composition semblables à celles des échantillons analysés; quarto la précision de l'analyse de tous les éléments est inférieure à celle pour des échantillons ronds massifs et se détériore rapidement pour certains éléments dans des fils dans une plage de dimen- sions de 5 à 0,5 mm de diamètre. En outre, la superficie préparée est trop petite pour d'autres techniques, telles que la spectroscopie par fluorescence aux rayons X.
Le but de la présente invention est
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d'échantillons qui sont normalement trop petits pour une irradiation et une excitation directes par un instrument, tandis qu'un but plus particulier est d'offrir une technique directe convenant pour une plage complète de dimensions d'échantillons à partir d'un.. étalonnage particulier.
L'invention offre par conséquent un procédé de préparation de petits échantillons pour l'analyse par des techniques instrumentales, Qui consiste à maintenir une multiplicité représentative d'échantillons en contact avec une surface d'un organe d'appui, avec les échantillons au voisinage immédiat l'un de l'autre, et à traiter superficiellement une superficie de ces échantillons suivant une surface parallèle tangente à la surface de l'organe d'appui.
Dans le présent brevet, il doit être entendu que l'expression" traitement superficiel" doit être considérée comme comprenant les opérations de surfaçage équivalentes permettant de préparer une surface pour l'analyse ultérieure.
Dans une forme de réalisation de l'invention, les échantillons sont maintenus en contact avec l'organe d'appui en pressant ou laminant les échantillons pour les
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tillons sont traités superficiellement.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les échantillons sont fermement maintenus en contact avec une surface traitée superficiellement de l'organe d'appui, grâce à des pinces, après quoi les échantillons sont traités superficiellement parallèlement à la surface traitée précitée.
Dans encore une autre forme de réalisation de l'invention, un échantillon de fils métalliques est enroulé autour d'un organe d'appui cylindrique ou incurvé, pressé pour procurer une surface aplatie et ensuite traitée superficiellement suivant la face tangente à l'organe d'appui.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux desins annexés, dans lesquels :
La figure 1 illustre schématiquement les étapes du procédé de préparatbn appliqué àun fil métallique à analyser ultérieurement par une spectroscopie à
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une première .forme de réalisation.
La figure 2 est une vue en plan à grande échelle de la surface préparée, illustrant les fils noyés dans celle-ci. La figure 3 est une vue en perspective d'une variante de dispositif permettant la préparation d'un échantillon suivant une seconde forme de réalisation. La figure 4 est une vue an élévation latérale d'un autre dispositif permettant une préparation d'échantillon suivant une troisième forme de réalisation.
Dans la première forma de réalisation
de l'invention illustrée schématiquement à la figure 1,
des échantillons de fils métalliques W sont débarrassés des scories et des revêtements par des moyens mécaniques ou chimiques ( étape a). Le fil W est alors découpé en des longueurs convenant pour un pressage (normalement de 10 à
25 mm (étape b) )et placées en association parallèle serrée
sur une plaque de support ou d'appui en acier doux fraîchement traitée superficiellement 2 (étape c, dimensions normales de
50 x 25 x 4 mm).
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Pour parvenir à exécuter le cycle de présentation approprié. avec un diamètre de 15 mm pour l'analyse ultérieure grâce à une spectroscopie à émission
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gueurs, tandis qu'un fil d'un diamètre de 3 mm n'en exige que trois. La plus grande superficie de présentation avec un diamètre de 25 mm requise par la spectroscopie à fluorescence par rayons X exige des nombres proportionnellement plus élevés de longueurs de fils. Après alignement, les fils
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une presse de laboratoire appropriée quelconque (étape d), après quoi les fils sont noyés dans la surface de la plaque
de support ou d'appui .11 n'est habituellement pas nécessaire
de maintenir positivement les fils en position pour l'opération de pressage, mais dans le cas Je fils fins, il peut être désirable de les situer sur la plaque d'appui en aimantant légèrement ces fils. Ceci peut être obtenu en faisant passer les fils métalliques sur un aimant de force normale.
L'amplitude de force requise dépend dans une grande mesure de la superficie d'échantillon requise,
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être préparés en faisant appel à une force d'environ 35 tonnes,
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rescence aux rayons X exigent des forces atteignant jusqu'à <1>00 tonnes. La force appliquée amène le fil et la plaque d'appui à "fluer" d'une façon procurant une superficie uniforme d'échantillon analytique. soudée à froid à la plaque d'appui. La surface résultante est alors traitée superficiellement pour la rendre suffisamment lisse pour la présentation à l'instrument d' analyse (étape e) .
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plaque d'appui en acier doux P, en préparation pour l'analyse par spectroscopie à émission optique.
