聚光科技电弧直读光谱仪原理

2015年6月2日，聚光科技正式对外发布直读光谱仪家族的最新成员：E5000A型高分辨率电弧直读光谱仪。 E5000A型高分辨直读光谱仪是原E5000型产品的衍生品，与E5000共用同一技术平台，把原有2400L/mm的光栅更换为3600L/mm，增大光谱仪色散，分辨率提高了30%，光谱半高全宽达到18pm。在样品分析过程中，能有效的避免元素间干扰，使其性能进一步提升，特别适合对Ag、B、Sn检测有较高要求的用户。以Ag作为代表元素，谱图如下所示：3600L/mm光栅 2400L/mm光栅 2400刻线光室有谱线干扰的元素主要是Ag和Sn，采用3600刻线光栅后，分辨率大约提高了30%，对于一些Fe含量较高的样品，能准确分析。比如GSS4样品中Ag元素铁峰的干扰问题。样品GSS4中3600刻线光室Ag的谱线 样品GSS4中2400刻线光室Ag的谱线 如上图GSS4样品的Ag光谱所示，E5000A型电弧直读发射光谱仪采用了3600刻线光学系统之后，Ag 328.07nm谱线明显分开，消除了铁峰的干扰，使得测量准确性大为提高，达到了1：20万化探标准的要求。测试结果如下：GSS4 Ag E5000A 测量值(μg/g)0.087真实值(μg/g)0.07 ΔLog(C) 0.094 在检出限方面，E5000A型仪器也有了进一步提升，具体数据如下表所示：元素3600光栅(μg/g)1:20万要求(μg/g)Ag 0.0044850.02B0.1812155Sn0.2248261 E5000型电弧直读发射光谱仪自从2014年10月上市以来，便在全国范围内巡展，依次到过河南、天津、山东、长春、新疆、成都、江西等地。且得到用户的高度认可，甚至有些用户在交流会现场确定采购。目前已有几十家用户在使用这台仪器，用户体验非常好。在回访活动中，安庆326地址调查院用户说：“我们分析了11种元素，效果非常好”。西藏用户说：“每天分析300多个样品，自从使用聚光科技的仪器后，极大地提升了生产效率，使工作变得轻松愉快且有品位”。看到用户脸上洋溢的笑容和发自内心对仪器的认可，我们收获了满满的幸福。有些用户反馈说：“在地矿行业，样品量大、情况复杂、干扰多、领域宽广，对分析检测的质量要求高，特别是Ag、B、Sn的检测，一直是困扰地矿行业的难题，迫切需要高分辨率的仪器面世”。为更好地满足用户需求，聚光科技正式推出高分辨率电弧直读光谱仪。在未来，我们会带着这两款仪器走访更多的用户，把最新的技术和应用带到每一个用户的身边。同时也希望用户能为仪器提出宝贵的意见，说出用后的心得体会，以便升级的仪器更贴近用户的需求。 聚光科技实验室业务发展事业部总经理马放均表示：“E5000A型 电弧直读发射光谱仪的上市，体现了我们不断改进仪器性能和功能的承诺，同时彰显了我们在现有仪器的基础上不断衍生出更适合行业应用和用户需求的仪器。同时，体现了聚光科技自主创新以及不断超越自己的能力。目前电弧直读光谱仪在地矿行业已有非常成功的应用，聚光科技同时开展了在环保固废分析、土壤分析、冶金有色分析等行业的应用研究。在未来，我们依然坚持以用户的需求为出发点，在多个领域研制出用户需要的仪器”。 “绿色分析”和减少分析检测对环境和人类的危害是浙江地质矿产研究所郑存江教授一直倡导的理念，郑教授在接受媒体采访时说：“E5000能够对地质分析中难以分解的Ag、B、Sn三种元素进行分析。如果加入惰性气体，原来不能测定的氰带干扰元素，现在也可以通过E5000检测了。进一步实现仪器自动化，以应对庞大的样品量。同时，金属、非金属的粉末样品都能通过E5000检测。”更多关于郑教授的采访内容，请查看以下链接：http://www.instrument.com.cn/news/20140721/136984.shtml 活动现场剪影E5000A型电弧直读发射光谱仪的优点如下： 小身材大能量：体积小，波长范围宽，近万条谱线，操作简单 绿色分析：固体粉末直接进样，全面解决Ag、B、Sn检测难的问题 全谱直读：光谱范围广，谱线库丰富，先进的背景校正技术，谱线精细分析 稳定可靠：全固定精密恒温光学系统，智能漂移校正技术，安全连锁水冷系统 想你所想：旋钮式电极夹持，电极激光自动对准，一键激发直读光谱仪家族成员

