2013年10月23-26日，由中華人民共和國科技部批準、中國分析測試協(xié)會主辦“第十五屆北京分析測試學術(shù)報告會及展覽會”(BCEIA 2013)在北京展覽館順利召開。從1985年開始，BCEIA每兩年舉辦一次，已經(jīng)連續(xù)成功舉辦了十五屆，在國內(nèi)外享有較高聲譽。很多國內(nèi)外分析儀器廠商把BCEIA作為新產(chǎn)品新技術(shù)發(fā)布的最佳平臺。
從此次BCEIA 2013展會我們可以看到，有多家電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)廠商推出了值得關(guān)注的新技術(shù)新產(chǎn)品。一些國產(chǎn)分析儀器廠商也推出了商品化的全譜直讀的ICP-AES。
ICP-AES簡介
原子發(fā)射光譜分析是一種已有一個世紀以上悠久歷史的分析方法。60年代中期，美國的Fassel和英國的Greenfield分別報道了各自取得的重要研究成果，創(chuàng)立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(Atomic Emission Spectrometry/Optical Emission Spectrometry，ICP-AES/OES)新技術(shù)，這在光譜化學分析上是一次重大的突破，從此，原子發(fā)射光譜分析技術(shù)又進入一個嶄新的發(fā)展時期。
電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，利用等離子體激發(fā)光源(ICP)使試樣蒸發(fā)汽化，離解或分解為原子狀態(tài)，原子可進一步電離成離子狀態(tài)，原子及離子在光源中激發(fā)發(fā)光。利用分光系統(tǒng)將光源發(fā)射的光分解為按波長排列的光譜，之后利用光電器件檢測光譜，根據(jù)測定得到的光譜波長對試樣進行定性分析，按發(fā)射光強度進行定量分析。
ICP-AES技術(shù)與市場現(xiàn)狀
ICP-AES主要為單道掃描型和全譜直讀型，另有個別的多道型。目前市場上，全譜直讀型ICP-AES占據(jù)了絕大部分的市場份額。
全譜直讀型ICP-AES基本都采用中階梯光柵+棱鏡二維分光系統(tǒng)。中階梯光柵系統(tǒng)是采用較低色散的棱鏡或其他色散元件作為輔助色散元件，安裝在中階梯光柵的前或后來形成交叉色散，獲得二維色散圖像。它主要依靠高級次、大衍射角、更大的光柵寬度來獲得高分辨率。
全譜直讀型ICP-AES使用的檢測器主要是二十世紀90年代早期發(fā)展的固態(tài)檢測器。固態(tài)檢測器主要指以半導(dǎo)體硅片為基材的光敏元件制成的多元陣列集成電路式的焦平面檢測器，包括電荷耦合器件(CCD)、分段耦合器件(SCD)、電荷注入器件(CID)。
ICP-AES中國市場絕大部分份額仍然為進口產(chǎn)品所占據(jù)。進口ICP-AES中，珀金埃爾默、賽默飛世爾、安捷倫以絕對優(yōu)勢位居前三位，市場份額皆超過20%，三家之和接近80%。其他ICP-AES進口生產(chǎn)商島津、利曼、HORIBA JY、斯派克、澳大利亞GBC等在中國也有一定量的產(chǎn)品銷售。進口ICP-AES主要是全譜直讀型。國內(nèi)已經(jīng)有不少儀器廠家生產(chǎn)ICP-AES，其中聚光科技、北京納克、北京豪威量等公司有少量ICP-AES生產(chǎn)和銷售。其他廠商，如北京海光、北京瑞利、天瑞儀器、北京華科易通等每年也有小批量銷售。
聚光科技在2013年5月正式推出了全譜直讀ICP-OES新產(chǎn)品——ICP-5000，成為國內(nèi)首臺商品化的全譜直讀ICP-OES。而與聚光科技同于BCEIA 2011上展出全譜直讀ICP-AES樣機的豪威量、鋼研納克、天瑞儀器，此次在BCEIA 2013也有展出，并且鋼研納克的PlasmaCCD、天瑞儀器的ICP-3000今年年底或明年年初也將正式上市。
