【導(dǎo)讀】原子吸收光譜儀器(AAS)是現(xiàn)代分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室必備的重要檢測(cè)手段,有著廣泛的應(yīng)用。而且,AAS是我國(guó)國(guó)產(chǎn)化的少數(shù)分析儀器之一。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,我國(guó)AAS的技術(shù)水平、功能和質(zhì)量都有了很大的提高。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),目前有AAS生產(chǎn)廠家達(dá)19家,國(guó)外在華廠商7家。AAS儀器公司每年為提供數(shù)以千計(jì)的各種型號(hào)的AAS儀器。國(guó)產(chǎn)AAS儀器,遍布于生產(chǎn)、科研、教學(xué)、進(jìn)出口檢驗(yàn)等各個(gè)部門,為工農(nóng)業(yè)發(fā)展、貿(mào)易、人民健康、食品安全、環(huán)境保護(hù)、科學(xué)進(jìn)步做出了重要的貢獻(xiàn)。
不過(guò),業(yè)界同行比較一致的看法是,我國(guó)火焰AAS目前的技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)外同類儀器的水平;但石墨爐AAS的技術(shù)水平與水平還有一定差距。AAS市場(chǎng)仍然由國(guó)外知名大公司的品牌儀器所控制。
但是,近來(lái)讓我們欣喜的是,從國(guó)產(chǎn)AAS的主要廠商之一上海光譜儀器有限公司傳來(lái)了一個(gè)好消息。據(jù)該公司總經(jīng)理陳建鋼介紹,“ACHEMA展會(huì)上,上海光譜展出的具有水品的高性能全自動(dòng)石墨爐/火焰/自動(dòng)進(jìn)樣器一體的原子吸收光譜儀,引起了與會(huì)國(guó)外同行的高度重視,也引起了來(lái)自各地經(jīng)銷商的高度興趣,展會(huì)期間落實(shí)了三臺(tái)儀器訂單,更多的采購(gòu)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(chǎn)工藝以及工藝裝備,具備了生產(chǎn)可與知名同行的高端產(chǎn)品性能和可靠性相媲美的原子光譜儀系列產(chǎn)品以及完整的附件產(chǎn)品”。
對(duì)此,原子光譜知名楊嘯濤認(rèn)為,上海光譜的SP-3800系列交直流塞曼扣背景全自動(dòng)石墨爐火焰原子吸收光譜儀已經(jīng)達(dá)到了高端AAS的水平,尤其是石墨爐技術(shù)已經(jīng)“過(guò)關(guān)”了。楊嘯濤老師全程參與了上海光譜AAS的研發(fā),在SP-3800系列產(chǎn)品中,采用了多項(xiàng),如:交直流兩用塞曼效應(yīng)原子吸收背景校正系統(tǒng)及使用方法(2010)、一種石墨管保護(hù)套置于磁場(chǎng)內(nèi)的塞曼石墨爐結(jié)構(gòu)(2015)、一種用于雙檢測(cè)器直流塞曼原子吸收的變陣調(diào)校方法及裝置(2014)等。
楊嘯濤認(rèn)為,塞曼效應(yīng)背景校正技術(shù)是目前高端原子吸收儀器采用的主要背景校正技術(shù)。因?yàn)樵游展庾V法主要的光譜干擾是分子吸收和光散射,而塞曼效應(yīng)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(shí)校正技術(shù)是創(chuàng)的,”楊嘯濤介紹,采用交直流兩用塞曼效應(yīng)原子吸收背景校正系統(tǒng)時(shí),由于磁感應(yīng)強(qiáng)度可根據(jù)不同元素的塞曼分裂模型設(shè)定,在分析靈敏度上優(yōu)于恒定磁場(chǎng)的塞曼背景校正系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立可以實(shí)現(xiàn)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(chǎng)、交直流同時(shí)磁場(chǎng)、單直流或單交流磁場(chǎng)等,能夠滿足用戶的各種需要。
談到技術(shù)創(chuàng)新,楊嘯濤老師有很多的感想,他說(shuō)到,儀器產(chǎn)品要真正地推向市場(chǎng)、并在市場(chǎng)上站穩(wěn)腳跟,技術(shù)創(chuàng)新是必不可少;但是創(chuàng)新不能只停留在思維上,而是需要解決同時(shí)產(chǎn)生的眾多相關(guān)問(wèn)題。如交直流塞曼背景同時(shí)校正技術(shù)是楊老師2008年提出的想法,歷經(jīng)了7年的時(shí)間不斷改進(jìn),直到近才真正用到商品化儀器上。如磁場(chǎng)電源不但要保證產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度,還要具有穩(wěn)定可靠、以及省電的能力,為此進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間、無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)。“真正的創(chuàng)新是可行的、能夠?qū)崿F(xiàn)的創(chuàng)新。”
