光谱分析技术解析

1、光谱分析技术 一、专家评议 分析测试技术与国民经济的发展和人们的生活生存安全息息相关， 当前分析化学及检测 技术的发展水平已成为衡量一个国家科技和经济发展水平及社会发展程度的重要指标之一。 不断提高分析测试技术水平和检测仪器的应用能力， 是分析检测工作者的责职， 开发具有自 主知识产权的分析测试仪器，也是分析测试行业长久以来一直追求的目标。 第十三届北京分析测试学术报告及展览会 (BCEIA 2009)已于 2009 年 11 月在北京召 开。 BCEIA 仪器展览会则是分析仪器的大检阅，仪器展览会上展示了国内外分析仪器大公 司及其主要生产厂家各类分析仪器的最新产品， 除了传统工矿企业、 科研

2、领域广泛应用的分 析仪器外，本届展出的分析仪器涉及生命科学、环境、食品、材料等领域。来自世界各国的 分析界人士和分析仪器厂家， 聚集一堂， 交流了分析测试的新技术和新型仪器， 促进了分析 技术的发展和分析仪器的进步。 1 国产仪器发展势头强劲 本次仪器展览会和往届一样， 世界顶级的名牌仪器公司及其生产厂家推出了新型号仪器 及新技术参展， 而最大亮点则是国产仪器公司及厂家强劲登场。 由于世界经济危机， 中国经 济形势的持续发展和社会需要， 促使我国仪器市场呈现旺盛生气， 不仅吸引了外国分析行业 的向往， 也极大地促进了国内分析仪器制造业的发展。 在本届展会上涌现一批实力雄厚、 具 有技术水平和制

3、造能力的国产仪器公司。 国内仪器产家经过近年来的整合发展， 和科技攻关 成果的应用，推出了具有自己特色和专利技术的分析仪器，不仅仪器性能优越、功能多样， 且形成了市场规模， 不仅吸引了国内用户， 也引来外国公司的高度关注， 打破了以往国外产 商在相关仪器市场上的垄断地位， 也改变了以往仪器展览会上人们集中注意国外仪器公司的 形势。 在本次仪器展览会中， 出现了具有很强实力和独自品牌的国内分析仪器公司。 在国内商 品化仪器产品中， 从技术工艺创新程度、 技术指标先进程度、 市场前景和市场化水平四个方 面进行综合考虑， 评出的 BCEIA 2009 金奖项目 14 项。其中涉及光谱分析仪器方面的有

4、： 上海光谱仪器公司 的原子吸收分光光度计，仪器型号： SP-3880AA 。采用横向可变交 直流磁场塞曼背景校正一体化设计， 实现背景有效扣除。 具有高阻及低阻石墨炉、 固体粉末 进样技术。是个很有实力的光谱仪器厂家。 沈阳华光精密仪器公司 的原子吸收分光光度计， 仪器型号： LAB600 。采用微流控技术， 将氢化物发生器内置于主机中， 并且与石墨炉、火焰集成一体，实现了自动化控制，优化了 仪器结构， 操作简单。 多功能仪器有 6项专利，静态灯转换。 是一台很有特色的 AAS 仪器。 北京科创海光仪器公司 的全自动双道注射泵原子荧光光度计 仪器型号： AFS-9700 。采 用注射泵、蠕动

5、泵联用技术，首次提出使用夹管阀替代多通道阀，使 AFS 有很大提高，避 免了记忆效应和交叉污染， 提高了进样精度， 降低了使用和维护成本。 该公司为国内第一台 商用 AFS 仪器、带塞曼扣背景的 AAS 石墨炉仪器的生产产家， 主要产品有原子荧光光谱仪、 GGX 系列原子吸收光谱仪。 北京瑞利分析仪器公司 的双光束紫外 /可见分光光度计，仪器型号：UV-2200 。采用两 个单色器， 有效抑制杂散光， 提高了仪器的信噪比和灵敏度， 仪器性能某些方面超越了国外 同类仪器的水平。 在本届仪器展览会上还推出了可装载手提包中的小型原子吸收仪器， 开拓 了便携式 AAS 的领域。该公司是国内原子分子光谱

6、仪器的老厂家，开发生产多种产品：原 子吸收系列、色谱 -原子荧光联用仪、原子发射光谱系列、傅立叶红外系列、紫外 /可见分光 系列、微波消解和微波消解萃取仪系列及光栅单色仪等光谱分析仪器。 北京聚光世达科技公司 的在线近红外分析仪 SupNIR-4510 。将近红外技术应用于工业 过程样品的在线检测， 有较强的创新性和良好的市场前景。 该公司致力于新一代光电测量技 术?过程分析技术和实验室分析技术的研究与应用开发。 此外，在展览会上出现了具有很强实力和独自品牌产品的国内光谱分析仪器公司有： 天瑞仪器公司 成立于 1992 年，是专门生产、研发、销售便携式 XRF 仪器， X 荧光能 量色散、波长

