高分辨率中阶梯光谱仪

仪器信息网讯 2013年10月25日，德国耶拿公司在北京展览馆举行了&ldquo 高分辨ICP-OES新品发布会&rdquo ，推出目前市场同类产品中最高分辨率的ICP-OES新品&mdash &mdash PQ9000。发布会现场德国耶拿公司在BCEIA 2013上展示的ICP-OES新品&mdash &mdash PQ9000(左一：德国耶拿公司CEO Berka，左二：德国耶拿中国区总经理赵泰)　　在新品发布会上，仪器信息网(以下简称：instrument)编辑也就相关问题采访了德国耶拿中国区总经理赵泰。　　Instrument：多年来，耶拿公司一直以原子吸收的著名厂家而知名，尤其是2004年推出的划时代的连续光源原子吸收，目前中国的ICP市场已被许多品牌领先占据，德国耶拿公司为什么选择当前推出ICP-OES?　　赵泰：大家都知道ICP-OES产品经过多年的发展，在化学分析领域有着非常重要的地位，但是ICP的应用技术还是存在很多难以克服的问题，给我们的分析工作带来很大的障碍。　　比如，发射光谱的主要缺陷是发射谱线多、光谱干扰严重，很多分析问题都是源于此，所以对ICP-OES分辨率的要求就非常高，理想目标是分辨率达到发射谱线的自然宽度(1-3pm)，而目前市场上ICP-OES都未达到这一目标。　　还有ICP-OES很难直接测量高盐，痕量类样品，所以也限制了ICP的分析范围。另外，随着技术的进步大家对仪器研发要求越来越高，大家心目中理想的仪器，不仅性能要好，使用成本也要低。　　为了能克服不足，满足当前分析的需求，德国耶拿公司就一直在研发这样的ICP-OES。德国耶拿公司在光学仪器制造行业有非常丰富的经验，已经有160多年的发展历史和经验，具有得天独厚的优势，所以在光谱领域一直以来都能推出品质非凡的产品。耶拿新品ICP-OES PQ9000也是在传承历史，经过多年的研发，针对目前的ICP-OES产品的不足之处，为了满足当前分析需求，为分析者&ldquo 量身定做&rdquo 的，所以选择当前隆重推出。　　Instrument：耶拿推出的ICP-OES新品与市场上同类产品相比的在技术方面有哪些新的突破，仪器性能有何显著提高?给分析工作带来哪些优越?　　赵泰：首先，借助耶拿特有的光学技术优势，加上设计独特的分光系统，PQ9000的光谱分辨率能达到3pm，达到了相当于发射谱线自然宽度的理想目标，在目前市场上同类产品中是最高分辨率的ICP-OES。用户可以轻松应对很多难分析的、光谱干扰严重的样品。光学性能上也有很大的突破，保证了分析的稳定性和准确性。　　第二，PQ9000采用了先进的垂直矩管、双向观测设计方式，消除了高盐和基体的影响，不仅能满足各类样品(有机，高盐)的分析，也能满足不同浓度(µ g/L～%)的同时测量，保证了灵敏度和检测限。另外PQ9000采用冷锥加氩气反吹消除尾焰，无自吸，无空气，降低背景 持续氩气对光室和检测器的吹扫，消除空气和水分等对紫外光的吸收，从而使得PQ9000的检出限比常规降低2～10倍，灵敏度达到µ g/L级。从短波到长波，常用元素的检测限都大幅提高。从而解决了&ldquo 复杂基质&rdquo ，&ldquo 痕量分析&rdquo 的难题。　　第三，采用高性能的新一代CCD检测器，产生高量子效率和紫外超高灵敏度，可以自动选择最佳积分时间，同时记录元素线与其直接光谱环境，自动扣除背景，检测器只需致冷到零下6到10度即可稳定工作，大大缩短了预热时间(5分钟)，能做到真正的即开即用。　　第四，耶拿本着创新的理念，PQ9000在其他部分的设计上也充分体现。比如新颖独特的尾焰消除技术，采用最先进的气路设计，即吹扫和冷却用氩气又巡回到等离子体使用，没有额外消耗，大大地降低了氩气的消耗 　　另外，组合式炬管，体积小，氩气消耗少，从而最大程度降低氩气的消耗。