电磁辐射是指在电磁振荡过程中，电磁波向四周传播传递能量的现象。长期的电磁辐射会对人体的心血管系统、视觉系统、神经系统和生殖系统造成极大的危害，是心血管病、癌突变，不孕不育、白内障的主要诱因。电弧发射光谱仪的原理是通过高频引燃，产生大功率电弧火焰，实现样品的蒸发和激发，进行各元素的测定。因此，长期使用电弧发射光谱仪器的工作人员深受电磁辐射的危害，做好电弧发射光谱仪的电磁辐射屏蔽防护十分必要，更是仪器生产厂商对客户责任感的体现。　　聚光科技（杭州）股份有限公司生产的E5000全谱直读电弧发射光谱仪是国内首台非金属粉末元素分析的台式全谱直读发射光谱仪，其将电弧激发光源与Paschen-Runge型全谱CCD 光谱仪相结合，通过激光定位与程控电极，自动调整电极位置，实现激发间距的精确控制，利用高阵列CCD 数采获得了激发样品的全谱信息，通过实时扣除背景与干扰校正，直接获得分析结果。与传统摄谱仪相比，仪器操作简单，自动化程度高，谱线信息丰富，测定结果快速准确。　　E5000采用新一代数字电弧光源，替代了传统的电弧源，电极在矩室内全自动对准激发，无需人工直接观察调节间距，有效防护人眼，屏蔽了大量电磁辐射；此外，数字电源体积更小，可直接置于仪器内部，无需加长激发线连接外置的交流电源，有效降低大电流传导过程中产生的辐射。　　辐射测试结果显示，正常工作时，若电弧光源无防护措施，电磁辐射显著高于国家标准限定的40dBN；如果有效屏蔽掉电源的电磁辐射，使用长的激发线激发时，高频300MHz以上的电磁辐射稍有降低，但300MHz以下的电磁辐射仍然较大。而经过完全防护的E5000仪器在正常工作时电磁辐射显著降低，完全符合国标中关于仪器设备的电磁辐射限定要求，具体结果如下图。E5000全谱直读电弧发射光谱仪电磁辐射测试结果　　国家电子计算机外部设备质量监督检验中心是经国家主管部门审查认可的，具有第三方公正地位的国家级质量检验机构。经国家电子计算机外部设备质量监督检验中心的辐射骚扰场强试验（30MHz~1GHz）测试认证，聚光科技（杭州）股份有限公司研发生产的E5000电弧直读发射光谱仪符合国标GB 9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》的B级标准要求。E5000全谱直读电弧发射光谱仪辐射骚扰场强试验检验报告

光谱技术是一门历史久远的传统技术，从1666年牛顿第一个色散实验开始，就注定了它的不朽。随着光电技术的发展，光电直读光谱仪成为光谱技术重要发展领域，成功造就了一个伟大的产业，为近现代的材料科学及其他科学领域的发展做出了重要贡献。世界上第一台商品化光电直读光谱仪于1946年问世，到目前已经将近70年，光电直读光谱分析已成为一项成熟的分析技术，几乎所有的钢铁企业、有色金属企业、铸造及机械加工企业，以及其他采用金属及其合金进行加工的行业都利用光电直读光谱仪进行生产过程及产品质量控制。 　　近5年来的直读光谱仪行业的形态，有点像汽车产业的发展势态：国外产品及技术已经非常成熟，新技术的研究和整合活动处于低谷，迫于国内产品的竞争压力，部分厂商推出一些低成本低性能的产品，在一些传统的高端产品上，受制于成熟的技术平台和产品构架，会做一些小的改进和模块整合，以获得少量的差异化，没有革命性技术平台和产品结构的改进 而国内的产品和技术虽然涉足行业也有几十年的时间，但真正有所发展的，也就十年时间左右，而获得较大发展的，恰恰是最近5年的时间里。国内产品技术仍处于追随阶段，品牌影响力还不够，要想获得发展，必要提升技术和性能等级，达到国际同等的层次，为客户提供高性价比的产品，才能使国内外达到合理的平衡竞争状态，最终惠及客户以及行业发展。何等相似的产业格局，促使我们思考直读光谱的发展变化及国产直读光谱该何去何从?国产直读光谱仪想要崛起，光靠产品供应商的努力还不够，还需要产业上下游提供相应的环境支持以及用户意识形态的支持。 　　在技术方面，近年来CCD技术得到较好的发展，几乎所有进口品牌推出了CCD产品，我司于5年前推出国内第一款CCD全谱直读光谱仪产品M5000，目前已经得到市场验证认可，累计销售额已超亿元。