阿朗台式光谱仪的原理

“铬”污染对环境的危害铬是一种地球上含量十分丰富的元素，在自然界中主要以铬铁矿的形式存在。常见化合价有+2、+3、+6三种，其中，三价铬和六价铬对人体健康有害，六砎铬的毒性比三价铬约高100倍，是强致突变物质，可诱发肺癌和鼻咽癌，三价铬有致畸作用。近年来，生产金属铬和铬盐过程中产生的固体废渣——铬渣，以及由于风化作用进入土壤中的铬，容易氧化成可溶性的复合阴离子，经过淋洗转移到地面水或地下水中，已成为铬污染的重要环境污染问题。因此，测试表征方法的可靠性至关重要，可方便人们了解铬在环境和产品中的形态。许多国际组织制定了针对Cr(VI)表征的标准方案，以满足RoHS（《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》）对诸多消费品材料中Cr(VI)含量的限制 (RoHS规定大铬(VI)的质量分数为0.1%）。目前可用于准确表征固体样品中Cr(VI)含量的分析手段屈指可数，且存在系统性和实用性的缺陷。传统的比色分析法，在使用湿法化学提取方法（如液相萃取方法EPA 3060a）对塑料、矿石和尾矿以及油漆污泥进行处理时，Cr(VI) 往往会出现价态转变和萃取不完全的问题，大大低估了样品中Cr(VI)的质量分数。因此发展合适的测试方法来分析环境和制成品中Cr的形态和含量显得至关重要。“乘风破浪”的台式XAFS/XES谱仪现今常用的X射线光谱技术，例如X射线光电子能谱（XPS）仅能对样品表面进行分析，无法获得体相结构信息，且需要超高真空度，通常无法对塑料，环氧树脂和树脂进行测试；X射线荧光光谱（XRF）可用作元素分析技术，但其能量分辨率较低，无法实现对Cr元素不同化合物的甄别（图1）。近年来，基于同步加速器的X射线吸收精细结构谱（XAFS）和X射线发射光谱（XES）技术，得到了长足的发展和应用。其优点是样品需求量非常小，可以研究自然界不同样品中目标元素的电子结构，被广泛用于玻璃，土壤，塑料，煤，铬鞣革和超镁铁矿岩石中的Cr元素的价态和含量的分析。但XAFS和XES技术受限于同步辐射加速器光源，导致该技术无法在环境和工业应用领域进行有毒元素的合规性验证。图1. 传统XRF技术因其能量分辨率较低，导致无法对不同化合物Cr元素进行甄别 近期美国华盛顿大学Gerald Seidler教授等人成功设计并完成实验室台式XAFS/XES谱仪easyXAFS的开发工作（图2a），其以罗兰环为基本几何构型，使用球形弯曲晶体分析仪(SBCA)，实现了大的计数率/光通量和宽的布拉格角范围的技术提升，使XAFS (图2b)和XES分析(图2c)次在实验室内成为了可能，是分析环境和制成品中Cr形态和含量的。图2. (a) easyXAFS公司台式XAFS谱仪及创始人Devon Mortensen (b)XAFS工作原理示意图；（c）XES工作原理示意图 “铬”个击破:XAFS/XES在环境元素分析中的应用 图3显示了XAFS光谱Cr近边区结果（XANES）。研究人员利用台式XAFS技术轻松对铬元素进行分析检测，不仅完成了标准品化合物K2CrO4的测试及拟合分析，同时也实现了对实际生产样品的表征。图3. XAFS近边区光谱（a）六价参考化合物，铬酸钾；（b）CRM 8113a是基于RoHS描述的用于重金属分析的认证参考材料 台式XAFS谱仪也同时配置了XES模组，通过激发特定元素内层电子后使外层电子产生弛豫并发射X射线荧光，对其能量和强度进行分析可以的给出目标元素的氧化态、自旋态、共价、质子化状态、配体环境等信息。由于不依赖于同步辐射，且得益于特有的单色器设计，可以在实验室内实现高分辨宽角高通量的XES元素分析（包括P, S, V，Zn, Cr, Ni, As, U, etc.）。在图4中，在未知Cr含量的塑料样品中，当拟合Cr 元素XES Kα光谱时，可以充分观察到Cr的各种氧化态之间的精细光谱变化，且测试结果与同步辐射XAFS一致。