原子光谱新品盘点：技术多维度发展，市场增长依旧强势
导读：在技术方面，新产品除了整体性能的提升，大部分企业都从仪器的便携性、自动化和软件等方面进行了改进。
原子光谱分析是分析化学的重要分支，是现今无机元素分析应用最为广泛的光谱分析方法。近几年，原子光谱在科研领域发展遭遇瓶颈，传统原子光谱分析方法难有较大突破，相关研究的热度也不及质谱等其他分析仪器。但原子光谱类仪器在工业生产、地质勘探、材料研制、食品安全、水质分析等领域有着不可替代的作用，原子光谱仪器市场份额仍与分子光谱仪器齐头并进。据相关报告显示，2020年全球原子光谱市场规模约为390亿美元，且每年以5%的速度增长，相关仪器企业也在不断开发新产品新应用。
以申报仪器信息网“科学仪器优秀新品评选”活动的新品数量来看，申报2020年度“科学仪器优秀新品” 评选活动的原子光谱相关新品共计14台，其中电感耦合等离子体光谱仪（ICP-OES/AES）3台、光电直读光谱仪4台、激光诱导击穿光谱（LIBS）4台、原子荧光光谱仪(AFS)1台、原子吸收光谱仪（AAS）1台以及微波等离子体光谱仪(MPT/MIP)1台。
总体来看，2020年原子光谱新产品较为集中的品类为电感耦合等离子体光谱仪、光电直读光谱仪和激光诱导击穿光谱仪。其中，电感耦合等离子体光谱仪和光电直读光谱仪新产品较多，主要由于市场需求较大，特别是ICP-OES，市场的需求也给了相关企业改进的动力。激光诱导击穿光谱目前市场较小，但其具有独特优势、潜力较大，也是多家企业较为看好的仪器品类。
在技术方面，新产品除了整体性能的提升，大部分企业都从仪器的便携性、自动化和软件等方面进行了改进，这些改进一方面可以节约使用单位的人力及运营成本，另一方面也可以更加适用于某些使用场景。
以下将根据2020年度申报新品的情况，对原子光谱各品类新品进行简单的概述：
电感耦合等离子体光谱仪作为发射光谱仪产品的代表，其分析能力和技术的进步为元素分析带来了巨大的便利。目前，ICP-OES的整体技术已较为成熟，但随着技术的进步和科技的创新，ICP-OES在很多方面仍有进步与发展的空间，如ICP的光学结构、RF发生器、检测器以及软件功能等方面，都有很多需要不断改进与完善的部分。
申报2020年度 “科学仪器优秀新品” 评选活动的ICP-OES共有3款，分别是赛默飞iCAP PRO、德国耶拿PlasmaQuant 9100和斯派克SPECTROGREEN TI，新产品主要针对现有的部件进行了升级与改进。
从炬管和观测方式来看，赛默飞iCAP PRO和德国耶拿PlasmaQuant 9100均采用垂直炬管，只有斯派克SPECTROGREEN TI采用了水平炬管。垂直矩管抗基质干扰能力强，而水平炬管的光源通道长，灵敏度好，检测限低。但三款仪器均采用了双观测技术，特别是德国耶拿PlasmaQuant 9100和斯派克SPECTROGREEN TI均在观测方式上进行了大幅优化。据介绍，PlasmaQuant 9100采用了增强型双向观测技术：一次进样即可进行4种观测方式，没有浓度断档，无需分组或稀释，为所有元素和浓度提供最合适的观测和测量方式，满足所有应用要求；而SPECTROGREEN TI使用了TI技术自动观测水平和垂直向等离子体，避免了易电离元素 (EIE) 等基体效应。与此同时，iCAP PRO对炬管进行了改进，使用了全新的耐用垂直矩管，赛默飞介绍，该垂直炬管与等离子结合，可获得更高的耐用性。
其次是光学系统，赛默飞iCAP PRO和德国耶拿PlasmaQuant 9100均对光学系统进行了改进，着重加强了深紫外区，使得检出限大幅提高。据介绍，iCAP PRO采用了全新高分辨率的恒温光学系统，在波长200nm处光学分辨率小于7pm；而PlasmaQuant 9100凭借蔡司引以为傲的光学技术，延续了此前PQ9000的高分辨光学系统，最低可以达到3pm。SPECTROGREEN TI则“另辟蹊径”，采用了密封充氩自循环净化光学系统，检测波长<190nm的谱线时不需要氩气吹扫光室，一定程度上节约了仪器使用成本。
而在检测器方面，赛默飞iCAP PRO使用了全新的高动态范围电荷注入式检测器（CID），该CID检测器拥有400万像素，2MHz高速读取数据，拥有9个数量级的动态范围，分析速度可以提高30-40%，一分钟可完成智能全谱直读。另外两款则均采用CCD检测器。