CCD和PMT是业界争论的一个焦点，本人认为这两个技术不能简单评判哪种更好,而是各有各的优势和局限性。PMT有着噪声低、动态范围大等特点，应用比CCD要久远的多，但既然CCD能够进入光谱分析领域，一定程度上代替PMT，一定有其特有的优势，而这种优势就在于全谱测量上，它为光谱分析技术的发展提供了更多的可能性。例如谱线选择更灵活，背景和干扰的评判更准确等。CCD已经成为光谱分析仪器的重要发展方向，这一点已经得到绝大多数人的认可，但任何一种新技术取代旧技术都需要一个过程。CCD面临的主要问题是噪声和读出速度，如果这两点能够得到很好的解决，PMT很可能会退出直读光谱市场。目前，ICP仪器上CCD通过制冷很好的解决了噪声的问题，基本取代了PMT，在直读光谱领域，CCD一定会获得相同的成绩。 　　在光源技术上，国外数字火花光源已经发展的较为成熟，国内还有不少光谱仪采用传统的LC输出，或用简单的LC组合切换来组成类似的有限数字化逻辑控制光源，但这些都不能避免电容精度差，温漂大而导致光源稳定性差的问题。我司的M5000所使用的数字光源是采用N组高频电源组成的全数字逻辑控制光源，可形成任意激发波形。这是当前主流的数字化激发光源。这项技术对于直读光谱分析意义重大，它可以针对不同的分析对象提供最佳的激发条件，从而获得最好的分析结果。遗憾的是国内在这方面的研究相对较少，许多技术资料还停留在70年代，我司在光源应用方面已经开展了近5年的研究，虽然取得了一些成果，但还有很多的工作可做，后续国产同行们也需要加强这方面的研究，针对不同的激发对象，研究合适的激发条件，使光谱仪分析性能获得进一步提高。 　　除了火花/电弧光源数字化之外，激光诱导激发源(LIBS)也是近年来比较热门的一项激发技术。LIBS不仅可以直接分析火花/电弧光源所擅长的金属导电固体样品，还可以分析其他固体、液体甚至气体样品，制样方便，分析速度快，同时还能够实现微区分析和在线检测，是应用前景很广的一项光源技术。目前该技术还有一些技术难点需要攻克，但不久的将来，LIBS一定会获得更广阔的应用空间。 　　在光谱仪整体功能和软件上，国外仪器近几年发展不大，仅在一些细节上进行了优化，如界面整体风格的美化、操作模式的改变和中文操作软件发布等。相比较国产仪器在这方面取得了更大的进步。我司推出的M5000在这几年一直致力于改善客户体验，例如硬件上的易维护设计，软件上增加的曲线现场扩展、质控、牌号识别、智能分析、维护提醒等一系列有助于提高客户使用便捷性的功能。我个人认为能否踏踏实实做好一款软件恰恰是一个仪器厂商能否用心做产品，做好产品的一个重要标志，广大仪器厂商应该更多的从用户使用便利性方面好好打造。 　　当前中国大大小小有十来家直读光谱仪生产厂家，但在国内接近3000台直读光谱仪的市场容量，国产产品仪器仅仅只占三分之一左右，而且客户都集中在中低端。一方面，部分厂商，用低价获得销路，但低价使得企业的正常利润受到损害，无法实现良性发展，导致产品品质不能得到有效保障，用户对国产设备的信任进一步降低，使得用心做产品，有优秀产品的一些厂商面临很大的阻力去让用户信任国产产品，这是这个急功近利时代的悲哀。另一个悲哀是：部分优秀的国产直读光谱仪虽然已经完全满足当前冶金等高端用户的实际分析需求，但由于品牌影响力不够，客户长期使用进口直读光谱仪的习惯等原因，这些高端客户还是太过迷信进口产品 与此同时，一些进口二三线品牌也推出了一些与国产优秀产品价格差不多的低端型号，来参与竞争。尽管这些进口低端产品的性能品质远不如国产同价位产品，但由于打着进口品牌的旗号，还是获得相当部分迷信进口产品的用户。改变需要过程，实现光谱仪器的中国梦还任重道远，如果直读光谱仪各厂家之间能改变思维，在竞争中合作，让一部分厂商精心打造产品，而一部分厂商好好经营渠道，是否能获得厂商与厂商之间、厂商与用户之间的共赢?是否比随便低价丢给用户一个粗制滥造的产品更加对客户负责，对社会负责?希望大家共同托起国产光电直读光谱仪的明天。 　　(作者：聚光科技原子光谱研发总监 寿淼钧) 　　注：本文系仪器信息网读者来信投稿，仪器信息网刊载此文只出于传递读者观点的目的，并不代表仪器信息网认同本文表达的观点。