上海光譜原子吸收的高端化之路
發布日期：2015-10-22 瀏覽次數 ：1080
【導讀】原子吸收光譜儀器(AAS)是現代分析檢測實驗室必備的重要檢測手段，有著廣泛的應用。而且，AAS是我國國產化的少數分析儀器之一。經過多年的發展，我國AAS的技術水平、功能和質量都有了很大的提高。據初步統計，目前有AAS生產廠家達19家，國外在華廠商7家。AAS儀器公司每年為提供數以千計的各種型號的AAS儀器。國產AAS儀器，遍布于生產、科研、教學、進出口檢驗等各個部門，為工農業發展、貿易、人民健康、食品安全、環境保護、科學進步做出了重要的貢獻。
不過，業界同行比較一致的看法是，我國火焰AAS目前的技術水平已達到國外同類儀器的水平;但石墨爐AAS的技術水平與水平還有一定差距。AAS市場仍然由國外知名大公司的品牌儀器所控制。
但是，近來讓我們欣喜的是，從國產AAS的主要廠商之一上海光譜儀器有限公司傳來了一個好消息。據該公司總經理陳建鋼介紹，“ACHEMA展會上，上海光譜展出的具有水品的高性能全自動石墨爐/火焰/自動進樣器一體的原子吸收光譜儀，引起了與會國外同行的高度重視，也引起了來自各地經銷商的高度興趣，展會期間落實了三臺儀器訂單，更多的采購意向正在洽談之中”、“上海光譜初步形成了一整套原子吸收光譜儀的生產工藝以及工藝裝備，具備了生產可與知名同行的高端產品性能和可靠性相媲美的原子光譜儀系列產品以及完整的附件產品”。
對此，原子光譜知名楊嘯濤認為，上海光譜的SP-3800系列交直流塞曼扣背景全自動石墨爐火焰原子吸收光譜儀已經達到了高端AAS的水平，尤其是石墨爐技術已經“過關”了。楊嘯濤老師全程參與了上海光譜AAS的研發，在SP-3800系列產品中，采用了多項，如：交直流兩用塞曼效應原子吸收背景校正系統及使用方法(2010)、一種石墨管保護套置于磁場內的塞曼石墨爐結構(2015)、一種用于雙檢測器直流塞曼原子吸收的變陣調校方法及裝置(2014)等。
楊嘯濤認為，塞曼效應背景校正技術是目前高端原子吸收儀器采用的主要背景校正技術。因為原子吸收光譜法主要的光譜干擾是分子吸收和光散射，而塞曼效應背景校正是能較好地解決這一干擾的方法;另外，由于其雙光束特性，可以在火焰和石墨爐分析中獲得良好的信噪比，一直受到廣大分析工作者的青睞。
“交直流塞曼背景同時校正技術是創的，”楊嘯濤介紹，采用交直流兩用塞曼效應原子吸收背景校正系統時，由于磁感應強度可根據不同元素的塞曼分裂模型設定，在分析靈敏度上優于恒定磁場的塞曼背景校正系統。該系統的建立可以實現多種火焰和石墨爐原子化器塞曼背景校正的組合，如恒定磁場、交直流同時磁場、單直流或單交流磁場等，能夠滿足用戶的各種需要。
談到技術創新，楊嘯濤老師有很多的感想，他說到，儀器產品要真正地推向市場、并在市場上站穩腳跟，技術創新是必不可少;但是創新不能只停留在思維上，而是需要解決同時產生的眾多相關問題。如交直流塞曼背景同時校正技術是楊老師2008年提出的想法，歷經了7年的時間不斷改進，直到近才真正用到商品化儀器上。如磁場電源不但要保證產生一定的磁場強度，還要具有穩定可靠、以及省電的能力，為此進行了長時間、無數次的試驗。“真正的創新是可行的、能夠實現的創新。”
“相關技術也要在同一起點上，”這是楊嘯濤老師一直提到的觀念，“分析儀器發展存在著內因、外因，內因是儀器本身局限的解決，外因就是相關器件和外圍技術的發展帶動儀器的發展。而外因很可能促使儀器突飛猛進，典型的例子就是計算機技術快速發展、材料的出現等。目前，儀器原理性創新已經很少了，現在進行的多是集合創新，即讓外部環境、周邊技術為我所用。”
如，SP-3800系列儀器上使用了磁鋼，由于有較高的磁感應強度，可以通過改變磁場位置調節磁感應強度使不同元素的測定靈敏度達到化。與其他技術相比，稀土材料磁鋼在相同的磁間隙情況下，可達到1.05 T的磁感應強度，經測試，對于Cu 324.8 nm譜線和Zn 213.9 nm譜線，分析靈敏度提高了50%。對于Cd 228.8 nm 譜線分析靈敏度提高了15%，火焰塞曼背景校正原子吸收磁鋼的導磁板采用陶瓷材料，并作防腐蝕表面處理，大大延長了磁鋼的使用壽命。使用稀土永磁鋼，在原有磁感應強度條件下，可以加大工作間隙(例如適應不同種類的火焰)，因此對原子化器形狀和大小的限制也會減弱。在僅需要相同磁場強度的條件下可以將磁鋼體積減小，進而可以開發體積更小、更便攜的小型專用儀器。
“儀器質量提升另一個保障就是‘基礎’，‘創新’實現需要有工藝、工裝設備等基礎的支持。”楊嘯濤舉例到，在交流塞曼中，當磁場方向和加熱電流方向垂直時，石墨管會受到洛倫茲力的影響，引起的震動對儀器光學系統產生影響，降低測定精度。為了降低震動對測量精度的影響，需要提高光機穩定性，這也體現了工廠基礎工藝的水平。另外，一個好的石墨爐，不但要有好的結構設計，還需要好的石墨材料、以及溫度校正等技術。“不過，提高‘基礎’的水平并不容易，不但問題解決難度大，投入的人力物力也非常大。但是，這筆投入是非常值得的，因為，工裝、測試設備是質量保證的基礎工作。”
楊嘯濤老師還介紹到，上海光譜在合作方面主要有兩項工作，一是正在與國外公司商務會談直接進口石墨管工作;另一項則是在國外定制霧化器模具，因為，目前大部分國產AAS采用的是非標準化的玻璃霧化器，這一點可能阻礙國產AAS走向市場，為此，上海光譜專門在瑞士定制了霧化器模具。雖說這些投入導致了儀器成本升高，但是相應的也讓上海光譜收獲良多，據介紹，2008年以來上海光譜取得了累計出口近千臺原子吸收光譜儀的好成績。
近年來，上海光譜多次得到了科技部、上海市科委等的大力支持，如承擔的2011年科技部重大科學儀器設備開發專項“高性能光譜儀器關鍵元器件與部件的應用及工程化開發”等，使得上海光譜能夠不斷加大力度升級其關鍵部件、整機制造能力和技術創新，提高了原子吸收光譜儀器的整體性能水平。在不斷發展過程中，上海光譜也形成了自己的研發團隊;而堅持走高端儀器制造的路線，完全符合“制造2025”的制造強國戰略。
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