Дуговой эмиссионный спектрометр для анализа элементного состава веществ СПАС-01

Спектрометр СПАС-01 предназначен для экспрессного спектрального анализа элементного состава порошковых материалов (включая почвы, породы, геологические образцы и т.п.), металлов, сплавов и т.д.

Применяется для

• входного контроля сырья и выходного контроля продукции в черной и цветной металлургии;
• горнодобывающей, горнообогатительной и горноперерабатывающей промышленности;
• при производстве особо чистых материалов;
• в экологическом мониторинге, в том числе и в пищевой промышленности;
• в криминалистических лабораториях;
• научно-исследовательских институтах и др.

Универсальный (не вакуумный) вариант спектрометра с дуговым источником возбуждения спектра обеспечивает прямой (без пробоподготовки) анализх порошковых проб при решении геохимических задач, в порошковой металлургии и т.п.

Представляет собой оптический эмиссионный спектрометр с источником возбуждения спектров — дуговым разрядом в воздухе.

Основные преимущества

• неограниченное число спектральных линий;
• широкий динамический диапазон;
• уникальные технические характеристики источников возбуждения спектра;
• широкие аналитические возможности;
• современное программное обеспечение с широкими аналитическими возможностями;
• малое энергопотребление;
• высокая надежность и долговечность;
• низкий уровень акустического шума и электромагнитных помех;
• абсолютная термостабильность за счет применения специальных технологий и материалов;
• возможность анализа как порошковых проб, так и металлов и сплавов;
• запатентованная система освещения входной щели, уменьшающая потери света.

Для спектрального анализа проб на спектрометр СПАС-01 доступны любые спектральные линии в диапазоне 185...915 нм с разрешением 0.007...0.01 нм (в диапазоне 185...415 нм) и 0.04...0.06 нм (в диапазоне 415...915 нм).

Пределы обнаружения элементного спектрального анализа твердых веществ на спектрометре СПАС-01 по критерию «3σ» для большинства элементов лежат в диапазоне 0,00001...0,0001 %.

Спектрометр конструктивно состоит из следующих основных блоков

• источника возбуждения спектра – универсального генератора дуговых разрядов PRIMA A;
• универсального штатива УШТ-4;
• спектрографа спектрографа С-5036/2512;
• системы регистрации на 24-х линейных ПЗС детекторах;
• управляющего персонального компьютера;
• корпуса с рабочим местом оператора.

Основные блоки спектрометра обладают рядом оригинальных особенностей

Генератор дуговых разрядов PRIMA A

По сравнению с генераторами предшествующих поколений (ДГ-2, ИВС-23, УГЭ-4) обладает следующими преимуществами:

• стабильность тока в 20...30 раз более высокая: не хуже 0.5% (в диапазоне напряжений питания 200...250В) и не зависит от изменения межэлектродного расстояния из-за выгорания электродов;
• возможность задавать из компьютера произвольную зависимость тока дуги от времени;
• возможность предустановки требуемого тока без предварительного сжигания пробы;
• в режиме униполярной дуги предусмотрена автоматическая смена полярности электродов в процессе анализа без прерывания дуги. Моменты смены полярности устанавливаются в пределах 0...999 с произвольно в ручном режиме или в режиме управления от компьютера;
• отсутствует балластное сопротивление;
• высокий КПД: коэффициент преобразования потребляемой энергии - не менее 80%;
• потребление электроэнергии при одинаковом выходном токе приблизительно в 10 раз меньше;
• не вызывает при работе сбоев компьютеров и других электронных приборов;
• не создает при работе акустического шума;
• наличие как ручного, так и компьютерного управления;
• вес в 30...50 раз, а объем в 20...40 раз меньше;
• не требует пусконаладочных работ и работ по ежедневному обслуживанию.

Спектрограф С-5036/2512

• Спектрограф С-5036/2512 — сдвоенный, т.е. на одном оптическом основании располагаются два спектрографа (с оптическими схемами Пашена-Рунге), оптически связанные через нулевой порядок дифракции первого спектрографа. Это наиболее рациональная конструкция для широкодиапазонных светосильных спектрографов.
• Применяются высококачественные голограммные вогнутые дифракционные решетки, параметры которых специально оптимизированы для оптических схем спектрографов, применяемых в спектрометрах ООО "Промоптоэлектроника".
• Доведенная до совершенства за два десятилетия технология изготовления спектрографов позволяет достичь практически предельных для данного типа спектральных приборов значений спектрального разрешения, например, в дуговых спектрометрах СПАС-01 спектральное разрешение составляет 0.007...0.01 нм (в диапазоне 185...415 нм) и 0.04...0.06 нм (в диапазоне 415...915 нм).
• Эта же технология обеспечивает исключительно высокую температурную стабильность настройки спектрографов, причем без удорожающих прибор специальных систем термостабилизации. Остаточный уход спектральных линий составляет не более одного-двух пикселов (т.е. всего 10...15 мкм!) при изменении температуры на 10°С. Но даже этот небольшой уход автоматически (незаметно для оператора) корректируется.