整个外观设计也很精巧，是世界上体积最小的高分辨率ICP-OES。　　Instrument：耶拿新品ICP-OES主要在哪些应用领域推出?如何能获得用户的认可?　　赵泰：PQ9000在技术上的创新突破，打破了目前ICP-OES的分析局限，带来分析工作带来更多的自由空间。各种样品中低含量、微量和痕量的金属元素以及部分非金属元素的定性和定量分析 尤其适合分析样品量大，检测结果要求高的用户 可广泛应用于石油化工、农业，质检、环保、钢铁、科研、卫生等行业。凡是追求更好分析性能的用户都能认可该技术。　　Instrument：您是如何看待原子吸收与ICP-OES未来发展的关系?ICP-OES的推出对原子吸收业务发展有何影响?耶拿如何制定发展规划?战略目标是?　　赵泰：原子吸收和ICP-OES技术都是目前无机分析的主力军，两者一直是即有交叉又有互补的关系，应用上各有所长。　　ICP-OES的推出对原子吸收业务发展不会有太大影响，只是一些以往必须用石墨炉原子吸收分析的痕量元素现在有更多可能在高分辨率ICP-OES上完成，有更多分析任务可以全部依靠高分辨率ICP-OES完成，而不必分到两种仪器上才能全部满足分析任务的要求。但很多以往特别适合用原子吸收分析项目，如分析元素种类少，或仅靠火焰原子吸收就能完成的分析仍应采用原子吸收更为合适或更加经济。　　PQ9000高分辨率ICP-OES的推出，使耶拿公司的原子光谱仪器家族又增加了新的成员，能满足更多的分析需求，可以为更多的用户提供更多的服务，也为信赖耶拿品质的用户提供更大的合作空间。这也加进一步强了耶拿公司在无机分析领域的技术领先地位和市场影响力。耶拿公司将继续不遗余力的做好售后服务和技术支持，借助此超高分辨率ICP-OES的先进性能为用户解决更多的分析难题，增强实验室分析能力，更加简便、有效的完成高质量的分析任务。　　耶拿公司的战略目标是不断创新，用更多先进技术巩固和加强光谱技术领先者的市场地位。　　Instrument：谈谈新品ICP-OES PQ9000的市场定位和预期?　　赵泰：PQ9000高分辨率ICP-OES的市场定位与其它众多耶拿产品一样，仍然是瞄准高端市场，以技术优势和非凡品质赢得广泛用户的信赖。可以预期，期盼有更好、更强分析性能力装备的用户一定会欢迎这一新品，而耶拿公司的PQ9000绝不会让这样懂行的专业用户失望，将再次为德国耶拿赢得光彩夺目的品牌声誉!　　Instrument：2013年，在全球经济依然不景气的情况下，耶拿面对市场变化，取得了怎样的销售业绩?在耶拿中国的业绩情况?　　赵泰：2013年，德国耶拿一如继往的取得了骄人的业绩，除日本市场外，全球市场继续有较快增长，尤其生命科学业务，有近2位数的增长。　　耶拿中国的业绩继续领先全球，业务总量仍然保持2位数的增长速度，对总增长约推高2个百分点的生命科学业务更是增长了近80%!撰稿人：刘丰秋

高分辨率光谱仪本体，设有主动温控系统，以适应高精度视向速度观测的需要。 1月6日，由中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所为山东大学威海分校研制的中国第一台天文观测高分辨率光纤光谱仪通过验收。验收专家组由国家自然科学基金委、国家天文台、山东大学和北京大学的专家组成。 该仪器配置在山东大学威海天文台的1米望远镜上。光谱仪光学系统采用白瞳设计，光束口径92.5mm。仪器设有良好的恒温、隔震系统，由光纤引导连接到望远镜的卡焦接口，并配备有平场定标，波长定标及碘蒸汽盒定标装置和独立的导星系统。光谱仪一次曝光可覆盖波长范围为375nm～1000nm,光谱分辨率为40000～60000。 该仪器的科学目标是进行恒星视向速度测量，高分辨率、高信噪比的星际参数测量和化学元素丰度测量等。从2010年8月仪器交付使用以来，山东大学威海天文台进行了大量的试观测。试观测期间，光谱仪性能优良，工作状态良好。高稳定度的恒温系统和高精度的碘蒸汽吸收装置为高精度视向速度测量提供了有力的保障。试观测中对于视星等8等的恒星，一小时曝光观测的信噪比好于100。