此外，为了进一步增强对复杂基体的耐受性，德国耶拿PlasmaQuant 9100还增强了RF发生器了的输出性能，使用了耐高盐基体的冷准，使得其对复杂基体的激发能力和稳定性有进一步的提高。
总体来看，三款ICP-OES中，赛默飞iCAP PRO使用了全新的设计语言，仪器集成度很高，体积小巧，且有较高的辨识度，内部也进行了“大换血”，从炬管、光学系统到检测器都进行了升级；德国耶拿PlasmaQuant 9100则是在其高光学分辨率的基础上，深耕了仪器对复杂基体的耐受性；斯派克SPECTROGREEN TI则是在体积上较此前产品更为小巧，且可以在一定程度上节约氩气，节约空间和成本。
斯派克电感耦合等离子体发射光谱仪SPECTROGREEN TI
光电直读光谱仪由于分析费用较少，分析速度快，分析结果可靠，已在工业生产中广泛使用，是钢铁、铸造、机械及汽车汽配相关领域企业的必备仪器之一。
申报2020年度 “科学仪器优秀新品” 评选活动的光电直读光谱仪共有4款，分别为斯派克直读光谱仪SPECTROLAB S、钢研纳克全谱火花直读光谱仪Spark 8000、钢研纳克全谱火花直读光谱仪SparkCCD 6500和德国元素（艾力蒙塔）ferro.lyte火花直读光谱仪。其中，斯派克和钢研纳克均是光电直读光谱仪领域的代表企业，已在该领域深耕多年，而德国元素是首次推出光电直读光谱仪产品，但其在元素分析仪器领域具有深厚的技术积淀，此次推出的ferro.lyte火花直读光谱仪也有其独特的优势。
斯派克SPECTROLAB S集成目前直读光谱仪的诸多先进技术，是较为高端产品，其具备两个CMOS检测器的独立光室，且具备恒温装置和压力补偿功能、新型高能LDMOS等离子发生器光源以及斯派克的CMOS+T技术，其介绍称已超越光电倍增管技术，可以快速定量分析ppm量级的高纯金属或合金中的痕量元素。此外，为了节约运营成本，SPECTROLAB S 采用全新程控流量，可以降低氩气消耗。
与此同时，钢研纳克2020年的2款新品则是主打稳定性，在仪器检测的稳定性上作出了整体的提升，仪器体积也更为小巧。2款产品的主要区别在于高端型号产品Spark 8000采用了CMOS检测器，而中端型号SparkCCD 6500则使用CCD检测器。
德国元素ferro.lyte火花直读光谱仪最大的特色在于小巧轻便，结构紧凑，仅有一个手提箱大小，16千克重，更适用于金属材料现场测试和鉴别（PMI）。且得益于德国元素在元素分析领域的技术积淀，采用CMOS探测器，凭借其CONLYTE®技术，可以更准确的分析双相钢中N元素含量。
总体来说，目前光电直读光谱仪朝着两个方向发展：一方面，各品牌高端产品均已采用CMOS检测器，并通过各种方式不断提升检测性能；另一方面，为应对金属材料的现场检测，在保持一定检测精度的前提下，部分仪器的体积和总量都在不断减小。
相比XRF，LIBS仪器具有其独特的优势，特别是LIBS可以检测原子序数低的元素（如B和Li）和C元素，解决了资源回收、黑色金属、锂电池及煤质分析等领域用户的痛点，近几年，LIBS技术逐渐发展起来，引起众多仪器企业的重视，各类LIBS仪器也逐渐增多。但目前，检测限高、稳定性差仍是很多LIBS仪器存在的问题。
申报2020年度 “科学仪器优秀新品” 评选活动的LIBS共有4款，分别为SciAps金属全元素分析仪z-300、SciAps LIBS激光诱导击穿光谱仪 Z3S、AtomTrace Sci-Trace激光诱导击穿光谱仪和星帆仪器派格斯测碳光谱仪。其中，AtomTrace品牌由上海凯来代理首次进入中国，推出科研级激光诱导击穿光谱仪AtomTrace Sci-Trace，是新品中唯一一台科研级大型LIBS。其他3台新品均为小型LIBS，由星帆仪器推出的便携式派格斯测碳光谱仪，以及2台手持式LIBS，SciAps金属全元素分析仪z-300和SciAps激光诱导击穿光谱仪 Z3S。
相比于其他3款新产品，AtomTrace Sci-Trace瞄准市场不同，其主打材料分析科研市场，可以对材料进行高分辨率的二维化学成像，更可以通过激光对层状材料进行深度分析。AtomTrace Sci-Trace为迎合科研人员的需求，整机采用模块化设计，科研人员可以根据需求选择对应模块。
