Quá khứ và hiện tại của máy quang phổ phát xạ hồ quang

Khi nhắc đến máy quang phổ phát xạ nguyên tử, hầu hết mọi người ngay lập tức nghĩ đến ICP-AES hoặc có thể là máy quang phổ đọc trực tiếp tia lửa điện. Ít người đề cập đến máy quang phổ phát xạ hồ quang. Tuy nhiên, là một thành viên kỳ cựu trong gia đình máy quang phổ phát xạ nguyên tử, công nghệ này đã đóng góp đáng kể trong những thập kỷ qua cho việc phân tích định tính và định lượng các nguyên tố vô cơ trong các lĩnh vực như thăm dò địa chất, kim loại màu và khoa học vật liệu.

Ngay cả ngày nay, với các thiết bị cao cấp được sử dụng rộng rãi, những ưu điểm của phương pháp này—như phân tích trực tiếp mẫu bột và độ nhạy cao—đã giúp nó trở thành phương pháp được chỉ định để xác định bạc, boron và thiếc trong ngành địa chất. Nó vẫn là một công cụ không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm địa chất và cũng là phương pháp tiêu chuẩn được khuyến nghị để phát hiện các nguyên tố tạp chất trong các kim loại có độ tinh khiết cao như vonfram, molypden, niobi và tantali, cũng như các oxit của chúng.

Máy quang phổ cổ điển ngày càng lớn

Trước tiên, hãy cùng tìm hiểu về những “cựu binh” của ngành quang phổ phát xạ hồ quang. Các máy quang phổ nguyên tử hồ quang đời đầu sử dụng tấm ảnh để thu lại phổ phát xạ và được gọi là máy quang phổ đồ. Câu chuyện bắt đầu vào năm 1969 khi tiền thân của Công ty TNHH Dụng cụ Phân tích Bắc Kinh Beifen Ruili (Tập đoàn) - Nhà máy Dụng cụ Quang học số 2 Bắc Kinh - đã phát triển thành công máy quang phổ đồ cách tử phẳng một mét. Mô hình này vẫn còn phổ biến trong nhiều phòng thí nghiệm ngày nay.

Máy quang phổ một mét

Thiết bị này giống như một "bậc thầy phòng tối" tỉ mỉ. Mặc dù cồng kềnh khi vận hành (yêu cầu các bước xử lý ảnh), độ nhạy đặc biệt của nó đã đặt nền móng cho phân tích quang phổ hồ quang và là không thể thay thế vào thời điểm đó. Bạn cũng có thể đã thấy các mẫu lớn hơn - máy quang phổ lưới hai mét với "thân" màu xanh lá cây lớn.

máy quang phổ cách tử hai mét

Ống nhòm có tiêu cự hai mét “ống lớn” này ấn tượng đến mức nào? Giờ hãy nhìn vào con quái vật bên dưới. Người ta nói nó có tiêu cự 3,4 mét, rõ ràng là không phù hợp với một phòng thí nghiệm thông thường, và nó còn được trang bị một nguồn sáng kích thích lớn.

Máy quang phổ cách tử 3,4 mét

Nguồn sáng kích thích quang phổ kế cách tử 3,4 mét

Quy trình thu thập dữ liệu phức tạp

Việc thu thập dữ liệu từ máy quang phổ là một công việc tốn nhiều thời gian và phức tạp: sau khi chuẩn bị mẫu, quá trình đo quang phổ được thực hiện. Sau khi hoàn tất, giá đỡ tấm ảnh phải được tháo ra và mang đến phòng tối. Dưới ánh sáng an toàn đỏ mờ, tấm ảnh trải qua quá trình tráng phim, cố định và rửa sạch - một quy trình giống hệt như tráng phim đen trắng.

Tấm phim đã được xử lý cẩn thận có thể bị đen hoàn toàn do phơi sáng quá mức, khiến tất cả công sức trước đó trở nên vô ích. Hoặc, do vấn đề với thuốc hiện hình hoặc thuốc định hình, tấm phim có thể quá tối hoặc quá sáng không thể sử dụng được, buộc phải làm lại từ đầu.

Phòng tối

Do có nhiều vạch phổ phát xạ, bạn cần phải kiểm tra chúng dưới độ phóng đại cao, chọn ra từng vạch phân tích cho mỗi nguyên tố mục tiêu. Phân tích định lượng đòi hỏi phải đo mật độ của chúng bằng máy đo mật độ. Ngay cả đối với các nhà phân tích giàu kinh nghiệm, đây cũng không phải là nhiệm vụ dễ dàng; đối với người mới bắt đầu, đó là một cơn ác mộng. Mắt mỏi nhừ vì phải nhìn chăm chú vào các vạch, nhưng chỉ xác định được một vài vạch phân tích.

