Прошлое и настоящее спектрометров дугового излучения

Когда речь заходит об атомно-эмиссионных спектрометрах, большинство людей сразу же вспоминают ICP-AES или, возможно, искровые спектрометры прямого считывания. Мало кто упоминает дуговые эмиссионные спектрометры. Тем не менее, как один из старейших представителей семейства атомно-эмиссионных спектрометров, эта технология за последние десятилетия внесла значительный вклад в качественный и количественный анализ неорганических элементов в таких областях, как геологическая разведка, цветные металлы и материаловедение.

Даже сегодня, когда высокотехнологичные приборы широко доступны, его преимущества — такие как прямой анализ порошковых образцов и высокая чувствительность — позволяют ему оставаться основным методом определения серебра, бора и олова в геологической промышленности. Он по-прежнему является незаменимым инструментом в геологических лабораториях, а также стандартным рекомендуемым методом для обнаружения примесей в высокочистых металлах, таких как вольфрам, молибден, ниобий и тантал, а также в их оксидах.

Все более крупный классический спектрограф

Для начала давайте познакомимся с «ветеранами» дуговой эмиссионной спектрометрии. Ранние дуговые атомные спектрометры использовали фотопластинки для регистрации эмиссионных спектров и назывались спектрографами. История началась в 1969 году, когда предшественник компании Beijing Beifen Ruili Analytical Instruments (Group) Co., Ltd. — Пекинский оптический завод № 2 — успешно разработал однометровый спектрограф с плоской дифракционной решеткой. Эта модель до сих пор широко используется во многих лабораториях.

Спектрограф с метровым разрешением

Этот прибор был подобен тщательно подготовленному «мастеру для фотолаборатории». Хотя он был громоздким в эксплуатации (требовал этапов фотообработки), его исключительная чувствительность заложила основу для спектрального анализа дугового типа и в то время была незаменимой. Возможно, вы также видели более крупные модели — двухметровые спектрографы с дифракционной решеткой и большим зеленым «стволом».

двухметровые спектрографы с дифракционной решеткой

Насколько впечатляет этот «большой ствол» с фокусным расстоянием в два метра? А теперь взгляните на этого гиганта ниже. Говорят, что его фокусное расстояние составляет 3,4 метра, что просто не подходит для обычной лаборатории, и он также оснащен большим источником возбуждающего света.

3,4-метровый спектрограф с дифракционной решеткой

Источник возбуждающего света спектрографа с дифракционной решеткой длиной 3,4 метра.

Сложный процесс сбора данных

Получение данных с помощью спектрографа было утомительным и сложным делом: после подготовки образца проводился спектрографический анализ. Затем держатель фотопластинки необходимо было снять и отнести в темную комнату. При тусклом красном освещении пластинка подвергалась проявлению, фиксации и промывке — процесс, идентичный проявлению черно-белых фотографий.

Тщательно обработанная пластина может оказаться полностью черной из-за переэкспозиции, что сделает всю предыдущую работу бесполезной. Или же, из-за проблем с проявителем или фиксажем, пластина может оказаться слишком темной или слишком светлой для использования, что потребует начала работы заново.

Фотолаборатория

Из-за обилия эмиссионных спектральных линий их необходимо было исследовать под большим увеличением, выделяя аналитические линии для каждого целевого элемента по отдельности. Количественный анализ требовал измерения их плотности с помощью денситометра. Даже для опытных аналитиков это было непростой задачей; для новичков это был настоящий кошмар. Глаза напрягались от разглядывания линий, но удалось идентифицировать лишь несколько аналитических линий.

Датчики изображения заменяют фотопластинки.

Благодаря технологическому прогрессу технология датчиков изображения развилась и нашла применение в самых разных отраслях. Подобно тому, как цифровые камеры заменили пленочные, датчики изображения произвели революцию в спектрометрии дугового излучения, заменив традиционные фотопластинки. Используя фотоэлектрический эффект, эти датчики преобразуют оптические сигналы в электрические, в конечном итоге оцифровывая их для непосредственного отображения в компьютерном программном обеспечении — устраняя громоздкий процесс сбора данных, характерный для традиционных спектрографов.

Настоящий поворотный момент наступил в период с 2011 по 2014 год.БФРЛБыла запущена серия AES-7000 — революционная инновация, объединившая спектральный анализ с использованием дугового источника и фотоумножителей (ФУ) для достижения «прямого считывания». Пользователи наконец-то освободились от трудоемких этапов, таких как обработка пластин и измерение плотности, что значительно повысило эффективность и ускорило внедрение этой технологии в геологии и металлургии.

Несмотря на высокую скорость работы, серия AES-7000 имела ограничения — спектральные линии были фиксированными. В 2017 году...БФРЛС официальным запуском спектрометра дугового излучения нового поколения AES-8000 был сделан еще один шаг вперед. Этот прибор унаследовал преимущества традиционных спектрографов с метровой дифракционной решеткой — возбуждение дуги переменным/постоянным током (AC/DC), трехлинзовую систему освещения и классический оптический путь Эберта-Фасси — при этом используя высокопроизводительный CMOS-сенсор для регистрации сигнала. Полностью переработанный, он совершил скачок от «знания о его существовании» к «видению всего». Простой в эксплуатации, быстрый и удобный, AES-8000 напрямую решил проблемы пользователей спектрографов и быстро стал основным продуктом в новом поколении спектрометров дугового излучения.

✔ Прорыв в производительности: Использование комбинации «оптическая система Эберта-Фасси + КМОП-детектор». Чувствительность КМОП-матрицы в несколько раз выше, чем у обычных ПЗС-матриц, а в сочетании с запатентованной оптикой фоновые помехи сведены к минимуму.

✔ Ключевое новшество: Подлинный анализ полного спектра. Он не только решил отраслевую задачу точного измерения таких элементов, как серебро, олово и бор, в геологических образцах, но и соответствует требованиям к точности национальных стандартов.

✔ Интеллектуальные функции: автоматическое выравнивание электродов, блокировки безопасности, автоматическая коррекция фонового шума программного обеспечения — эти интеллектуальные функции делают прибор не только точным, но и более «удобным» и безопасным в использовании.

Спектрометр дугового излучения переменного/постоянного тока AES-8000

Сравнение старой версии и AES-8000

От классики к инновациям, а затем снова к классике. В разработке спектрометров с дуговым излучением усилия компании Beijing Beifen-Ruili Analytical Instruments (Group) Co., Ltd. отражают четкий путь «технологической эстафеты», что демонстрируется многочисленными усовершенствованиями продукции. Благодаря постоянному самосовершенствованию компания возродила «древнюю» аналитическую методику в эпоху интеллектуальных технологий.