在半导体行业，晶圆是用光刻技术制造和操作的。蚀刻是这一过程的主要部分，在这一过程中，材料可以被分层到一个非常具体的厚度。当这些层在晶圆表面被蚀刻时，等离子体监测被用来跟踪晶圆层的蚀刻，并确定等离子体何时完全蚀刻了一个特定的层并到达下一个层。通过监测等离子体在蚀刻过程中产生的发射线，可以精确跟踪蚀刻过程。这种终点检测对于使用基于等离子体的蚀刻工艺的半导体材料生产至关重要。等离子体是一种被激发的、类似气体的状态，其中一部分原子已经被激发或电离，形成自由电子和离子。当被激发的中性原子的电子返回到基态时，等离子体中存在的原子就会发射特有波长的辐射光，其光谱图可用来确定等离子体的组成。等离子体是用一系列高能方法使原子电离而形成的，包括热、高能激光、微波、电和无线电频率。实时等离子体监测以改进工艺等离子体有一系列的应用，包括元素分析、薄膜沉积、等离子体蚀刻和表面清洁。通过对等离子体样品的发射光谱进行监测，可以为样品提供详细的元素分析，并能够确定控制基于等离子体的过程所需的关键等离子体参数。发射线的波长被用来识别等离子体中存在的元素，发射线的强度被用来实时量化粒子和电子密度，以便进行工艺控制。像气体混合物、等离子体温度和粒子密度等参数都是控制等离子体过程的关键。通过在等离子体室中引入各种气体或粒子来改变这些参数，会改变等离子体的特性，从而影响等离子体与衬底的相互作用。实时监测和控制等离子体的能力可以改进工艺和产品。一个基于Ocean Insight HR系列高分辨率光谱仪的模块化光谱装置用于监测等离子体室引入不同气体后，氩气等离子体发射的变化。测量是在一个封闭的反应室中进行的，光谱仪连接光纤和余弦校正器，通过室中的一个小窗口观察。这些测量证明了模块化光谱仪从等离子体室中实时获取等离子体发射光谱的可行性。从这些发射光谱中确定的等离子体特征可用于监测和控制基于等离子体的过程。等离子体监测可以通过灵活的模块化设置完成，使用高分辨率光谱仪，如Ocean Insight的HR或Maya2000 Pro系列（后者是检测UV气体的一个很好的选择）。对于模块化设置，HR光谱仪可以与抗曝光纤相结合，以获得在等离子体中形成的定性发射数据。从等离子体室中形成的等离子体中获取定性发射数据。如果需要定量测量，用户可以增加一个光谱库来比较数据，并快速识别未知的发射线、峰和波段。监测真空室中形成的等离子体时，一个重要的考虑因素是与采样室的接口。仪器部件可以被引入到真空室中，或者被设置成通过视窗来观察等离子体。真空通管为承受真空室中的恶劣条件而设计的定制光纤将部件耦合到等离子体室中。对于通过视口监测等离子体，可能需要一个采样附件，如余弦校正器或准直透镜，这取决于要测量的等离子体场的大小。在没有取样附件的情况下，从光纤到等离子体的距离将决定成像的区域。使用准直透镜可以获得更局部的收集区域，或者使用余弦校正器可以在180度的视野内收集光线。测量条件HR系列高分辨率光谱仪被用来测量当其他气体被引入等离子体室时氩等离子体的发射变化。光谱仪、光纤和余弦校正器通过室外的一个小窗口收集发射光谱，对封闭反应室中的等离子体进行光谱数据采集（图1）。图1：一个模块化的光谱仪设置可以被配置为真空室中的等离子体测量。一个HR2000+高分辨率光谱仪（~1.1nm FWHM光学分辨率）被配置为测量200-1100nm的发射（光栅HC-1，SLIT-25），使用抗曝光纤（QP400-1-SR-BX光纤）与一个余弦校正器（CC-3-UV）耦合。