BCEIA 2013上，ICP-AES新產(chǎn)品所展示的發(fā)展趨勢
目前，ICP-AES儀器的發(fā)展正處在相對穩(wěn)定時期。但是在BCEIA 2013 上還是出現(xiàn)了幾款讓人眼前一亮的新產(chǎn)品，這些新產(chǎn)品的特點也代表了ICP-AES技術(shù)的發(fā)展方向。
一、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用
相關(guān)器件和外圍技術(shù)的發(fā)展必將帶動儀器的發(fā)展，外因很可能促使儀器突飛猛進。目前，利曼推出業(yè)內(nèi)首臺采用CMOS固態(tài)檢測器的ICP-AES新品——Prodigy7。
利曼中國總經(jīng)理黃林玉談到Prodigy7采用CMOS的原因時說到，90年代初到現(xiàn)在，ICP-OES核心部件檢測器技術(shù)的發(fā)展遇到了“瓶頸”，而在利曼公司旗下有一個為美國軍方開發(fā)、提供CMOS系統(tǒng)的子公司，經(jīng)多年研發(fā)，現(xiàn)將該技術(shù)成功應(yīng)用于Prodigy7。
BCEIA2013上首次亮相的利曼ICP-AES新品——Prodigy7
為Prodigy7量身定制的CMOS固態(tài)檢測器，28mm*28mm，有效像素點1840*1840，約338萬像素;讀取速度是傳統(tǒng)的CCD檢測器速度的10倍，線性范圍普遍提高10倍以上;分析時間縮短，一個分析方法可以實現(xiàn)全譜譜線同時讀出;檢測器信號控制不再使用速度較慢的尋址以太網(wǎng)通信，而是使用速度更快的直接通信USB接口;同時優(yōu)化了硬件設(shè)施，實現(xiàn)快速啟動及即開即用。
黃林玉還介紹到，新品研發(fā)過程中，利曼在儀器材料方面做了很多試驗，最終采用了一些適用于光譜儀器的材料，諸如以航空鑄鋁替代不銹鋼等。
二、向高端發(fā)展，高分辨率、高穩(wěn)定性等
發(fā)射光譜的主要缺陷是發(fā)射譜線多、光譜干擾嚴重，很多分析問題都是源于此，所以對ICP-OES分辨率的要求就非常高，理想目標是分辨率達到發(fā)射譜線的自然寬度(1-3pm)，而目前市場上ICP-OES都未達到這一目標。
所以，ICP-AES發(fā)展的趨勢之一，追求極限指標，如高分辨率、極低檢出限、高穩(wěn)定性、高精度等。德國耶拿公司此次推出了目前市場同類產(chǎn)品中最高分辨率的ICP-OES新品——PQ9000。
BCEIA 2013上首次展出的耶拿公司ICP-AES新品——PQ9000
耶拿借助來源于卡爾蔡司的光學技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計了獨特的分光系統(tǒng)，使得PQ9000的光譜分辨率能達到3pm，達到了相當于發(fā)射譜線自然寬度的理想目標，在目前市場上同類產(chǎn)品中是最高分辨率的ICP-OES。用戶可以輕松應(yīng)對很多難分析的、光譜干擾嚴重的樣品。
三、節(jié)約氬氣消耗，降低儀器運行成本
對于ICP-AES儀器來說，運行的費用除了正常日常操作所需的如矩管，泵管等消耗品外，主要的費用體現(xiàn)在氣體的用量上。運營成本低，即分析速度快、氬氣耗費量降低。在保證儀器具有相同甚至更好的性能條件下，未來的儀器需要大幅降低氣體的消耗量。高純氬氣，半天用一瓶的話200-300元，成本非常高;研發(fā)新光源等技術(shù)來降低ICP-AES氬氣消耗量也是未來的一個研究方向。
珀金埃爾默在BCEIA 2011展會上推出的ICP-AES新品Optima 8000，采用了平板等離子體技術(shù)，減少了三分之一的氬氣消耗量，并且不需要冷卻水，運行成本大大降低。