Система регистрации на линейных ПЗС-детекторах

• Формирует управляющие синхросигналы для тактирования линейных ПЗС-детекторов типа TCD1304DG фирмы TOSHIBA или их аналогов.
• Оцифровывает аналоговые сигналы с линейных ПЗС-детекторов и сохраняет полученные данные во внутренней памяти.
• Осуществляет предварительную обработку оцифрованного сигнала.
• Осуществляет прием команд и передачу обработанных данных в управляющее устройство (персональный компьютер).
• Состоит из одной или нескольких (до 5 штук) параллельно подключенных плат. Каждая плата позволяет подключить до 18-ти (включительно) линейных ПЗС-детекторов. Система регистрации на 5-ти платах позволяет обрабатывать сигналы с 90 линейных ПЗС-детекторов. В дуговом эмиссионном спектрометре СПАС-01 применяется система регистрации из 2-х плат, обслуживающая 24 ПЗС детектора.
• Аналоговые сигналы со всех линейных ПЗС-детекторов обрабатываются параллельно и одновременно, независимо от количества подключенных плат, что в дальнейшем позволяет использовать корреляционные методы обработки сигнала.
• Внутренняя память каждой платы системы регистрации позволяет сохранить до 500 кадров. Один кадр представляет собой оцифрованный сигнал с 3692 пикселей каждой из 18-ти подключенных линейных ПЗС-детекторов.
• Аналоговый сигнал оцифровывается с разрешением 16 бит.
• Время накопления каждого кадра устанавливается оператором в пределах 0.004...60.0 сек с шагом 0.004 сек.
• Для регистрации длительных процессов, требующих сохранения более 500 кадров, предусмотрен режим прореживания кадров. Коэффициент прореживания задается в диапазоне 1...255. При обычном режиме Кпрореживания = 1, то есть сохраняется каждый кадр. Например, при Кпрореживания = 5 будет сохраняться каждый 5-ый кадр.
• Запуск начала регистрации возможен двумя способами: внешний (команда из управляющего компьютера) и автономный (например, по вспышке излучения). Во втором способе регистрация начинается только при фиксации сигнала с какой-либо из ПЗС линеек больше заданного.
• Система регистрации позволяет передавать как все зарегистрированные кадры, так и только среднее по всем кадрам (для сокращения времени передачи большого объема данных на управляющий компьютер и снижения на нем вычислительной нагрузки).
• Связь с управляющим компьютером осуществляется посредством высокоскоростного интерфейса USB2.0.
• Питание плат может осуществляться от нестабилизированного источника напряжения постоянного тока в диапазоне 9...18 В.
• Внутренние потребители гальванически отвязаны от внешнего источника с развязкой 3.5 кВ. Внутренняя схемотехника плат системы регистрации выполнена с учетом жестких условий эксплуатации, таких как функционирование рядом с источниками сильных электромагнитных помех (генераторы искровых, дуговых, ВЧ и СВЧ разрядов) или функционирование в вакууме до 0.001 мБар (т.е. в условиях плохого теплообмена).

Система управления

Спектрометр СПАС-01 управляется с помощью системы управления, включающей в себя персональный компьютер, встроенный в генератор контроллер и специализированное программное обеспечение эмиссионных анализаторов.

Программное обеспечение

• совместимо с Windows98/2000/XP/7;
• обеспечивает управление источником возбуждения спектров и системой регистрации;
• обеспечивает два режима работы оператора:
  
  • «лаборант»: с минимальным и простейшим доступом к управлению спектрометром, обеспечивающим анализ проб по выбранной методике и сохранение результатов;
  • «инженер»: с полным доступом ко всем функциям программного обеспечения, позволяющим самостоятельно создавать аналитические методики, не обращаясь к производителю спектрометра;
• обеспечивает сохранение и графическое представление спектров с удобной навигацией по спектру, масштабированием, идентификацией спектральных линий и т.д.;
• содержит обширную базу спектральных линий для их идентификации в спектре и качественного анализа;
• обеспечивает автоматическую коррекцию остаточного дрейфа спектральных линий;
• предусматривает режим «осциллограф», позволяющий просматривать изменения интенсивности спектральной линии во времени;
• позволяет производить индивидуальный учет величины и поведения спектрального фона для каждой аналитической спектральной линии по обе стороны от нее, позволяющий определять аналитический сигнал без учета паразитного излучения плазмы, увеличивая тем самым чувствительность и точность измерений;
• предусматривает применение для каждого определяемого элемента нескольких аналитических спектральных линий, что автоматически расширяет динамический диапазон измерений вверх по концентрациям в сотни и тысячи раз, обеспечивая практическую неограниченность максимальных концентраций примесных элементов, определяемых на спектрометрах СПАС-01;
• позволяет оператору достаточно легко и быстро решить одну из самых сложных и трудоемких задач при создании методики измерений – выбор линии сравнения, наилучшей для данной аналитической спектральной линии и данного комплекта стандартных образцов;
• позволяет для каждой аналитической спектральной линии устанавливать одновременно две линии сравнения, что во многих случаях приводит к значительному улучшению сходимости (вплоть до нескольких раз);
• предусматривает включение/выключение автоматического учета межэлементных аддитивных и мультипликативных влияний;
• позволяет учитывать разбавления основы;
• позволяет быстро строить градуировочные характеристики на основе множественной регрессии;
• предусматривает одно- и двухточечную рекалибровку градуировочных характеристик;
• содержит автоматическую сортировку по маркам сплавов ГОСТ;
• позволяет проводить экспорт/импорт методик измерений;
• позволяет вести журнал измерений и создавать отчеты о результатах измерения.

  

• Для удобства оператора включены ресурсы по автоматическому сохранению спектров всех рабочих измерений, автоматическое ведение отчетов по измерениям.

  

• Для спектроскописта-аналитика созданы альбомы спектров различных элементов для спектрографов с разной величиной дисперсии, полные и специализированные базы данных по линиям 85 химических элементов.

Технические характеристики

Минимальная площадь, необходимая для размещения спектрометра: 5 м².