Обзор оптических эмиссионных спектрометров Шимадзу Журина Е.В. Компания «Элемент»

Оптический эмиссионный спектрометр параллельного действия с индуктивно-связанной плазмой

ICPE-9000

Конфигурация систем ICP-OES Атомы элементов пробы возбуждаются в плазме и испускают спектр. Спектрометр выделяет спектральные линии, характерные для анализируемого элемента. Обособленные спектральные линии анализируются детектором.

Источник возбуждения ИСП РЧ катушка (27,12 МГц) Горелка Водяное охлаждение катушки; Кристалл-осциллятор (генератор); Авт. поджиг и гашение плазмы.

Аксиальный обзор: анализ с высокой чувствительностью длительное пребывание аналита в плазме эффективная передача излучения получение высокой эмиссии Радиальный обзор: анализ высокосолевых и органических растворов подавление ионизационной интерференции Аксиальный и радиальный обзор

Система ввода образца Распылитель Съемная горелка Камера Камера

Распылители Стандарт (выс. конц.) Микро- HF

Распылительные камеры Циклонная Na+ Для органики Для HF

Горелки / Расход аргона – мини 2 – орг. 3 – конц. 4 - HF 4 Low running costs; Отсутствие контаминации; 10 часов непрерывной работы.

Опциональные принадлежности Автосамплер Генератор гидридов У/зв распылитель Перистальтический насос

Детектор CCD ИСП Вакуумирование/ термостатирование; Дифракц. решетка – фильтр порядков, призма – разделяет спектр по длинам волн; WL-диапазон нм.; Порядки отр. (30-130) – улучшенное разрешение. Эшелле-Спектрометр

Точность Т-контроля – 1 градус; Нет продувки – высокая стабильность; Вакуум – нет загрязнений оптических компонентов; Быстрый набор чувствительности. Вакуумирование спектрометра

Площадь – 2,54 х 2,54 см 1024 x 1024 (1 Mpix) Размер 1 пикселя – 20х20 мкм Высокая скорость (10 Гц) Регистрируются все длины волн для всех элементов Охлаждение Пельтье (до – 15 ºС) Датчик запотевания Высокое разрешение для всех элементов и всех длин волн Двумерный CCD-детектор

CCD: cпектр Эшелле (1 Mpix) Спектрометр и CCD-детектор измеряют и записывают одновременно эмиссию большинства спектральных линий и связанный с ними фон от плазмы: возможность обработки спектра с учетом фона и спектральных помех.

Спектрометр и ССD: чувствительность и высокое разрешение Демонстрируемое разрешение – результат обработки линий высших порядков. Сочетание Эшелле-спектрометра и 2-мерного CCD-детектора дает возможность определения большого количества элементов при высоких чувствительности и разрешении. Разрешение: не хуже 0,005 нм.

Программное обеспечение База данных аналитических длин волн База данных перекрывающихся спектров элементов Экспериментальная база данных спектров проб разной природы

Качественный анализ Оценка основных и следовых компонентов за одно измерение Определение качественного состава пробы и диапазонов концентраций присутствующих элементов Определение профилей пиков для всех элементов

Количественный анализ: калибровочные кривые

Спектральная интерференция Наблюдаемый профиль Вследствие наложения спектров аналитик наблюдает суммарный профиль нескольких линий Комбинированный профиль Профиль анализируемог о элемента Профиль сопутствующего элемента +

Спектральная интерференция ИскажениеИскажение + смещение

Устранимая спектральная интерференция Оптимальная длина волны меняется в зависимости от типа матрицы и концентрации анализируемого элемента Для корректного анализа необходимы опыт и серьезные усилия! Fe Cd Identification Оптимальная длина волны без интерференции Intensity

Автоматический выбор оптимальной линии В ICPE-9000 оптимальная линия выбирается автоматически для каждого образца. Обычное ISP-оборудование параллельного действия Element Wavelength Sample ASample B Cd nm8ppb100ppb Cd nm18ppb5ppb ICPE-9000 Element Wavelength Sample ASample B Cd nm8ppb-- Cd nm--5ppb На обычных ISP-приборах определение наличия/отсутствия интерференции затруднено или невозможно.

