Trecutul și prezentul spectrometrelor cu emisie cu arc

Când vine vorba de spectrometrele de emisie atomică, majoritatea oamenilor se gândesc imediat la spectrometrele ICP-AES sau poate la spectrometrele cu citire directă Spark. Puțini menționează spectrometrele de emisie cu arc. Totuși, ca membru veteran al familiei spectrometrelor de emisie atomică, această tehnologie a adus contribuții semnificative în ultimele decenii la analiza calitativă și cantitativă a elementelor anorganice în domenii precum explorarea geologică, metalele neferoase și știința materialelor.

Chiar și astăzi, cu instrumente de înaltă performanță disponibile pe scară largă, avantajele sale - cum ar fi analiza directă a probelor de pulbere și sensibilitatea ridicată - au menținut-o metoda desemnată pentru determinarea argintului, borului și staniului în industria geologică. Rămâne un instrument indispensabil în laboratoarele geologice și este, de asemenea, metoda standard recomandată pentru detectarea elementelor de impuritate în metale de înaltă puritate, cum ar fi tungstenul, molibdenul, niobiul și tantalul, precum și a oxizilor acestora.

Spectrograful clasic din ce în ce mai mare

Mai întâi, să facem cunoștință cu „veteranii” spectrometriei cu emisie cu arc. Primele spectrometre atomice cu arc foloseau plăci fotografice pentru a capta spectrele de emisie și erau numite spectrografe. Povestea a început în 1969, când predecesorul Beijing Beifen Ruili Analytical Instruments (Group) Co., Ltd. - Fabrica de Instrumente Optice nr. 2 din Beijing - a dezvoltat cu succes un spectrograf cu rețea plană de un metru. Acest model rămâne un model obișnuit în multe laboratoare de astăzi.

Spectrograf de un metru

Acest instrument era ca un „maestru al camerei obscure” meticulos. Deși era greu de utilizat (necesitând etape de procesare fotografică), sensibilitatea sa excepțională a pus bazele analizei spectrale de arc și era de neînlocuit la acea vreme. Probabil ați văzut și modele mai mari - spectrografe cu rețea de doi metri cu un „butoaie” mare și verde.

spectrografe cu rețea de doi metri

Cât de impresionant este acel „butoaie mare” cu o distanță focală de doi metri? Acum, priviți acest gigant de mai jos. Se spune că are o distanță focală de 3,4 metri, ceea ce pur și simplu nu este potrivit pentru un laborator tipic, și este, de asemenea, echipat cu o sursă mare de lumină de excitație.

Spectrograf cu rețea de 3,4 metri

Sursă de lumină de excitație cu spectrograf de rețea de 3,4 metri

Procesul complex de achiziție a datelor

Obținerea datelor de la un spectrograf era o treabă plictisitoare și complicată: după pregătirea probei, se efectua spectrografia. Odată terminată, suportul plăcii fotografice trebuia scos și dus într-o cameră obscură. Sub o lumină roșie slabă și sigură, placa era supusă developării, fixării și spălării - un proces identic cu developarea fotografiilor alb-negru.

Placa prelucrată cu atenție ar putea ieși complet neagră din cauza supraexpunerii, făcând ca toate lucrările anterioare să fie inutile. Alternativ, din cauza unor probleme cu revelatorul sau fixatorul, placa ar putea fi prea întunecată sau prea deschisă pentru a fi utilizabilă, forțând o repornire.

Cameră obscură

Din cauza abundenței liniilor spectrale de emisie, a fost nevoie să le examinezi la o mărire mare, identificând liniile analitice pentru fiecare element țintă una câte una. Analiza cantitativă necesita măsurarea densității acestora folosind un densitometru. Chiar și pentru analiștii experimentați, aceasta nu era o sarcină ușoară; pentru începători, era un coșmar. Cu ochii încordați de la examinarea liniilor, au fost identificate doar câteva linii analitice.

Senzorii de imagine înlocuiesc plăcile fotografice

Odată cu progresele tehnologice, tehnologia senzorilor de imagine a ajuns la maturitate și a găsit aplicații în diverse industrii. Așa cum camerele digitale au înlocuit camerele cu film, senzorii de imagine au revoluționat spectrometria cu emisie de arc prin înlocuirea plăcilor fotografice tradiționale. Folosind efectul fotoelectric, acești senzori convertesc semnalele optice în semnale electrice, digitalizându-le în cele din urmă pentru afișare directă pe software-ul computerului - eliminând procesul greoi de achiziție a datelor al spectrografelor tradiționale.

Adevăratul punct de cotitură a avut loc între 2011 și 2014.BFRLa lansat seria AES-7000 - o inovație disruptivă care a combinat analiza spectrală a sursei cu arc cu tuburile fotomultiplicatoare (PMT) pentru a obține „citire directă”. Utilizatorii au fost în sfârșit eliberați de etapele laborioase, cum ar fi procesarea plăcilor și măsurarea densității, îmbunătățind dramatic eficiența și accelerând adoptarea acestei tehnologii în geologie și metalurgie.

Deși seria AES-7000 era rapidă, avea limitări - liniile sale spectrale erau fixe. În 2017,BFRLa făcut un alt salt înainte odată cu lansarea oficială a spectrometrului cu emisie cu arc de generație următoare, AES-8000. Acest instrument a moștenit punctele forte ale spectrografelor tradiționale cu rețea de un metru - excitație cu arc în curent alternativ/curent continuu (AC/DC), un sistem de iluminare cu trei lentile și calea optică clasică Ebert-Fassie - adoptând în același timp un senzor CMOS de înaltă performanță pentru detectarea semnalului. Complet reproiectat, a realizat un salt de la „a ști că există” la „a vedea totul”. Simplu de utilizat, rapid și convenabil, AES-8000 a abordat direct punctele slabe ale utilizatorilor de spectrografe și a devenit rapid produsul principal în noua generație de spectrometre cu emisie cu arc.

✔ Performanță avansată: Adoptarea combinației „sistem optic Ebert-Fassie + detector CMOS”. Sensibilitatea CMOS este de câteva ori mai mare decât cea a CCD-urilor obișnuite, iar împreună cu optica patentată, interferențele de fundal sunt reduse la minimum.

✔ Inovație esențială: Analiză cu spectru complet. Nu numai că a rezolvat provocarea industriei de a măsura cu precizie elemente precum argintul, staniul și borul în probele geologice, dar a îndeplinit și cerințele de precizie ale standardelor naționale.

✔ Experiență inteligentă: Alinierea automată a electrozilor, blocările de siguranță, corecția automată a fundalului prin software - aceste funcții inteligente fac instrumentul nu doar precis, ci și mai „ușor de utilizat” și mai sigur.

Spectrometru de emisie cu arc AC/DC AES-8000

Comparație între vechiul AES-8000 și AES-8000

De la clasic la inovator, iar apoi redevenind un clasic. În dezvoltarea spectrometrelor cu emisie de arc, eforturile companiei Beijing Beifen-Ruili Analytical Instruments (Group) Co., Ltd. reflectă o cale clară de „releu tehnologic”, așa cum o demonstrează iterațiile produselor sale. Prin auto-îmbunătățire continuă, compania a revitalizat o tehnică analitică „antică” în era tehnologiei inteligente.