此次BCEIA 2013展會上，關(guān)于降低氬氣消耗方面也有一些改進，如利曼推出的Prodigy7，焦距變短，光室體積變小，對光室驅(qū)氣時消耗的氬氣量降低。
耶拿推出PQ9000，將吹掃光學系統(tǒng)、線圈、檢測器等所用的氬氣引回到等離子體中再次利用，節(jié)省了氬氣消耗。另外，只需5分鐘的預(yù)熱時間就可達到工作狀態(tài)，即減少了吹掃的時間、降低了氣體消耗。
四、簡便易用
對于操作者來說使用是否方便也很重要。因此，人機接口——軟件必須更加易于操作，能提供完整成熟的本地化界面，能進行離線操作或者是模擬操作等功能;各儀器參數(shù)的調(diào)節(jié)必須簡單有效，儀器的運行狀態(tài)應(yīng)該更加直觀甚至處于完全可視的監(jiān)控之下。
BCEIA 2013上展出的賽默飛ICP-AES新品iCAP 7000
賽默飛在BCEIA 2013上展出了今年上半年推出的Qtegra軟件控制的iCAP 7000系列ICP-AES。iCAP 7000系列的設(shè)計旨在簡化工作流程、降低每個樣品分析的成本。Qtegra軟件易學易用，并且能夠?qū)⒏鞣N外圍設(shè)備集成到元素分析工作流中。該軟件還可用于AAS、ICP-MS的控制，并對ICP-AES可以升級。從進樣到出具報告、進行數(shù)據(jù)分析，Qtegra軟件可以將整個工作流定制為簡單的三個步驟。預(yù)優(yōu)化簡化了方法開發(fā)任務(wù)，強大的方法開發(fā)工具指導(dǎo)用戶完成整個過程，即使更高級的工作流程也很方便。
五、聯(lián)用技術(shù)將帶給ICP-AES一個新的應(yīng)用前景
將液相色譜與ICP-AES聯(lián)用，可以有效減少ICP-AES法的光譜干擾，提高選擇性，并可進行元素化學形態(tài)的分析，解決物質(zhì)的狀態(tài)和價態(tài)分析問題。與原子熒光、原子吸收與液相色譜聯(lián)用進行形態(tài)分析的方法相比，ICP-AES能夠同時進行多元素分析，而原子熒光、原子吸收則是單元素分析。另外，ICP-AES的線性范圍要比原子熒光、原子吸收好很多。
將ICP-AES與質(zhì)譜檢測器聯(lián)用，即ICP-MS。ICP-MS光譜干擾比ICP-AES小，可在大氣壓下連續(xù)工作，比ICP-AES具有更好的檢出限。解決超痕量元素分析，ICP-AES主要針對0.1ppm以上的元素含量的分析，而ICP-MS則主要是針對ppb或ppt級的超痕量元素的分析?，F(xiàn)在各行業(yè)對質(zhì)量控制的要求更加嚴格，相應(yīng)的對ICP-MS的需求必定會呈現(xiàn)增長的趨勢。
流動注射技術(shù)與ICP-AES聯(lián)用可以降低檢測下限，提高分析速度。
六、直接進樣
ICP-AES發(fā)展的趨勢之一就是對樣品要求越來越低，即直接進樣技術(shù)的研發(fā)。常見的固體進樣技術(shù)包括：激光燒蝕固體進樣、火花氣化固體樣品進樣、電弧氣化固體進樣、直接樣品插入法等。
據(jù)了解，聚光科技旗下的北京吉天公司自去年開始，先后推出了DCD-200型直接進樣測鎘儀、DCMA-200型直接進樣汞鎘測試儀，該直接進樣技術(shù)采用國內(nèi)外首創(chuàng)的“電熱蒸發(fā)-原子捕獲”技術(shù)，直接檢測固(液)體樣品中汞和鎘，利用“原子捕獲”技術(shù)完全消除干擾。粉末、薄層固體樣品可置于樣品舟中稱重后直接上機自動測量，5分鐘內(nèi)可得結(jié)果。
聚光科技正在研發(fā)將北京吉天的這一直接進樣技術(shù)由原子熒光移植到ICP-AES上，即與ICP-5000聯(lián)用，可直接分析固體樣品。該項研究已取得了突破，將于明年正式推出。
聚光科技在BCEIA 2013展出了今年5月推出的全譜直讀ICP-OES新產(chǎn)品——ICP-5000，ICP-5000榮獲了BCEIA 2013金獎。
BCEIA 2013上展出的聚光科技ICP-AES新品ICP-5000