Неустранимая спектральная интерференция

Анализ Cd в почве Все пригодные линии подвержены интерференции. Что делать в таком случае? Fe Cd As Fe Cd

Межэлементная коррекция Межэлементная коррекция устраняет эту проблему На большинстве приборов разделение невозможно Какое значение является достоверным – наименьшее, наибольшее, или среднее? Fe Cd As Fe Cd Quantitative value 100 ppb Quantitative value 18 ppb Quantitative value 40 ppb Identification Intensity

ICPE-9000: простые установки, простой анализ Интерферирующий элемент (As) Калибровочный образец (стандарт As 50 ppm) IEC calibration sample information Автоматический вывод информации Достаточно ввести корректирующий стандарт и провести измерение

Количественные результаты анализа на оптимальной длине волны – Cd nm Анализ Cd ICPE-9000 Name of Sample Uncorrected Results IEC Results Sample 18ppb3ppb

Быстрый и надежный качественный анализ с помощью встроенной базы данных длин волн и спектральных влияний для всех элементов с автоматическим выбором длин волн, наименее подверженных спектральным влияниям; Определение всех сопутствующих элементов и автоматическая коррекция влияний; Оценка концентрационных диапазонов определяемых и сопутствующих элементов, автоматический выбор способов коррекции; Выдача состава образца для калибровки; Автоматический выбор одного, наиболее оптимального результата анализа среди данных, полученных при измерениях на разных длинах волн; Диагностика природы влияний; Повторная обработка результатов после измерений; Количественный анализ: надежное определение даже трудно определяемых элементов в пробах со сложной основой. Резюме: возможности программного обеспечения ICPESolution

Чувствительность ICPE-9000

Чувствительность и воспроизводимость Чувствительность: уровень ppb для большинства элементов Воспроизводимость: RSD < 1% для данного уровня концентраций

Искровые оптические эмиссионные спектрометры

Современная линейка искровых спектрометров Шимадзу PDA-7000 Фокусное расстояние: 600 мм Спектральный диапазон: нм PDA-8000 Новинка 2010 года! Фокусное расстояние: 1000 мм Спектральный диапазон: / нм

Особенности спектрометров на примере PDA-7000 Позволяет проводить одновременное количественное определение до 64 основных и следовых элементов для решения любых задач из области анализа металлов и сплавов в черной и цветной металлургии Повышение точности и чувствительности анализа за счет применения Спектроскопии временного разрешения и Анализа распределения импульсов Метод мониторинга внутреннего стандарта позволяет снизить влияние дефектов в пробах на результаты анализа Спектрометр является вакуумным и термостатируемым Высокоскоростной анализ с автоматическим выбором оптимальных условий разряда в зависимости от элементов и их концентрации (6 типов разряда)

Количественное определение кислоторастворимого и нерастворимого алюминия в стали за 11 сек Вольфрамовый противоэлектрод с увеличенным сроком службы (5 электродов при круглосуточной работе в год) гарантирует долговременную аналитическую стабильность и точность при автоматической очистке от загрязнений (изменение полярности разряда) Проведение анализа образцов с различной основой без смены предметного столика Дружественное программное обеспечение, исключительно простое управление анализом Особенности спектрометров на примере PDA-7000

Внешний вид спектрометра PDA-7000

Принципы спектроскопии временного разрешения: патент Шимадзу Обеспечивает регистрацию спектральных линий элементов в определенные промежутки времени в зависимости от условий разряда. Это позволяет назначать оптимальные условия измерений для каждого элемента в зависимости от его содержания в образце, хим.формы и состава матрицы Повышение чувствительности определения следовых компонентов в 2 раза, точности анализа, устранение эффектов взаимного влияния элементов в пробе

Анализ распределения импульсов От простой интеграции к PDA-методу: повышение точности определений PDA –метод * Интеграция фототока, полученного от каждого импульса разряда разрядов за определенное время Аналоговый переключатель A Интегральный метод (обычный) * Интеграция фототока, полученного от разрядов за определенное время