Pour la plupart des applications, une qualité d'acier doux S1021 devrait suffire pour la plaque d'appui, -tandis que toutefois les qualités à faible teneur en carbone telles que K10A03 et les qualités à forte teneur
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une application pour des fils doux et très durs, respectivement.
D'autres métaux et alliages peuvent apporter une assistance supplémentaire dans des applications particulières, par exemple du cuivre ou du laiton pour des fils doux très fins ( d'un diamètre inférieur à O,Smm). De plus, l'invention n'est pas limitée à des échantillons en acier pas plus qu'à des plaques d'appui en acier, des échantillons en acier inoxydables, en laiton, en aluminium ou en étain pouvant par exemple être analysés d'une façon analogue.
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rement présenter une surface polie lisse. Les plaques seront de préférence traitées superficiellement avec un abrasif
de qualité grossière afin de donner une surface rugueuse et ceci s'est révélé offrir une meilleure prise après la pression. D'une autre façon, des trous peuvent être percés dans la plaque d'appui sur la longueur de 1-échantillon de manière
à obtenir une plus grande sécurité de position des échantillons après pression. Cette technique confient pour des fils métal-
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que le pressage du fil entraîne quelque fois un étalement et une absence de pénétration. Dans un agencement, des trous peuvent être percés aux extrémités des fils, de telle sorte <EMI ID=27.1> que l'opération de pressage provoque l'extrusion des extrémités du fil dans les trous pour parvenir ainsi à une retenue plus positive des fila sur la plaque d'appui. D'une autre façon, un seul trou situé au centre convient pour un ou plusieurs fils, en particulier des fils métalliques doux.
Dans la seconds forme de réalisation de
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W sont disposés au sommet d'une surface plane F d'un barreau d'acier trempé B et maintenus en place par des pinces C.
Les fils W'sont alors traités superficiellement directement comme illustré ou pressés et traités superficiellement pour procurer la surface analytique S.
Dans la troisième forme de réalisation illustrée à la figure 4, un fil W' est enroulé autour d'un barreau ou d'un tube T de forme appropriée, avant pressage et traitement superficiel destiné à procurer la surface analytique S. L'opération de pressage est exécutée de manière
à étaler légèrement les spires d'échantillons pour assurer une rencontre mutuelle des spires adjacentes.
Dans les seconde et troisième formes de réalisation, on a besoin de plus grandes longueurs de fil
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de réalisation.
Les avantages particuliers des techniques décrites précédemment sont les suivants
1. Elles permettent la préparation de petits échantillons de fils d'acier ou d'autres fils métalliques dans une plage de dimensions d'un diamètre de 0,3 à 12 mm pour une analyse directe sans refusion.
2. Le procédé de préparation convient pour d'autres formes <EMI ID=30.1>
d'échantillons trop petites pour une analyse directe, comme par exemple des poudres, des déchets de tournage, de meulage,
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échantillons solides peut s'appliquer à tous les échantillons quelle que soit la dimension d'échantillons primitive.
4. La présentationdel'échantillon au spectromètre est supérieure aux procédés classiques, étant donné que l'axe principal des inclusions se situe dans le même plan que la surface.
5. La précision offerte par la préparation est égale à celle permise par la préparation de grands échantillons solides. Une comparaison de résultats d'analyse par spectroscopie à émission optique effectuée sur des échantillons en vrac de même métal (A (s) et D(s) et sur de petits échantillons de fils métalliques préparés suivant la première forme de réalisation de l'invèntion est donnée dans le tableau ci-après.
6. Le procédé de préparation permet d'analyser l'échantillon pour n'importe quel élément dans la table de classification périodique, qui est normalement analysé grâce à un procédé instrumental .
Les résultats obtenus en utilisant les
<EMI ID=32.1> figures 3 et 4 se sont révélés être comparables à ceux obtenus en utilisant la première technique décrite. L'enroulement d'une bobine se rèvèle offrir certaines applications intéressantes pour des fils doux , fins.
Les résultats obtenus en utilisant une analyse par spectrosoopie à fluorescence par rayons X se sont également révélés satisfaisants.
Il est clair d'après le tableau qui suit que le procédé de préparation d'échantillons convient remar-
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par instruments.
TABLEAU.
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Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
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1. Procédé de préparation de petits échantillons destinés à une analyse par des techniques instrumentales, caractérisé En ce qu'il consiste à maintenir une multiplicité représentative d'échantillons en contact
avec une surface d'un organe d'appui, avec les échantillons
se trouvant au voisinage immédiat l'un de l'autre, et à
traiter superficiellement une zone de ces échantillons suivant une surface parallèle tangente à la surface de l'organe d'appui.