7、色散系列 X 荧光光谱分析仪的民营企业，产品不仅在中国市场上畅销并已销 往国外。 北京纳克仪器公司 是我国专门从事金属材料测试仪器的研发基地之一。 该公司在本次展 会中推出了第一台国产辉光放电光谱仪，采用 CCD 检测器的直读光谱仪，在原子发射光谱 仪器上其生产能力、品种、类型均属国产仪器的主力厂家。 在仪器分析的配套技术上，关键的采样与制样技术方面也有新产品新技术： 全自动快速溶剂萃取仪 APLE-2000 系北京吉天仪器公司生产， 为国内第一台全自动、 多 通道快速溶剂萃取仪，萃取效率高， 减少了有机溶剂用量，有绿色环保价值。该公司也是国 内 AFS 的主要厂家之一。该公司的全自动流动注射

8、分析仪 FIA-6000 也获本届金奖，集成 创新，实现了流动注射、在线样品前处理、紫外可见检测联用，多组分测定，具有广阔的应 用前景。 微波紫外超声波三位一体合成萃取反应仪UWave-1000 系上海新仪微波化学科技公 司生产。实现了融合微波加热，紫外辐照和超声振荡的集成，可用于物质的萃取与合成。 此外，国内一些分析仪器厂家在光谱类仪器和配套仪器方面也呈现出良好的发展势头， 如北京普析通用仪器公司推出了原子荧光分析仪?全自动流动注射分析仪及样品前处理设备 -介质辅助微波消解仪 ？全自动快速溶剂萃取仪等；上海精密科学仪器公司推出了WAY-Z自 动阿贝折射仪，采用CCD技术实现自动瞄准功能，自动

9、化程度高，市场前景广阔也获得金奖。 2光谱仪器向高性能、实用化、小型化发展势头不减 在技术层面上看，光谱分析从原理上已经是得到长期研究，理论上已经完善，这些年的 发展主要集中于将其作为一种分析手段加以实用化，各个门类的光谱仪器的研究和产品已日 趋成熟，但是，如何提高仪器测定的稳定性和作为一种分析方法的准确性和标准化，拓宽其 应用范围仍是必要的发展方向，而所遇到的难度并不亚于开发一种新的仪器。在深化产品功 能方面仍需结合现代高新技术的应用方能推动光谱仪器的发展。作为商品仪器要适应现代快 速检测的需要，必然是向实用化、小型化、普及化方向发展。 近年来原子光谱技术的进展动向可体现在以下几点： （1）

10、原子发射光谱仪器向远紫外领域的拓展 研究发现在远紫外光区有很多谱线干扰少的灵敏分析线（见表3-1）,因此直读光谱仪器 努力拓宽180nm以下的分析谱线的应用，一是提高测定下限，而是消除干扰，三是扩大测 定范围。如在火花直读光谱仪中碳采用165.70nm或156.10nm分析线可以使碳的测定下限 到1乜/g ；氮采用149.26nm分析线测定下限可在 g/g级；采用130.22nm 分析线可以金属 中ig/g级的氧；采用121.57nm分析线可以金属中 p/g级的氢；有报道采用 Pb、B等元素 远紫外的分析谱线，可减低铁基体的光谱干扰，用在钢铁分析上进行这些元素的微量分析。 在ICP-AES仪器

11、上为解决油类分析、电镀液和工业用水的分析，以及RoHS/REACH 法规 的无卤素分析等应用的需要，采用ICP光谱仪进行卤素元素的分析，使得ICP光谱拓展了 在深紫外范围的应用，对光谱范围可覆盖Cl（ 134.724nm ）和Br（ 154.065nm ）的高真空 度光谱仪（或者采用高纯度气体吹扫）成为商品化仪器追求的新功能。显然需要在光学器件 上和仪器光通道上及检测器性能上有很大的提高才能达到实际应用效果。这方面的困难可想 而知。 表3-1某些元素在200nm以下的灵敏分析线 元素. ”nm 元素. ”nm 元素. nm H 121.57 Sn 147.415 Pb 168.215 O 13

12、0.485 N 149.262 Te 170.000 Tl 132.171 Si 152.672 Au 174.047 Cl 134.724 Bi 153.317 P 177.495 B 136.246 Br 154.065 Pt 177.709 P 138.147 Sb 156.548 P 178.287 Sn 140.052 C 156.10 S 180.713 Ga 141.444 In 158.583 Hg 184.95 S 142.503 Ge 164.917 As 189.042 S 143.328 C 165.70 Tl 190.864 元素. “nm 元素. nm 元素. ”n