6 типов разряда Для каждого определяемого элемента могут быть выбраны несколько типов разряда в зависимости от концентрации и типа спектральной линии для обеспечения максимальной чувствительности измерений: Нормальная искра: 100 ppm – n*10 % (искровая линия) Комбинированная искра: 10 – 1000 ppm (искровая линия, дуговая линия) Дугоподобная искра: менее 10 ppm (дуговая линия) Тройная комбинированная искра: менее 1000 ppm (искровая линия, дуговая линия) Высокоэнергетичное обыскривание Обратный разряд: автоматическая очистка электрода

Регистрация элемента внутреннего стандарта: патент Шимадзу Позволяет снизить влияние дефектов в пробах на результаты анализа. Метод применяется для каждого импульса разряда. Элемент внутреннего стандарта t IsIs ImIm t Определяемый Элемент

PDA-метод позволяет преобразовать интенсивность сигнала от искрового разряда в диаграмму частотного распределения и разделить между собой сигналы от кислоторастворимого и нерастворимого Al благодаря их различной интенсивности Металлографический анализ (Al в стали)

Конфигурация спектрометра Блок возбуждения возбуждает излучение пробы посредством искрового разряда между образцом и противоэлектродом Монохроматор разлагает излучение в спектр, выделяет необходимые спектральные линии Блок регистрации: чувствительные элементы (ФЭУ) преобразуют излучение в электрический ток, происходит измерение полученных фототоков Устройство обработки данных анализирует и обрабатывает полученные результаты Блок возбуждения Монохроматор Блок регистрации Устройство обработки данных

Источник возбуждения Встроенный стабилизатор питания Оптимальные условия разряда Регенерация противоэлектрода после каждого разряда Улучшенная чувствительность определений Генератор разряда Искровой стенд, продуваемый аргоном

Искровой столик Размеры образца: Макс.: 240 мм (диам.) х 350 мм х 65 мм Вес: 10 кг Мин.: 3 мм (диам.) х 0,1 мм Фиксатор образца образец Платформа образца Искровой стенд

Система автоматической очистки электрода (опция) Очистка электрода щеткой – срок службы увеличивается в 10 раз Автоматический фиксатор образца - пробы устанавливаются в одинаковом положении

Опциональные держатели образцов малого диаметра Держатель для анализа малых образцов (диаметр от 3 до 12 мм) Держатель для стержнеобразных образцов (диаметр от 0,6 до 12 мм)

Блок регистрации Функции: Анализ распределения импульсов Интегрирование Сегментное интегрирование Металлографический анализ Измерения с разрешением во времени Регистрация элемента внутреннего стандарта Осуществляет преобразование интенсивности линий, разделенных монохроматором, в фототок и его последующее измерение. Состав блока регистрации: ФЭУ (детектор излучения) преобразует интенсивность излучения в силу тока Аттенюаторы - контроллеры чувствительности ФЭУ Интегратор подсчитывает выходной сигнал за единицу времени

Программное обеспечение Анализ состава Статистический анализ Глобальные калибровки Рекалибровки Коррекция: матричная 100% Контроль качества: контрольные карты гистограммы

Проверка / обслуживание прибора

Аналитические группы

Информация по аналитическим каналам

Калибровочная кривая

Данные по химическому составу

Результаты анализа

Стабильность C, Si в чугуне

Анализ N в чугуне

Предприятия в Уральском регионе, где установлен PDA-7000 ЗАО « Чугунолитейный завод « Руслич », г.Верхняя Салда 2006 г, анализ чугуна ООО « ВИЗ-Сталь », г.Екатеринбург 2006 г, анализ электротехнической стали ОАО « Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов », г.Каменск-Уральский 2007 г, анализ сплавов на основе Cu и Ni 2008 г, анализ сплавов на основе Cu

Калибровочная кривая определения Ti в электротехнической стали

С в электротехнической стали без матричной коррекции

С в электротехнической стали с матричной коррекцией

N в электротехнической стали без матричной коррекции

N в электротехнической стали с матричной коррекцией

Калибровочная кривая определения общего Al в электротехнической стали

Калибровочная кривая определения растворимого Al в электротехнической стали

Новинка 2010 г. ! Спектрометр PDA-8000

Отличия PDA-7000 и PDA-8000

Повышенная чувствительность Монохроматор высокого разрешения и блок возбуждения с широким выбором оптимальных условий разряда для каждого анализируемого элемента. Повышенная стабильность Блок возбуждения включает термостатируемую камеру с улучшенной теплоизоляцией и функцию мониторинга энергии разряда в реальном времени. Обновленное программное обеспечение Повышенное удобство использования и обслуживания. Экономичность Значительное сокращение потребления электроэнергии (на 43%) и аргона (на 50%). Особенности PDA-8000