"Method of preparing samples"
The present invention relates to the preparation of samples for subsequent analysis using instrumental techniques and more particularly relates to the analysis of samples of metal wires in a range of dimensions providing an area in
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applies equally to other shapes of samples, such as chunks, scrapings, tubes, powder, filing, grinding and turning waste, as well as <EMI ID = 2.1>
a preparation process which can be used with most methods of instrument analysis, including
optical emission spectroscopy (CES), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), mass spectrometry, ion microprobes, activation of neutrons,
Mossbauer's spectroscopy, Auger's spoctroscopy,
electron spectroscopy, corona discharge spectroscopy, or x-ray diffraction.
The superficial preparation of solid samples for instrument analysis is necessary to achieve a sufficiently large and representative sample area with a suitable shape allowing irradiation and inducement. Typical representative areas vary for each instrument, e.g. optical emission spectroscopy (OBS) typically requires
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while X-ray fluorescence spectroscopy
(XRF) is typically used over a presentation area with a diameter of about 25mm. In addition, the display surface must be uniformly flat and free from physical imperfections. Without a suitable preparation, the analysis is not representative of the composition.
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samples for instrument analysis, include:
(1) reflow, (2) direct briquette formation and
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cially at the ends.
The reflow techniques offer disadvantages: a large mass is. required to produce a remelted molded article; there are losses of several <EMI ID = 6.1>
important elements and the time required for preparation is too long for the routine operation of a facility.
Briquette forming techniques also require a large mass of samples and
high force to produce a briquette of the required size. The accuracy of the analysis is limited, the inclusions cannot be maintained at a uniform orientation
and cannot be related to solids standards, there are voids in the sample which interfere with certain techniques such as X-ray fluorescence spectroscopy, where penetration
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is produced and the surface is deformed for techniques that cause heating during excitation, such as with optical emission spectroscopy.
Presently published methods for analyzing platelets or lumps are limited to single lumps large enough to allow complete excitation. For example, wafers or pieces prepared on a large lathe are cut to a dimension of
24 x 20 mm and pressed into lead or tin granules
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The method is satisfactory for optical emission spectroscopy in the case of a large sample, although problems are encountered with cracks in the wafer.
or piece and with aluminum. However, there is only
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this excludes the use of metallic wires or small pieces of samples for analytical instruments.
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The technique is lacking for the analysis of metallic wires and other small samples.
Samples of metallic wires a
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direct methods using a jig to hold the ends of a surface treated sample in
the spark chamber, instead of a normal sample.
It has been mentioned that this technique is also suitable for certain elements in the case of wires with diameters as small as 1 mm, if these wires are grouped together.
Practical experience has revealed three flaws specific to this type of preparation for optical emission spectrography.
First, the samples become excessively hot and provide
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will melt in 20 seconds' second the inclusions in the wires are oriented unfavorably for the arc presentation, for example the emissions for Mn and S are in general strongly polarized because of the orientation of inclusions formed during casting in the original ingot; thirdly, the precision of the analysis is limited by the need to have standards of size and composition similar to those of the samples analyzed; quarto the analytical precision of all elements is lower than that for massive round samples and deteriorates rapidly for some elements in wires in a size range of 5 to 0.5 mm in diameter. Also, the prepared area is too small for other techniques, such as X-ray fluorescence spectroscopy.
The aim of the present invention is
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samples which are normally too small for direct irradiation and excitation by an instrument, while a more particular aim is to provide a direct technique suitable for a full range of sample sizes from one. particular calibration.
The invention therefore provides a method of preparing small samples for analysis by instrumental techniques, which comprises maintaining a representative multiplicity of samples in contact with a surface of a bearing member, with the samples in the vicinity. immediately from one another, and in superficially treating a surface of these samples along a parallel surface tangent to the surface of the support member.
In the present patent, it should be understood that the expression "surface treatment" is to be understood as including the equivalent surfacing operations to prepare a surface for subsequent analysis.
In one embodiment of the invention, the samples are maintained in contact with the support member by pressing or rolling the samples for them.
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tillons are treated superficially.
In another embodiment of the invention, the samples are held firmly in contact with a surface treated surface of the support member, by means of grippers, after which the samples are surface treated parallel to the aforementioned treated surface.
In yet another embodiment of the invention, a sample of metal wires is wound around a cylindrical or curved support member, pressed to provide a flattened surface and then surface treated along the face tangent to the member of the invention. 'support.
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given by way of non-limiting example and with reference to the appended drawings, in which:
Figure 1 schematically illustrates the steps of the preparation process applied to a metal wire to be analyzed subsequently by a spectroscopy at
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a first .form of realization.
Figure 2 is an enlarged plan view of the prepared surface, illustrating the wires embedded therein. FIG. 3 is a perspective view of an alternative device allowing the preparation of a sample according to a second embodiment. Fig. 4 is a side elevational view of another device allowing sample preparation according to a third embodiment.
