直读光谱仪光室技术--抽真空方式与充氩方式优劣解读

http://www.water.hc360.com2018年01月03日10:20 来源:聚光盈安T|T

    慧聪水工业网 经常看到有朋友问,火花直读光谱仪采用的抽真空技术与充氩气技术到底哪个好?恰好周末有时间,整理一下思路,做个简单阐述,希望对困惑者,有所帮助。

    在直读光谱仪的实际应用中,C、P、S、As等元素的最佳光谱线均在真空紫外波段,而空气中的氧及水蒸气等会对这些谱线产生强烈的吸收,使光谱强度急剧减弱,影响元素测量,所以应当将光室中的空气除去。

    目前主要有两种方式可以实现真空紫外波段元素的测量:光室抽真空方式光室充氩气方式,这两种方式都能实现紫外光传输的效果,而且也都经过了多年的市场验证。但这两种技术却从本质上决定了光谱仪厂家不同的技术路线,下面从技术本身详细讲解一下:

    首先说说已经使用了超过50年的抽真空方式,光谱仪采用这种方式需要较为坚固的光室能够抵抗大气压的压力。所以通常情况下,真空传输方式的光谱仪,要求光室密封度好和抗压能力强,因此仪器必然厚重,体积偏大。进而使得仪器上电稳定时间长,有时甚至需要6-8小时,因为首先抽真空需要时间,其次由于光室厚重且体积大,达到恒温平衡也需要较多时间。比如ARL3460,OBLFQSN750等,就是这种真空方式,性能确实非常好。

    现在也有很多小型直读光谱仪厂家,继承了抽真空方式,但是小型光室抗压强度不能得到保证,在强大的大气压的影响下,可能会出现不稳定状况。此外抽真空的光谱仪还需有机械,挡板等部件,一些小型直读光谱仪厂家由于成本控制及工艺水平有限,这些机械以及长期处在真空压力下的真空传感器发生故障的几率也会高一些,这一点在过去的50年间,有许多案例。

    为了实现仪器的小型化同时降低抽真空系统引入的故障率,科研人员想到既然试样分析火花放电过程是必然需要氩气保护的,那么将氩气充入光室同时解决紫外传输问题岂不是更好。充氩气方案没有机械泵,而且光室与外界压差基本可以忽略不计,所以对气密性的要求没有真空技术要求的那么高,因此仪器可以做小同时还可以避免真空系统带来的故障率。

    但是有一个技术难题必须解决:氩气用量大,用户使用成本高,这是用户绝对不能接受的。聪明的科研人员想到了一种一举多得的办法,即是现在广为流行的双光室技术

    双光室技术将光谱仪拆分成两个光学系统,一个大光室,用来分析不需要氩气保护的可见光波段;一个小光室,用于分析需要氩气保护的紫外光波段。据一些厂家的宣传资料看,用来分析紫外波段的小光室可以做到比半瓶矿泉水空间还小,氩气用量很少,而且很快可以建立高纯氩气环境,另外氩气通过光室之后还可以循环到激发环节进行再利用,这样就解决了氩气浪费的问题。

    此外,分成双光室之后,可以单独对分析紫外的光学系统进行优化提高光栅刻线数,进而提高分辨率,这样做对C、P、S等难分析的非金属元素的分析带来非常大的好处。比如SpectroMaxx,聚光盈安M5000等,就是采用了双光室技术。这两款仪器也是目前市场上最为常见的产品。当然,双光室技术也存在缺点,对于厂家而言,两套光学系统会导致成本升高。

聚光盈安M5000

    以上好像讲的有点专业,不知道大家是不是能看懂,总结一下吧:

    1.通常来讲,真空方式配备一个光室,光室越大越厚重越好。如果为了小型化,强行降低光室强度,可能会影响仪器稳定性。

    2.通常来讲,充氩方式配备两个光室,这样不浪费氩气,对紫外元素分析还能进行专项优化。

    我平时仅是做研究时用到光谱仪器,也不算光谱仪专家,之所以我用词为“通常来讲”。除了以上提到的抽真空方式和充氩方式以外,还有一种氩气密封循环的新方式,但是我还没有时间研究,暂不作介绍。希望我的介绍能够对需要者带来帮助,如果有理解不准确的地方,也请看到的专家,进行斧正。

 

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责任编辑:童志威

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