小中大 5、 新型的AAS 仪器不断涌现
⑴、 连续光源的AAS 仪器问世
常规的AAS 大多采用能够发射元素分析谱线的空心阴极灯做光源,因此称为线光源AAS。但是,线光源AAS 不能对多个元素同时进行分析检测,并且,因为无法提供分析谱线的轮廓信息以及其侧翼的光谱背景信息,同时背景都较大,因此,线光源AAS 必须配置专门的背景校正器。这些缺陷都限制了原子吸收光谱的应用范围。近几年来,随着高光谱分辨能力的中阶梯光栅光谱仪技术和具有多通道检测能力的半导体图像传感器技术的日趋成熟,使用连续光源做原子吸收分光光度计(CS-AAS)的光源已经成为可能;并且它有可能成为未来AAS 仪器的发展方向。
德国Jena 公司最近刚推出的CS-AAS(ContrAA),是对AAS 的重大突破、是AAS 的最新进展之一;常规的传统线光源原子吸收分光光度计(LS-AAS),一个灯只能作一个元素。而CS-AAS,采用交叉色散系统和CMOS 图像传感器的形式,不需要移动光路中的任何部件,可以同时检测从As193.76nm 到Cs852.11nm 之间的多条任意分析谱线,具有同时多元素定性、定量分析能力;检出限和精密度达到或超过线光源AAS 的水平,从而使AAS 仪器发展到一个新的水平。德国耶拿公司的ContrAA 连续光源原子吸收分光光度计(CS-AAS)对部分元素检出限与锐线光源原子吸收分光光度计(LS-AAS)检出限的比对见表1。
ContrAA 采用高聚焦短弧氙灯作为连续光源,该高聚焦短弧氙灯是一个气体放电光源,灯内充有高压氙气,在高频高压电压的激发下形成弧光放电,辐射出从紫外到近红外的强连续光谱。能量比一般氙灯大许多,电极距离<1mm,发光点只有200μm,发光点温度10000KT。
这样的设计,使仪器提供的光谱信息非常丰富,改善了分析结果准确性和测量精度。其在启动后即能很快达到接近最大光输出,这是该原子吸收光谱仪不需要通过灯预热来防止产生漂移的主要原因。多元素顺序测定时,可测量元素周期表中60 余个金属元素,并可以测量放射性元素,为研究原子光谱的机理提供了分析手段。
过去,连续光源一直难以在原子吸收光谱仪上得到应用,主要原因在于连续光源须在每一个分析波长处与空心阴极灯有同样的光辐射强度和稳定性,这一技术对于仪器的分光系统和检测系统有着极高的要求。原子吸收谱线的宽度约为0.00Xnm,耶拿公司的ContrAA 采用了石英棱镜高分辨率的大面积中阶梯光栅组成双单色器解决了0.003nm 带宽的问题,使连续光源在近似单色光的条件下测量原子吸收。
连续光源AAS 的主要突破点是:
①、采用300W 高聚焦短弧氙灯作连续光源,波长覆盖了原子吸收全部波长范围。分析结果准确、测量精度高。
②、突破了中阶梯光栅的应用技术,解决了仪器的窄光谱带宽问题。
③、成功的解决了高灵敏度CCD 检测器的应用技术难关,与中阶梯光栅结合,使分辨率达到0.002nm。
④、具有优异的背景校正功能:分析时,同时把所有背景的信息都记录,可以事后将各种背景都扣除干净。传统原子吸收仪器上的氘灯背景装置,各种Zeeman 效应的背景装置、S.H 法背景装置都不需要了。
高灵敏度CCD 线阵检测器的使用增加了量子效率,光学分辨率达到2pm,在扩大线性动态范围的同时,降低噪声,提高灵敏度,使检出限优于普通原子吸收光谱仪。对快速多元素分析, 分析速度已达到或超过ICP;从可获得的分析信息量的角度而言,ContrAA 基本上可以与ICP 媲美了连续光源、中阶梯光栅、CCD 检测器的结合,同时检测分析信号和背景信号,使样品光束和参考光束的测量同时获得,没有时间差异,具有实时双光束的功能,且能显示光谱通带内的光谱干扰信息,这些特点是 ContrAA 成为能精确地校正背景和观察研究谱线干扰的理想仪器的关键。
目前,尽管CS-AAS 对光源、中阶梯光栅、CCD 接收器等多方面都要求很高,整机制造的技术难度也很大,在产业化和性价比等方面,还有许多问题需要进一步深入研究。但是,它肯定无疑是AAS 仪器发展史上的一个里程碑,是一个革命性的突破,将为AAS 的应用开辟一个广阔的新空间。
⑵、 近几年年,美国瓦里安推出AA-240FS 快速序列式AAS,是好仪器;比传统的AAS 省40%的样品消耗、50%的时间消耗。2 分钟可测定10 种元素。 同时,瓦里安推出最新的AA280;它有两套革命性系统:八灯快速序列式分析模式和塞曼模式;分析速度提高50%。采用气体最小化技术,使气体消耗量减少 40%;石墨管寿命延长两倍;Cu 可达5000 次;石-自动进样器可处理135 份样品。
⑶、 2004~2006 年,北京普析通用推出TAS-990、 MB5、MG2 等AAS。MB5 一滴血,3 秒钟同时测出Cu、Zn、Ca、Mg、Fe 5 个元素;MG2 一滴血,一分半钟同时测出Cd、Pb 两个元素;是妇幼保健、医
学检验必备的先进仪器。现在都已经上市。
⑷、 Varian 近几年的SpectrAA-duo 也是较好之一; 火焰、石 墨炉作在一起,各具有独立的光学和检测系统,由 一台工作站全自动控制,可实现 火焰、石墨炉 的 分析同时进行!可节省时间50%。
⑸、 近几年,岛津推出6300、PE 推出AA400。
⑹、 近几年双光束AAS 也有人重视:早期的AAS 仪器都是单光束。随着科学技术的发展,AAS 仪器也在不断发展,目前,已出现了双光束AAS;如:德国Jena 公司的AAS Zeenit 60 型AAS 就是。我国也有企业研发双光束AAS,如上海精密科学仪器公司的AA300 等。
⑺、 我国目前的AAS 仪器发展很快,已有重大突破。但是,我们还应看到我国在高档AAS 方面与国外差距很大;特别在主要的、关键的功能、性能技术指标上,差距更加明显;如:可靠性、软件、附件、工艺等等。我们必须看到这些差距。只有看到了差距,才有赶超国际先进水平的动力,才有赶超国际上AAS 的先进水平的可能。在中、低档AAS 方面,我国与国外的差距已经很小,特别是在火焰方面,差距更小;我国自己生产的火焰AAS,基本上都能满足使用要求。我国的中档AAS,有些技术指标还能优于国外同类产品;如:北京普析通用公司的TAS-986/990、上海精科公司的4501、北京瑞利公司的200/210 等AAS 就是。特别是TAS-986/990,采用横向加热石墨炉技术,全世界只有5 家公司能生产横向加热石墨炉AAS,而我国能生产此类仪器。