近年來,隨著光譜分析技術的迅速發展與光譜分析儀器的不斷完善,光譜儀器涉及的領域越來越廣泛,和人們日常生活中的吃、穿、住、用等息息相關,並且在各個領域中發揮越來越重要的作用,在某些領域已起到不可替代的作用。光譜儀器正在逐漸向高性能、低運行成本;小型便攜、專用化、一體化等方向發展,並且不斷擴大應用範圍,如無機材料、有機物質、生命科學、食品安全、環境監測等;同時「綠色低碳」的分析理念,也成為光譜儀器的發展趨勢。
原子光譜分析是檢測無機元素的最佳方法。原子光譜分析是將樣品蒸發、原子化/離子化、激發,然後將其產生的輻射引進光譜儀進行檢測的過程,對於只要測定元素成分和含量的分析,如工業生產過程中的冶煉爐前分析、地質勘探測定礦石中的元素含量、材料研製中元素成分的分析等,起到不可替代的作用,包括在生命科學裡也是大有用武之地。
2012年上半年的原子光譜新品主要有:鋼研納克檢測技術有限公司2012年1月上市的CCD光電直讀火花源原子發射光譜儀、北京盈安科技有限公司2012年2月上市的M4000金屬分析儀、北京北分瑞利分析儀器(集團)公司2012年5月上市的AF-2200雙道順序注射原子螢光光譜儀、北京吉天儀器有限公司2012年2月上市的DCD-200型直接進樣測鎘儀、澳大利亞GBC(昌信科學儀器公司代理)2012年3月上市的臺式ICP-OES Quantima、美國ESI公司(上海凱來實驗設備有限公司代理)的適用於PerkinElmer火焰原子吸收光譜儀的高效自動進樣系統FAST AA。
從這些新產品的創新點可以看出未來原子光譜儀器的發展趨勢。
光電直讀光譜:
雖然和經典成熟PMT相比,還存在一定的局限性,但是CCD技術的應用將是光電直讀光譜儀的一個技術發展方向。CCD最大的優點是全譜,並降低生產成本及減小儀器體積。CCD與PMT結合是目前解決全譜檢測並滿足微量和痕量分析的最優選擇,但同時滿足兩種類型檢測器的採樣控制和系統的完美結合目前仍然是該類儀器的製造難點。其次,自動化、可攜式、移動式也將是光電直讀光譜儀未來的發展方向。如鋼研納克檢測技術有限公司SparkCCD 500型CCD光電直讀火花源原子發射光譜儀,北京盈安科技有限公司M4000金屬分析儀。
左:CCD光電直讀火花源原子發射光譜儀SparkCCD 500,右:M4000金屬分析儀
鋼研納克檢測技術有限公司 CCD光電直讀火花源原子發射光譜儀SparkCCD 500
創新點:(1)雙光電轉換及檢測系統:CCD檢測系統實現光譜的全譜分析(波長範圍覆蓋220~340nm,390~420nm);光電倍增管檢測系統靈敏度高,採用單火花的單次放電數字解析技術以及數據採集積分延時技術進行分析,用於測量短波元素;(2)光柵焦距500mm,光室體積小,重量輕;(3) 採用直射式光室結構,靈敏度高;(4) 整機體積小,可放於工作檯上進行操;(5) 採用系統監控軟體實現計算機對儀器系統狀態的監測和開關控制,包括負高壓、溫度及真空度狀態顯示和光源及負高壓的開關控制;(6)CCD和光電倍增管的分析數據一次性同時輸出;(7) 分析對象範圍廣,一臺儀器可同時分析鐵、鋁、銅等基體樣品,增改通道無須改變硬體,方便靈活。
北京盈安科技有限公司M4000金屬分析儀
創新點:M4000金屬分析儀國內首創平場光柵、多CCD全譜接收火花光譜儀,光路結構穩定簡潔,無斷譜,真正的全譜接收儀器。分析通道可選擇、優化性強,使儀器具極高的分析精度、更好的長期穩定性。M4000具有完善的儀器系統自檢測功能,譜線自動定位功能,工廠校準曲線分析等功能,儀器操作更加便捷。儀器整機體積小,結構緊湊穩定,便於移動運輸。
原子螢光光譜:
在檢測金屬元素種類並不多的情況下,原子螢光被認為是經濟可靠的首選檢測儀器。而原子螢光一直是國產原子光譜儀器的強項,原子螢光儀器廠商在儀器結抅、軟體、配件、性能等方面仍在不斷改進,如北分瑞利公司最新推出的高端產品AF-2200系列原子螢光光譜儀。設計專用型、小型化儀器,拓寬原子螢光分析元素的能力等,是原子螢光光譜儀器及其分析技術發展的趨勢,如北京吉天儀器有限公司最新推出的DCD-200型直接進樣測鎘儀。
