Архив статей журнала
При разработке и производстве спектральных приборов, выполненных по схеме Пашена-Рунге с неклассическими вогнутыми дифракционными решетками, часто возникает вопрос о допустимых пределах отклонения параметров схемы (передний отрезок, угол падения излучения, смещение фотодетектора из плоскости дисперсии) от расчётных, при которых спектральное разрешение ухудшается незначительно. Исследование проведено на примере двух решёток, используемых в спектральном приборе «Гранд-2» (предприятие ООО «ВМК-Оптоэлектроника»), с помощью компьютерного моделирования в программном обеспечении «Zemax», адекватность которого проверена экспериментально. Показано, что предел спектрального разрешения увеличивается не более чем на 10 % в следующем диапазоне параметров схемы для решётки с криволинейными штрихами: передний отрезок - 895 ±6 мм, угол падения лучей на решётку - (26.5 ± 0.4)о, смещение линейного фотодетектора из плоскости дисперсии ± 0.6 мм; для решётки с криволинейными штрихами и переменным шагом: передний отрезок - (987.5 ± 9.0) мм, угол падения лучей на решётку (20.3 ± 2.2)о, смещение линейного фотодетектора из плоскости дисперсии ± 1.15 мм. Эти допуски легко выдерживаются в конструкции спектрального прибора, в результате чего практически достигнуты прекрасные характеристики его разрешения, составляющие 8 пм в диапазоне 190-350 нм и 25 пм в диапазоне 350-855 нм.
Появление источников микроволновой плазмы с приближающимися к индуктивно связанной плазме параметрами (T, ne), а также возможность использования азота в качестве плазмообразующего газа, вырабатываемого с помощью генераторов газа на месте проведения анализа (в атмосфере ~ 80 % N2), привело к появлению серийных атомно-эмиссионных спектрометров с микроволновой плазмой. Для решения задачи импортозамещения разработан и налажен выпуск российского атомно-эмиссионного спектрометра Гранд-СВЧ (№ 89108-23 в Госреестре средств измерений РФ), ознакомление с техническими особенностями и характеристиками которого является целью данной работы. Для получения плазмы разработан СВЧ резонатор (2.45 ГГц) с установленным в него диэлектрическим элементом, который позволяет получить тороидальную плазму близкого к ИСП размера в стандартной трех потоковой вертикально установленной горелке. Спектральный прибор по схеме Пашена-Рунге регистрирует спектр плазмы одновременно в области от 190 до 780 нм с помощью линеек детекторов БЛПП-4000 с разрешением 8 пм в области 190-350 нм и 25 пм в области 350-780 нм. Спектрометр реализует аксиальный способ наблюдения плазмы. Спектрометр Гранд-СВЧ по своим аналитическим характеристикам не уступает зарубежным аналогам: пределы обнаружения (3σ) ≤ 1 мкг/л; долговременная стабильность, характеризуемая относительным стандартным отклонением (ОСКО) сигналов аналитов, менее 3 %; диапазон линейности более шести порядков величины при использовании нескольких линий и измерении спектра с двумя временами базовой экспозиции. При этом он обладает бóльшим быстродействием по сравнению с Agilent MP-AES 4210 за счёт одновременности регистрации спектра во всём спектральном диапазоне и меньшими матричными влияниями. Спектрометр Гранд-СВЧ успешно апробирован сотрудниками лабораторий промышленных предприятий РФ и в научных институтах СО РАН.
В 2024 году отмечается 50-летие создания первого коммерчески доступного атомно-эмиссионного спектрометра с аргоновой индуктивно связанной плазмой (ИСП). С тех пор метод атомно-эмиссионной спектрометрии с ИСП стал одним из наиболее широко используемых аналитических методов в мире. Для получения ИСП используют полупроводниковые или ламповые генераторы с частотой 27.12 или 40.68 МГц. Спектры излучения анализируемых растворов регистрируют с помощью спектральных приборов со скрещенной дисперсией (эшелле спектрометр) матричным детектором или с помощью приборов, построенных по схеме Пашена-Рунге, сборками линеек детекторов. Для решения задачи импортозамещения разработан и налажен серийный выпуск российского атомно-эмиссионного спектрометра Гранд-ИСП (№89108-23 в госреестре средств измерений РФ), ознакомление с характеристиками которого является целью данной работы. ИСП получена с помощью ВЧ генератора (40.68 МГц) с самовозбуждением, выполненного на основе генераторного триода. Плазма поддерживается в вертикально установленной трехпотоковой полуразборной кварцевой горелке. Спектральный прибор по схеме Пашена-Рунге регистрирует спектр одновременно в области от 160 до 780 нм с помощью линеек детекторов БЛПП-4000 с разрешением 15 пм в области 160-190 нм, 8 пм - 190-350 нм, 25 пм - 350-780 нм. Спектрометр реализует аксиальный, радиальный и двойной обзор плазмы. Спектрометр Гранд-ИСП по своим аналитическим характеристикам не уступает зарубежным аналогам: пределы обнаружения элементов (3σ) ≤ 1 мкг/л; долговременная стабильность аналитических сигналов характеризуется ОСКО (относительное стандартное отклонение) менее 2 % для аналитов и менее 1% для линий Ar; диапазон линейности градуировочных зависимостей более 106 при использовании двойного обзора плазмы и более 107 при использовании нескольких линий. Спектрометр Гранд-ИСП успешно апробирован сотрудниками лабораторий предприятий промышленности РФ и в научных институтах РАН.