“相關(guān)技術(shù)也要在同一起點(diǎn)上,”這是楊嘯濤老師一直提到的觀念,“分析儀器發(fā)展存在著內(nèi)因、外因,內(nèi)因是儀器本身局限的解決,外因就是相關(guān)器件和外圍技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)儀器的發(fā)展。而外因很可能促使儀器突飛猛進(jìn),典型的例子就是計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展、材料的出現(xiàn)等。目前,儀器原理性創(chuàng)新已經(jīng)很少了,現(xiàn)在進(jìn)行的多是集合創(chuàng)新,即讓外部環(huán)境、周邊技術(shù)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(yīng)強(qiáng)度,可以通過(guò)改變磁場(chǎng)位置調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度使不同元素的測(cè)定靈敏度達(dá)到化。與其他技術(shù)相比,稀土材料磁鋼在相同的磁間隙情況下,可達(dá)到1.05 T的磁感應(yīng)強(qiáng)度,經(jīng)測(cè)試,對(duì)于Cu 324.8 nm譜線和Zn 213.9 nm譜線,分析靈敏度提高了50%。對(duì)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(dǎo)磁板采用陶瓷材料,并作防腐蝕表面處理,大大延長(zhǎng)了磁鋼的使用壽命。使用稀土永磁鋼,在原有磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下,可以加大工作間隙(例如適應(yīng)不同種類的火焰),因此對(duì)原子化器形狀和大小的限制也會(huì)減弱。在僅需要相同磁場(chǎng)強(qiáng)度的條件下可以將磁鋼體積減小,進(jìn)而可以開(kāi)發(fā)體積更小、更便攜的小型專用儀器。
“儀器質(zhì)量提升另一個(gè)保障就是‘基礎(chǔ)’,‘創(chuàng)新’實(shí)現(xiàn)需要有工藝、工裝設(shè)備等基礎(chǔ)的支持。”楊嘯濤舉例到,在交流塞曼中,當(dāng)磁場(chǎng)方向和加熱電流方向垂直時(shí),石墨管會(huì)受到洛倫茲力的影響,引起的震動(dòng)對(duì)儀器光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,降低測(cè)定精度。為了降低震動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響,需要提高光機(jī)穩(wěn)定性,這也體現(xiàn)了工廠基礎(chǔ)工藝的水平。另外,一個(gè)好的石墨爐,不但要有好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),還需要好的石墨材料、以及溫度校正等技術(shù)。“不過(guò),提高‘基礎(chǔ)’的水平并不容易,不但問(wèn)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?yàn)?,工裝、測(cè)試設(shè)備是質(zhì)量保證的基礎(chǔ)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(xiàng)工作,一是正在與國(guó)外公司商務(wù)會(huì)談直接進(jìn)口石墨管工作;另一項(xiàng)則是在國(guó)外定制霧化器模具,因?yàn)椋壳按蟛糠謬?guó)產(chǎn)AAS采用的是非標(biāo)準(zhǔn)化的玻璃霧化器,這一點(diǎn)可能阻礙國(guó)產(chǎn)AAS走向市場(chǎng),為此,上海光譜專門在瑞士定制了霧化器模具。雖說(shuō)這些投入導(dǎo)致了儀器成本升高,但是相應(yīng)的也讓上海光譜收獲良多,據(jù)介紹,2008年以來(lái)上海光譜取得了累計(jì)出口近千臺(tái)原子吸收光譜儀的好成績(jī)。
近年來(lái),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(dān)的2011年科技部重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)“高性能光譜儀器關(guān)鍵元器件與部件的應(yīng)用及工程化開(kāi)發(fā)”等,使得上海光譜能夠不斷加大力度升級(jí)其關(guān)鍵部件、整機(jī)制造能力和技術(shù)創(chuàng)新,提高了原子吸收光譜儀器的整體性能水平。在不斷發(fā)展過(guò)程中,上海光譜也形成了自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì);而堅(jiān)持走高端儀器制造的路線,完全符合“制造2025”的制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。