13、m Pb 143.389 S 166.669 C 193.091 I 142.549 Al 167.078 Se 196.068 （2）标准化推动光谱仪器的发展 为应对国家标准 GB/T 18115-2006 对稀土元素的分析规定，商品化 ICP光谱仪必须使 仪器的高分辨率测定范围达到590nm以上。日本工业标准 JIS H 1626-2005 钛合金-硫的 定量方法，规定了红外碳/硫仪和ICP光谱仪的测定规程，ICP光谱仪测定法，集中解决钛 合金中硫无标样和仲裁分析的困难。国家进出口商品检验检疫局，正在制定锑中硫的ICP 分析国家标准，以解决半导体材料，光电池材料等快速测定的要求。国家商务部

14、2009年1 号令，将红外碳硫和原子吸收，列入黑色金属工业限制技术进口项目，对于促进国产仪器的 推广有直接意义。也推动着光谱仪器向实用化发展。 （3 ）仪器小型化成发展趋势 发射光谱仪器的台式或便携式手提光谱仪器不断提高测定精度和定量的准确性发展，便 携式XRF光谱仪更在进入各应用领域，原子吸收光谱仪器也推出了手提箱式的不用外接电 源和气源的小型仪器。同样情况也在分子光谱仪器的展示上得到充分的表现。展示了光谱仪 器向小型化发展的大趋势。 （4）推陈出新发挥光谱仪器优势扩展应用范围 火花电弧光源尽管已经在金属分析上取得很好地应用成果，但在粉末样品及非金属物料 的光谱分析上仍存在不足。本次展会上利

15、曼仪器公司新推出一台电弧直读光谱仪（见图 3-1），与该公司PRODIGY ICP光谱仪外形相同，用直流电弧光源替代ICP光源，其它与 ICP光谱仪相同。为光谱直读仪器直接分析难熔金属粉末和玻璃、陶瓷、耐火材料等打开了 新的途径，扩展了直读光谱仪器的新应用范围。类似电弧直读光谱仪在 90年代初曾有商品 仪器出现，但电弧光源由摄谱法转为光电直读仍存在问题，且由于当时市场正处于全谱直读 ICP光谱仪的热潮中，因此这类光谱仪未能形成市场。溶液进样方式的ICP光谱仪器经过 一段时间的在各领域实际应用后，由于试样被高倍稀释后，测定高纯产品的定量测定下限有 时难以满足要求，直流电弧激发光源的固体直接进样方

16、式便显示出一定的优势。LEEMAN Prodigy DC Arc直流电弧光谱仪，采用具有百万像素的L-PAD检测器具有全谱读取功能， 可获取样品的指纹谱图，据称可以应用于陶瓷、玻璃、金属氧化物及难熔粉末等样品。 原子吸收的石墨炉仪器的直接进样技术也有了新的进步， 会上展示的自动直接进样装置 与自动称量系统相结合， 提升了固体直接进样的可靠性。 也从另一个角度上提高了测定下限。 （ 5）发展具有自主知识产权的分析仪器 原子荧光分析仪器是具有我国独具特色的分析仪器之一， 在我国开展原子荧光的研究及 应用有 30 多年的历史，具有几十项国家标准、行业标准和行业规范的分析方法，在国内食 品安全、环境监

17、测等领域得到广泛应用， 具有很大的市场前景。 在刚刚结束的 BCEIA 2009 仪器展览会上， 北京科创海光仪器有限公司自主研发的 AFS-9700 注射泵原子荧光光度计获 得 BCEIA 金奖，具有很强的实用性。 在国际上以英国 PSA 公司为代表的一些公司， 已重新重视起 AFS 技术优点， 且已显露 出向我国挑战的势态，但所采用的技术路线与我国现用的 HG-AFS 技术相同，没有新的突 破，在本届仪器展览会没有见其推出仪器参展。而我国近几年来众多 AFS 生产企业在仪器 制造水平和竞争能力以及开拓新的应用领域等方面均比上届有所提高。 原子荧光分析技术（包括形态分析）和仪器是我国众多学者

18、专家在国际上对 AFS 处于 被忽视和存有偏见的状况下，独辟新途，克服 AFS 技术的众多技术难关，经多年努力，发 展起来的具有自主知识产权的技术， 因其不仅具有原子光谱 AES 和 AAS 很多优点而且克服 了 AES 和 AAS 的一些不足，仪器设备简单、灵敏度高，检出限低、适用范围广，可同时测 定多种元素，价值又比等离子发射光谱（ ICP ）和 ICP-MS 低很多，且操作简便，很符合我 国乃至发展中国家的国情， 作为面向广大的中、 基层应用市场对有毒有害元素及其形态 （毒 性）检测分析的需求， 是一种普及性的技术手段。 当前原子荧光分析技术发展向其在形态分 析上的优势， 生产厂家和研究单位及用户正在加强合作， 共同开发我国原子荧光形态分析技 术及其相关标准的制定，促进这门分析技术的发展。 近年来分析仪器行业的市场需求快速增长， 我国目前已经成为仅次于日本的亚洲第二大 仪器仪表生产国， 但从整体上看， 国产仪器的技术和应用水平与国际先进水平相比还有差距。 国产品牌占有率仅为 14% 且