Cảm biến hình ảnh thay thế tấm phim chụp ảnh.

Nhờ những tiến bộ công nghệ, công nghệ cảm biến hình ảnh đã phát triển hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Cũng giống như máy ảnh kỹ thuật số đã thay thế máy ảnh phim, cảm biến hình ảnh đã cách mạng hóa phương pháp đo quang phổ phát xạ hồ quang bằng cách thay thế các tấm ảnh truyền thống. Sử dụng hiệu ứng quang điện, các cảm biến này chuyển đổi tín hiệu quang học thành tín hiệu điện, cuối cùng số hóa chúng để hiển thị trực tiếp trên phần mềm máy tính — loại bỏ quy trình thu thập dữ liệu phức tạp của các máy đo quang phổ truyền thống.

Bước ngoặt thực sự diễn ra trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2014.BFRLHãng đã cho ra mắt dòng sản phẩm AES-7000 – một sự đổi mới mang tính đột phá, kết hợp phân tích quang phổ nguồn hồ quang với ống nhân quang (PMT) để đạt được “đọc trực tiếp”. Người dùng cuối cùng đã được giải phóng khỏi các bước tốn nhiều công sức như xử lý tấm và đo mật độ, cải thiện đáng kể hiệu quả và đẩy nhanh việc ứng dụng công nghệ này trong địa chất và luyện kim.

Mặc dù dòng AES-7000 có tốc độ nhanh, nhưng nó vẫn có những hạn chế—các vạch phổ của nó bị cố định. Năm 2017,BFRLCông nghệ này đã tạo nên một bước tiến vượt bậc khác với sự ra mắt chính thức của máy quang phổ phát xạ hồ quang thế hệ tiếp theo, AES-8000. Thiết bị này thừa hưởng những ưu điểm của các máy quang phổ lưới một mét truyền thống—kích thích hồ quang dòng điện xoay chiều/một chiều (AC/DC), hệ thống chiếu sáng ba thấu kính và đường dẫn quang học Ebert-Fassie cổ điển—đồng thời sử dụng cảm biến CMOS hiệu suất cao để phát hiện tín hiệu. Được thiết kế lại hoàn toàn, nó đã đạt được bước nhảy vọt từ "biết nó tồn tại" đến "nhìn thấy tất cả". Dễ vận hành, nhanh chóng và tiện lợi, AES-8000 đã trực tiếp giải quyết những khó khăn của người dùng máy quang phổ và nhanh chóng trở thành sản phẩm chủ đạo trong thế hệ máy quang phổ phát xạ hồ quang mới.

✔ Bước đột phá về hiệu năng: Áp dụng sự kết hợp giữa “hệ thống quang học Ebert-Fassie + bộ dò CMOS”. Độ nhạy của CMOS cao hơn nhiều lần so với các CCD thông thường, và kết hợp với hệ thống quang học được cấp bằng sáng chế, nhiễu nền được giảm thiểu tối đa.

✔ Đổi mới cốt lõi: Phân tích toàn diện thực sự. Không chỉ giải quyết được thách thức của ngành công nghiệp về việc đo lường chính xác các nguyên tố như bạc, thiếc và boron trong các mẫu địa chất mà còn đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác của các tiêu chuẩn quốc gia.

✔ Trải nghiệm thông minh: Tự động căn chỉnh điện cực, khóa an toàn, tự động hiệu chỉnh nền phần mềm—những tính năng thông minh này không chỉ giúp thiết bị chính xác hơn mà còn thân thiện với người dùng và an toàn hơn.

Máy quang phổ phát xạ hồ quang AC/DC AES-8000

So sánh giữa AES-8000 cũ và mới

Từ cổ điển đến đổi mới, và rồi lại trở thành kinh điển một lần nữa. Trong quá trình phát triển máy quang phổ phát xạ hồ quang, những nỗ lực của Công ty TNHH Thiết bị Phân tích Bắc Kinh Beifen-Ruili (Tập đoàn) phản ánh rõ ràng con đường “chuyển giao công nghệ”, được thể hiện qua các phiên bản sản phẩm cải tiến. Thông qua việc liên tục tự hoàn thiện, công ty đã hồi sinh một kỹ thuật phân tích “cổ xưa” trong kỷ nguyên công nghệ thông minh.