In the first form of realization
of the invention schematically illustrated in Figure 1,
samples of metallic wires W are freed from slag and coatings by mechanical or chemical means (step a). The wire W is then cut into lengths suitable for pressing (normally 10 to
25 mm (step b)) and placed in close parallel association
on a freshly surface treated mild steel support or backing plate 2 (step c, normal dimensions of
50 x 25 x 4 mm).
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To achieve the proper presentation cycle. with a diameter of 15 mm for subsequent analysis using emission spectroscopy
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while a wire with a diameter of 3 mm requires only three. The larger display area with a diameter of 25 mm required by X-ray fluorescence spectroscopy requires proportionately higher numbers of wire lengths. After alignment, the wires
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any suitable laboratory press (step d), after which the wires are embedded in the surface of the plate
support or support .11 is usually not required
positively to hold the wires in position for the pressing operation, but in the case of fine wires it may be desirable to locate them on the backing plate by lightly magnetizing these wires. This can be achieved by passing the metal wires over a magnet of normal strength.
The magnitude of force required depends to a large extent on the sample area required,
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be prepared using a force of around 35 tonnes,
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X-ray rescence requires forces up to <1> 00 tons. The applied force causes the wire and backing plate to "flow" in a manner providing a uniform surface area of analytical sample. cold welded to the backing plate. The resulting surface is then superficially treated to make it sufficiently smooth for presentation to the analytical instrument (step e).
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mild steel backing plate P, in preparation for analysis by optical emission spectroscopy.
For most applications, a mild steel grade S1021 should suffice for the backing plate, however low carbon grades such as K10A03 and high grade grades
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an application for soft and very hard yarns, respectively.
Other metals and alloys can provide additional assistance in particular applications, for example copper or brass for very fine soft wires (with a diameter less than 0.1 Smm). In addition, the invention is not limited to steel samples any more than to steel backing plates, samples of stainless steel, brass, aluminum or tin can for example be analyzed from an analogous way.
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Rely have a smooth polished surface. The plates will preferably be superficially treated with an abrasive
of coarse quality to give a rough surface and this has been found to provide better grip after pressing. Alternatively, holes can be drilled in the backing plate along the length of 1-sample so
to obtain a greater security of position of the samples after pressure. This technique relies on metal wires
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that the pressing of the wire sometimes causes a spreading and an absence of penetration. In one arrangement, holes can be drilled at the ends of the threads so that <EMI ID = 27.1> the pressing operation causes the ends of the thread to be extruded into the holes to thereby achieve more positive retention of the threads. on the backing plate. Alternatively, a single centrally located hole is suitable for one or more threads, especially soft metallic threads.
In the second embodiment of
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W are placed on top of a flat surface F of a hardened steel bar B and held in place by clamps C.
The W's wires are then surface treated directly as shown or pressed and surface treated to provide the analytical surface S.
In the third embodiment illustrated in FIG. 4, a wire W 'is wound around a bar or a tube T of suitable shape, before pressing and surface treatment intended to provide the analytical surface S. The operation of pressing is carried out so
lightly spreading the turns of samples to ensure a mutual meeting of the adjacent turns.
In the second and third embodiments, longer lengths of wire are required.
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of achievement.
The particular advantages of the techniques described above are as follows
1. They allow the preparation of small samples of steel wire or other wire in a size range from 0.3 to 12 mm diameter for direct analysis without reflow.
2. The preparation process is suitable for other forms <EMI ID = 30.1>
samples too small for direct analysis, such as powders, turning and grinding waste,
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solid samples can be applied to all samples regardless of the size of the original samples.
4. The presentation of the sample to the spectrometer is superior to conventional methods, since the main axis of the inclusions is in the same plane as the surface.
5. The precision afforded by the preparation is equal to that afforded by the preparation of large solid samples. A comparison of results of analysis by optical emission spectroscopy performed on bulk samples of the same metal (A (s) and D (s) and on small samples of metallic wires prepared according to the first embodiment of the invention is given in the table below.
6. The preparation process allows the sample to be analyzed for any element in the periodic table, which is normally analyzed by an instrumental process.
The results obtained using the
<EMI ID = 32.1> Figures 3 and 4 were found to be comparable to those obtained using the first technique described. Winding a spool has been found to offer some interesting applications for soft, fine yarns.
The results obtained using X-ray fluorescence spectroscopy analysis have also been found to be satisfactory.
It is clear from the following table that the sample preparation method is suitable
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by instruments.
BOARD.
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It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.
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1. A method of preparing small samples intended for analysis by instrumental techniques, characterized in that it consists in maintaining a representative multiplicity of samples in contact
with a surface of a support member, with the samples
being in the immediate vicinity of each other, and
superficially treating a zone of these samples along a parallel surface tangent to the surface of the support member.