对比Cr(VI)和Cr（III），可以在高于20 meV的能量分辨率下轻松辨别光谱特征的差异。Cr（III）在价态上具有更高电子密度，其光谱将会向更高的能量方向移动，且相对于Cr(VI)峰变宽，可以明显区分出Cr(VI)和Cr（III）。图4. 背景扣除和积分归一化后的Cr(VI)和Cr（III）铬化合物的Cr Kα XES 光谱 此外，从标准塑料样品中收集的XES光谱（图5），利用线性superposition analysis技术，经拟合与参考化合物光谱的线性叠加，推断出的Cr(III)/Cr(VI)比例再结合传统的XRF技术，就可以实现Cr(VI) ppm别的定量分析。图5. 不同样品中Cr Kα XES光谱的垂直偏移（所有光谱均经过背景校正和归一化） 未来展望XAFS/XES技术不仅可以应用于多种聚合物样品中Cr元素的测定，同时也可应用于P、S、V、Zn、Cr、Fe、Co、Ni、Au、As、U等元素分析。此方法是无损测试，只需少量的样品，就可由实验室测试仪easyXAFS完成。基于实验室XAFS/XES的Cr测量可能成为未来环境领域及工业届的标准测试方法。 参考文献：[1] Analytical Chem. 90, 6587 (2018)[2] J. Phys. Chem. A 122 5153 (2018)[3] Rev. Sci. Instrum. 88 073904 (2017)

中国国际铝工业暨上海国际工业材料展览会于2018年7月11日在上海新国际博览中心隆重召开，来自40多个国家和地区的近500家展商以及近2万名专业观众参加了此次盛会。聚光科技（杭州）股份有限公司（以下简称“聚光科技”）下属子公司北京聚光盈安科技有限公司（以下简称“聚光盈安”）携手合作伙伴英国阿朗科技公司，盛装亮相。聚光盈安携手英国阿朗盛装亮相2018国际铝工业展众多观展客户驻足聚光盈安展位，了解系列产品　　聚光盈安是金属检测分析解决方案供应商，作为中国分析仪器行业内的领导品牌聚光科技的全资子公司，拥有国际一流的研发、营销、应用服务和供应链团队，致力于为客户提供高品质的科学仪器。此次盛会，聚光盈安带来了包括聚光科技M5000全谱直读光谱仪、英国阿朗ARTUS 8全谱直读光谱仪、聚光科技MiX5系列手持式合金分析仪、日立Vulcan系列手持式激光光谱仪等系列产品。英国阿朗工程师为观展客户介绍阿朗ARTUS 8台式金属分析仪　　英国阿朗做为光谱分析世界先导品牌，生产了世界上第一台基于CCD技术的便携式金属分析仪，也是第一个将CCD全谱直读光谱仪引入中国的外资企业。此次受中国品牌代理单位－聚光盈安的邀请特携ARTUS 8系列高端型号光谱仪亮相此次活动。　　在展会上，聚光盈安的展品吸引了众多专业观众驻足咨询。聚光盈安销售工程师为来宾进行仪器演示及讲解，他们丰富的产品知识储备及应用经验，受到咨询客户的高度好评。

广州绿百草推出全新连载短篇小说【阿蛋学仪器】, 不定期的跟大家讲述关于学渣阿蛋在工作后不得不学习仪器知识的苦逼经历。夸张的剧情下都是以现实为原型，记得准时关注哦！夏天的风正暖暖吹过，穿过头发穿过耳朵.........话说在那天气晴朗万里无云的某个周末，正在抠着大脚丫吃着冰西瓜思考人生意义的胖##突然接到领导的一个任务。“喂。小胖呀~ 上头下了个任务，要拍一个化学知识视频，我看你一向最受学生欢迎，就随便摆弄一下吧。课题已经帮你选好了，色谱分析原理。”“额，不不不，虽然为了科学教育的发展我上刀山下火海都在所不辞，但是......”“别啰嗦，就这么定了。告诉你啊，给我做的好好的，不然你今年的考评....88”嘟嘟嘟。。。胖##现在已经无法继续好好玩耍了，学生喜欢他都是因为他风流一趟玉树临风知识渊博心地善良从不让人挂科呀~真是。。。