Монохроматор высокого разрешения с фокусным расстояние 1 м позволяет работать со спектральными линиями высоких порядков. Спектральные линии высоких порядков позволяют анализировать элементы, подверженные спектральной интерференции. Особенности PDA-8000: повышенная чувствительность

Блок возбуждения с широким выбором оптимальных условий разряда для каждого анализируемого элемента (32 типа). Блок возбуждения с цифровым контролем способен создавать высокоэнергетичный разряд, требуемый для анализа следовых компонентов, или разряд с постоянным током, применяемый для ультрапримесного анализа высокочистого алюминия. Особенности PDA-8000: повышенная чувствительность Область А: Энергетический профиль может быть установлен в зависимости от свойств материала или содержания основных анализируемых элементов в образце. Область В: Спектр ультрапримесных элементов в высокочистых материалах содержит множество атомных линий (дуговых). Следовательно, дуговой блок, который эмитирует постоянный электрический ток в течение заданного промежутка времени, является эффективным способом повышения чувствительности.

Новая термостатированная камера с улучшенной теплоизоляцией, что позволяет устанавливать спектрометр в помещении с температурой ºС с колебаниями до 5 ºС/час. Для разработки термостатированной камеры, позволяющей стабилизировать длиннофокусный монохроматор, был применен анализ методом моделирования. Особенности PDA-8000: повышенная стабильность

Функция мониторинга энергии разряда в реальном времени позволяет детектировать сбой разряда, обусловленный состоянием поверхности образца, и исключить его из окончательной обработки. Особенности PDA-8000: повышенная стабильность

Позволяет управлять абсолютно всеми параметрами спектрометра от диагностики до обслуживания. Новые функции «Поддержки пользователя при обслуживании» и «Диагностики неисправностей» Особенности PDA-8000: обновленное программное обеспечение PDA-R

Программное обеспечение PDA-R: диагностика неисправностей

Программное обеспечение PDA-R: функция поддержки пользователя при обслуживании

Current Regulative Spark (CRS) - подана заявка на патент Искра с регулируемым током позволяет стабилизировать ток для каждого импульса разряда, улучшая тем самым чувствительность определения следовых компонентов. Форма кривой электрического тока демонстрирует, что система обладает способностью эмитировать стабильный искровой разряд в Области В. Улучшение аналитической чувствительности для ультрапримесных элементов, для которых нижний предел количественного определения составляет 1 ppm или менее (7 ppm для обычных моделей). Анализ ультрапримесных элементов в высокочистых образцах (Al) «Окно» времени измерения: может быть задано для каждого элемента (патент)

Стабильность PDA-8000 Определение С в нержавеющей стали (1000 измерений)

При анализе образца нержавеющей стали, содержащей 0,0179% фосфора (Р), что подтверждено результатами химического анализа, на спектрометре PDA-7000 получаем завышенный результат вследствие спектральной интерференции. При проведении анализа на спектрометре PDA-8000 монохроматор высокого разрешения минимизирует спектральную интерференцию и позволяет получить корректный результат. Особенности PDA-8000: монохроматор высокого разрешения

Пределы обнаружения и погрешности для PDA-7000 (железная основа)

Пределы обнаружения и погрешности для PDA-8000 (железная основа)

Высокая чувствительность PDA-8000

Опциональные устройства для PDA-8000 Система автоматической очистки электрода (повышение срока службы электрода в 10 раз) Система водяного охлаждения искрового стенда

Опциональные устройства для работы с образцами малого размера Держатель малых образцов (диаметр 3-9 мм) Держатель стержнеобразных образцов (диаметр 1-13 мм)

Большое Спасибо за Внимание!

Екатеринбург , ул. Бажова, 68 т/ф: (343) (65, 66, 67, 68, 69) Москва , Садовническая наб., 69 т/ф: (965) Новосибирск , ул. Октябрьская, 42, офис 225/3 т/ф: (383) Генеральный дистрибьютор