左:AF-2200雙道順序注射原子螢光光譜儀,右:DCD-200型 直接進樣測鎘儀
北京北分瑞利分析儀器(集團)公司 AF-2200雙道順序注射原子螢光光譜儀
創新點:(1) 集成化設計的高性能順序注射進樣系統;(2) 高精度(0.001MPa)數位化壓力監測系統;(3) 吹掃式壓力平衡四通混合模塊,微死體積PEEK單向閥,獲得最小的剪流和紊流,使得信號峰形具有無與倫比的平滑度和重現度;(4) 全新的終身免維護噴流型三級氣液分離器,自動排出廢液;(5) 高效新型全陶瓷紅外加熱,精確控溫石英爐原子化器;(6) 無需屏蔽氣的單層爐管設計,可大大節省氬氣消耗;(7) 智能化漏液、氣路壓力和原子化室避光實時報警,保證儀器的正常工作狀態。
北京吉天儀器有限公司 DCD-200型 直接進樣測鎘儀
創新點:直接進樣測鎘儀為原子螢光(AFS)及直接進樣測鎘裝置聯用儀,依託原子螢光檢測器、數據處理和氣路部分。其功能是實現液體、固體等樣品中痕量鎘(Cd)的準確測量。直接進樣測鎘儀採用國內外首創的「電熱蒸發-原子捕獲」技術直接檢測固(液)體樣品中重金屬鎘(Cd),利用「原子捕獲」技術完全消除幹擾。粉末、薄層固體樣品可置於樣品舟中稱重後直接上機自動測量,5分鐘內可得結果。
ICP光譜:
ICP光譜儀器的發展正處在相對穩定時期,但在樣品分析的實用性方面也出現了許多改進,例如(1)儀器穩定性有明顯提高;(2)覆蓋的波長範圍逐漸擴大;(3)近紅外區和真空紫外區檢出限有很大改進;(4)高頻電源採用自激發器逐漸增加,全固態高頻發生器逐漸普及,儀器結構更加緊湊;(5)雙向觀測,互相取長補短;(6)多譜線擬合扣除光譜幹擾、數據自動判別、自動波長選擇等軟體性能擴大;(7)多種附件可選,擴大了應用範圍等。如澳大利亞GBC(昌信科學儀器公司代理)的臺式ICP-OES Quantima。
臺式ICP-OES Quantima
澳大利亞GBC(昌信科學儀器公司代理)的臺式ICP-OES Quantima
創新點:Quantima 提供了所有ICP 可以測量的元素的譜線,可以測量S、P、B、N、Al 等在紫外區的最靈敏線,同時可以測量Li、Na、K 等高可見光區的譜線。 最大的能量通過率以確保高靈敏度 由於採用有效的全反射光學部件而且光學部件的數量儘可能地少,從而保證了最大的光通過率和高靈敏。
原子吸收光譜:
原子吸收光譜技術已十分成熟,除了2004年德國耶拿公司推出了連續光源技術外,已經很少出現突破性的創新技術,但是,原子吸收光譜儀器廠商仍致力於在成熟中仍在追求完美,不斷改進儀器結抅、性能,完善儀器的軟體、配件等,如火焰-石墨爐-體化、固體進樣自動化等。原子吸收光譜儀器向專用化、小型化發展,發揮其簡單實用的優點。美國ESI公司適用於PerkinElmer火焰原子吸收光譜儀的高效自動進樣系統FAST AA。
美國ESI公司(上海凱來實驗設備有限公司代理) 適用於PerkinElmer火焰原子吸收光譜儀的高效自動進樣系統FAST AA
配置ESI FAST AA調節閥的PE FAA
創新點:FAST AA從試樣管中真空提取樣品後傳輸至FAA霧化器連通的樣品管路中。當進樣器系統的閥處於提取樣品位置時,樣品能以5ml/min的速度迅速被提取至FAA的霧化器,同時快速清洗。快速提取和清洗保證了FAST AA 的高效性,該系統進行單元素分析時每小時能進樣440個,比手動進樣多25%。
在2012年上半年推出的6臺原子光譜及相關新產品中,4臺是國內光譜儀器廠家推出的,從此可以看出,國內光譜儀器廠家在技術工藝創新程度、技術指標先進程度、市場前景和市場化水平四個方面都有不錯的進步,充分反映了國內廠家在光譜分析儀器上的實力。