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原子光分析位器的发展

2022.1.25

1928年出了第一台品描进仪Q-24中型石英摄英谱仪,1954年贾雷尔-阿什(Jarrel-Ash)公司生产了第一台平面光栅摄谱仪,使光谱分析成为工业上重要的分析方法,广泛应用于冶金、地质等领域,在科学研究及生产控制中起了的积极的作用。


随着电子技术的发展,光进器也开始向光电化、自动化方向发展。1944年海斯勒(Hasler)和迪特(Dieke)首推由美国ARL公司生产的光电直读光谱仪,用衍射光栅作为色散元件,将待测元素分析线从出射狭缝引出,用12只光电倍增管接收,用光电法代替摄谱法;自1945年迪克和克罗斯怀特介绍了用于大型光栅摄谱仪的光电直读仪以来,在20世纪50~60年代光谱仪器得到了逐步完,70年代以后,由于电子计算机和微处理机技术的迅猛发展,有力地保进了原子光仪器的光电化和自动化。


在对发射光法的光圆进行深入研究和改单的过程中,人们发现了利用等离子等炬作为发

射光谱的激发光源,并采用AAS的溶液进样式;创立起一类共有发射光谱法多元素同时分析的特点又具有吸光谱法溶液进样的灵性和作的型仪答

发射光语分析技术推向一个新的发展阶段。


早期的光电光仪局于有色金属钢铁分析,随着新型光源的发展,特别是ICP(电感耦合等离子体)的应用,使得光电光位到飞速的发展,现在世界上已有许多国家生产各种类型的原子光谱仪,如美国的热电(TJA)公司,珀金埃尔默(PE)公司、瓦里安(Varian)公司,英国希尔格(Hilger)公司,德国斯派克(Spectro)公司、耶拿(Yena)公司,法国若比·伊冯(JY)公司,日本岛津公司、日立公司,意大利LAB公司等,制造的仪器种类多,性能和用途十分广泛。


在光电光语仪发展的同时,原子吸收光谱仪从1959年澳大利亚GBC公司推出第一台商用仪器至今仍然不断发展,火焰与石墨炉原子吸收光谱仪应用十分普遍,不管是常量还是微量元素分析,都有原子吸收分析的一席之地。


原子荧光光谱仪是原子发射与原子吸收结合的产物,我国郭小伟等研制出氢化物发生原子荧光仪器,在测定可生成氢化物的元素As、Se、Sb、Bi、Hg等方面很有效,并发展成为一类具有中国特色的原子荧光仪器,在国内有多家仪器厂生产。


在原子光谱分析的发展过程中,人们从光请仪器的光、分潜得,断加以改进,发展了火花/电弧,等离子体、辉光放电等不同特点的光谱分析方法和现代仪器。这些新光源的开发,使光电光谱仪的应用从常量元素分析扩展到高含量元素分析、痕量元素分析和表面逐层分析。因此,光电光谱仪不仅在采矿、冶金、石油、燃化、机械制造等工业中作为定性和定量分析的工具,而且在农业、食品工业、生物学、医学、核能以及环保领域发挥着重要的作用。


随着仪器制造技术的不断发展,光仪器的分不断得到提高(实际分辨率可达到0.005mm),波长应用范围得到拓宽(可以测长120~850nm,从远紫外光区到近红外区的谱线),可以适用于复杂样品的直接测定,以及金属材料中的氮、氢、氧等气体成分的快速测定。


仪器的灵敏度也显著提高,火花源发射光谱仪器可以直接测定高纯金属中μg/g级的痕量元素;等离子体发射光谱仪器的分析灵敏度已接近石墨炉火原子吸收仪器测定ng/g级的分析水平。


仪器的自动化程度也得到不断发展,面向冶金工业大生产的全自动光谱仪,从自动制样、测量到报出结果仅需90s,实现无人自动操作。直读仪器的结构和体积也发生了很大变化,出现了结构紧凑型直读光谱仪,小型台式或便携式的直读仪器,作为冶金、机械等行业中金属料场的分析工具,是合金牌号的鉴别、废旧金属分类、金属材料等级鉴别的一种有效工具光谱仪器正向更为实用和更为普及的方向发展。


20世纪90年代在ICP发射光谱仪器上率先采用了中阶梯光栅与棱镜双色散系统,产生二维光谱,适合于采用CCD、CID一类的面阵式检测器,发展起一类兼具光电法与摄谱法优点,且能更大限度地获取光谱信息的同时型仪器。为了区别于多道型仪器受制于预先设定通道数的限制,光谱仪生产厂家纷纷推出所谓“全谱”直读仪器。新型固体检测器属高集成性电子元件,每个像素仅为几微米宽、面积只有十几平方微米的检测单元,同时检测多条分析谱线,便于进行谱线强度空间分布和背景信息的同时测量,有利于谱线干扰校正技术的采用,克服光谱干扰,提高选择性和灵敏度。而且仪器的体积结构更为紧凑,已成为现代直读光谱仪器的发展方向。


尽管如此,现代的直读光谱仪仍不够完善,如分光系统制作复杂、新型光电转换系统在光谱定量测定上的应用技术仍有难点和需要改进之处,设备安装使用环境条件要求仍较高,高性能的仪器仍需在实验室内工作:与已被淘汰的摄谱仪相比,无法像照相干版记录方式那样保留所有谱线,只能对预先设定好的谱线进行测定,由于受到分光系统和检测器的种种限制,传统光电倍增管检测器最多只能记录下50~60条谱线的信息,新型的固体检测器虽有“全谱”记录之称,也只能记录下在特定分光系统和检测器范围内谱线的信息,仍不可能真正实现全谱记录。因此,原子光谱仪器在色散系统结构上的改变、固体检测元件的使用、高配置计算机的引入以及新型激发光源技术的创新等方面,仍需进一步发展。


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