其他3台小型LIBS则均针对工业生产市场，其中，SciAps Z-300体积最为小巧，除了可以应用于合金分析外，还可以分析三元锂电池中镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)元素的含量和分布情况，判断锂电池的性能；据介绍，SciAps Z3S主要针对在焊点、焊缝检测中的应用，其激发斑点小，可以直接分析线路板上的肉眼难以分辨的金手指；星帆仪器派格斯测碳光谱仪主要针对合金钢中的碳元素检测，虽不是手持仪器，但其整体重量和体积都较小，配合微型氩气瓶，整套设备重量不超过3.5 kg。
技术方面，AtomTrace Sci-Trace凭借高性能部件，整体性能最强，但更适用于技术研究；SciAps的两款仪器均具备其独特的氩气净化专利技术，使检出限可以达到0.01~0.1%；星帆仪器派格斯测碳光谱仪是新品种唯一的国产产品，在测碳方面技术较强，碳的检测下限可以到到0.01%。
总体来讲，目前LIBS光谱仪生产企业主要以国外厂商为主，国内在研发LIBS的企业较多，不过，除星帆仪器等几个少数企业外，都还没有推出正式产品，相比于进口产品，国产仪器的价格相对较低。
原子荧光光谱仪（AFS）在地质、冶金、石油、生物医学、地球化学、材料和环境科学等各个领域内具有广泛的应用，是我国为数不多的、具有自主知识产权的分析仪器。从技术发展趋势来看，近几年，原子荧光光谱仪的发展除了在仪器本身性能的提升外，色谱-原子荧光联用技术应用于砷、汞元素形态分析也是目前该类仪器发展的热点。
申报2020年度 “科学仪器优秀新品” 评选活动的原子荧光光谱仪仅有1款，是由国内原子荧光光谱仪代表企业之一的海光仪器发布的HGF-V4原子荧光光度计。2019年，海光仪器发布HGF-V9原子荧光光度计，受到了市场的广泛认可，并且获得了不错的销售业绩。今年推出的HGF-V4在HGF-V9的基础上，从四通道九灯位，改为了四通道四灯位，可以说：HGF-V4是HGF-V9的“精简版”，价格也相对较低。在一些实际应用中，用户仅需要检测几个元素含量，不需要频繁换灯，海光仪器正是看到此处市场，应对不同类型客户，推出不同类型的产品，也可以让用户节约一定的采购资金。
近年来，原子吸收光谱技术在国家标准中的应用略有减少，同时，每年原子吸收光谱仪的新产品的数量也相对较少。有网友认为：“原子吸收技术正在逐渐被取代。”但事实并非如此，原子吸收技术是原子光谱检测的“金标准”，具有其独特优势；在工业生产中，通常只需要大量检测1-2种元素，更适合原子吸收光谱仪器；同时，原子吸收光谱仪的价格和使用成本也相对较低，更适合很多中小企业。因此，原子吸收光谱市场可能会略有下降，但很长一段时间内不会被其他技术取代。
申报2020年度 “科学仪器优秀新品” 评选活动的原子吸收光谱仪仅有1款，是由珀金埃尔默推出的PinAAcle D 900原子吸收光谱仪。PinAAcle系列原子吸收光谱仪一直是珀金埃尔默的代表产品，已延续多年，此次推出的PinAAcle D 900是珀金埃尔默原子吸收生产线的更新换代产品。PinAAcle D 900主要针对其自动化水平进行了改进，该仪器采用了火焰石墨炉一体化双自动进样器，操作也更加便利，自动化水平提升，可以节约更多人力需求。此外，PinAAcle D 900在性能方面也略有增强，新型的燃烧头设计，线性范围更宽，光控IR sensor校准保证结果的稳定。
市场上微波等离子体光谱仪产品相对较少，申报2020年度 “科学仪器优秀新品”评选活动的微波等离子体光谱仪仅有1款，是由成都艾立本科技有限公司推出的等离子体固样分析发射光谱仪-PJ10（粮食土壤元素分析仪），是一款行业专用仪器。该仪器主打可以对固体样品直接进行元素分析，无需化学消解，据介绍，PJ10可以检测Cd，Cr，Cu，Pb，Zn，Ca，Fe等多种元素，检出限可达ppb级，RSD<9%。
注：文中提到的产品仅限于申报2020年度 “科学仪器优秀新品” 评选活动的部分产品，由于篇幅原因，不能面面俱到，还请见谅。如有重大创新的产品遗漏，欢迎留言!
来源于：仪器信息网
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