冷冷清清凄凄惨惨戚戚呀~内心再抗拒，生活还是要继续的。胖##叫来了以前跟他一起打LOL的阿蛋，浑浑噩噩迷迷糊糊想了三天三夜的剧本，终于开拍了。( 导演和其它演员的召唤，这里就不详细说啦哈! )导演：色谱分析原理So Easy 剧组 Action！！！场景预设 ——色谱柱：为一间双门房子，一门可进，一门可出。分析的样品：胖##，高大威猛略胖。阿蛋，形象气质佳小明星（剧情需求，大家多多包涵，少吐些。）Part 1 —— 反相柱分析原理屋子里有一大群美女，胖##和阿蛋从一个门进入，穿过屋子，从另一个门出来。结果：众美女都喜欢帅哥，不断有人拉阿蛋的手并要求合影签名。胖##由于高大威猛，也有部分小萝莉喜欢，但是还是比阿蛋少，走的自然比阿蛋快。结果胖##和阿蛋的距离越来越远，出门的时候，已经分离的很好了。分离度3.0，柱效15万/m。反相柱分离注意事项：1）不可用于分离帅得离谱的人（非极性太强的物质），会造成美女互相踩伤践踏拥挤的现象，造成柱堵塞，柱压升高；心脏不好的美女会由于过于激动而休克，甚至兴奋而死，造成柱子过早老化，降低柱效。另外，还会造成吸附现象，出峰时间太久甚至不出峰。2）不可用于分离过于猥琐丑陋可怕的人（极性太强的物质），会导致美女流失，造成柱效下降，出峰时间太快，影响分离效果。不过这时有个色谱柱再生方法可以回复柱效，就说“牛掰了”的鞋正挥泪大甩卖，美女将迅速赶回，恢复柱效！Part 2 —— 正相柱分析原理屋子里有一大群男子，胖##和阿蛋从一个门进入，穿过屋子，从另一个门出来。结果：阿蛋由于太帅招人嫉妒率先被赶出来。胖##被同胞惺惺相惜，留下来吃饭唱K看电影，最后才依依不舍的含泪送别。分离度2.8，柱效13万/m。正相柱分离注意事项：并不适用于分离Gay男（无保留物质）。Part 3 —— 体积排阻色谱柱分析原理屋子里面变成了溶洞效果，溶洞里的洞有大有小，非常好玩。胖##和阿蛋从一个门进入，穿过溶洞，从另一个门出来。结果：本以为阿蛋个头小灵活，会早点爬出来，谁知是体积庞大的胖##先出来啦。因为两人一钻溶洞，便仿佛回到了童年，逮着洞就想钻。阿蛋个子小，钻来钻去玩得不亦乐乎。而胖##在意思到自己已非3岁的小胖胖后，害怕被小洞卡住而崴了，只好作罢，沿大路走了出来，扼腕叹息“时光蹉跎，青春少年已不复！”Part 4 —— 离子对色谱柱分析原理屋子里有一大群美女，胖##和阿蛋从一个门进入，穿过屋子，从另一个门出来。胖##痛苦回忆：美女都喜欢帅哥，不断有人拉住阿蛋吟诗作对自拍萌萌哒，拉胖##的仅有几个发育不全的小萝莉。结果胖##和阿蛋渐行渐远。。。胖##对策：往事不堪回首，所以第二天再过这间屋子的时候，带上了他的必杀技——萌萌哒小鲜肉胖小子。结果：胖##抱着胖小子和阿蛋一起穿过屋子，美女们发现居然还有个小鲜肉，纷纷过来捏捏小脸蛋。“美女，敢吃青椒吗？” 胖小子搭配美女的功夫一点也不含糊呢。胖##色眯眯的看着围着的众美女，美其名曰为胖小子报仇，把美女的脸蛋一一捏了个编。直到胖小子微怒言 “爸比，我饿了！” ，才恋恋不舍的抱起小胖，发话 “最后再捏一遍！......” 阿蛋在门口，秒倒！Part 4 拍摄花絮 ——1）观众问：美女为什么喜欢小鲜肉抛弃阿蛋呢？ 回复：现在流行小鲜肉。另外，女人总是有母爱的，这是与生俱来的本能，所以此处美女年龄要大些。呵呵。2）拍完这段以后，导演“卡”了N次。因为胖小子被捏后没有表现出天真烂漫可爱的样子，反而哭了N次，最终拍得胖小子又累又饿又痛才终被导演放行。3）Case结束时，镜头正面是胖##得意而归的表情，远端发现众美女一脸哀怨的正在揉脸，忿忿曰“死胖子，手够狠啊！̷�！”By the way， 这次拍摄的视频非常受欢迎，胖##终于又能在领导的眼皮底下好好思考人生了！想知道阿蛋后续又有怎样的遭遇？记得持续关注广州绿百草微信公众号~我们会不定期推出续集哦~关注广州绿百草微信公众号，获取更多资讯！