选择CC-3-UV余弦校正器采样附件来获取等离子体室的数据，以解决等离子体强度的差异和测量窗口的不均匀问题。其他采样选项包括准直透镜和真空透镜。结果图2显示了通过等离子体室窗口测量的氩等离子体的光谱。690-900纳米的强光谱线是中性氩（Ar I）的发射线，400-650纳米的低强度线是由单电离的氩原子（Ar II）产生的。图2所示的发射光谱是测量等离子体发射的丰富光谱数据的一个例子。这种光谱信息可用于确定一系列关键参数，以监测和控制半导体制造过程中基于等离子体的工艺。图2：通过真空室窗口测量氩气等离子体的发射。氢气是一种辅助气体，可以添加到氩气等离子体中以改变等离子体的特性。在图3中，随着氢气浓度的增加添加到氩气等离子体中的效果。氢气改变氩气等离子体特性的能力清楚地显示在700-900纳米之间的氩气线的强度下降，而氢气浓度的增加反映在350-450纳米之间的氢气线出现。这些光谱显示了实时测量等离子体发射的强度，以监测二次气体对等离子体特性的影响。观察到的光谱变化可用于确保向试验室添加最佳数量的二次气体，以达到预期的等离子体特性。图3：将氢气添加到氩等离子体中会改变其光谱特性。在图 4 和 5 中，显示了在将保护气添加到腔室之前和之后测量的等离子体的发射光谱。 保护气用于减少进样器和样品之间的接触，以减少由于样品沉积和残留引起的问题。 在图 4中，氩等离子体发射光谱显示在加入保护气之前，加入保护气后测得的发射光谱如图5所示。保护气的加入导致了氩气发射光谱的变化，从400纳米以下和~520纳米处的宽光谱线的消失可以看出。图4：加入保护气之前，在真空室中测量氩等离子体的发射。图5：加入保护气后，氩气发射特性在400纳米以下和~520纳米处有明显不同。结论紫外-可见-近红外光谱是测量等离子体发射的有力方法，以实现元素分析和基于等离子体过程的精确控制。这些数据说明了模块化光谱法对等离子体监测的能力。HR2000+高分辨率光谱仪和模块化光谱学方法在测量等离子体室条件改变时，通过等离子体室的窗口测量等离子体发射光谱，效果良好。还有其他的等离子体监测选项，包括Maya2000 Pro，它在紫外光下有很好的响应。另外，光谱仪和子系统可以被集成到其他设备中，并与机器学习工具相结合，以实现对等离子体室条件更复杂的控制。以上文章作者是海洋光学Yvette Mattley博士，爱蛙科技翻译整理。世界上第一台微型光谱仪的发明者海洋光学OceanInsight，30年来专注于光谱技术和设备的持续创新，在光谱仪这个细分市场精耕细作，打造了丰富而差异化的产品线，展现了光的多样性应用，坚持将紧凑、便携、高集成度以及高灵敏度、高分辨率、高速的不同设备带给客户。2019年，从Ocean Optics更名为Ocean Insight，也是海洋光学从光谱产品生产商转型为光谱解决方案提供商战略调整的开始。此后，海洋光学不仅继续丰富扩充光传感产品线，且增强支持和服务能力，为需要定制方案的客户提供量身定制的系统化解决方案和应用指导。作为海洋光学官方授权合作伙伴，爱蛙科技（iFrogTech）致力于与海洋光学携手共同帮助客户面对问题、探索未来课题，为打造量身定制的光谱解决方案而努力。如需了解更多详情或探讨创新应用，可拨打400-102-1226客服电话。关于海洋光学海洋光学作为世界领先的光学解决方案提供商，应用于半导体、照明及显示、工业控制、环境监测、生命科学生物、医药研究、教育等领域。其产品包括光谱仪、化学传感器、计量检测设备、光纤、透镜等。作为光纤光谱仪的发明者，如今海洋光学在全球已售出超过40万套的光纤光谱仪。关于爱蛙科技爱蛙科技（iFrogTech）是海洋光学官方授权合作伙伴，提供光谱分析仪器销售、租赁、维护，以及解决方案定制、软件开发在内的全链条一站式精准服务。