日常分析實驗室需要下一代 ICP-OES 的十個理由

Ten Reasons You Need a Next-Generation ICP-OES for Routine Analyses

一般環境分析實驗室常使用ICP-OES作為其日常分析的機台，但在現今實驗室的使用與管理上，傳統的ICP-OES受到一些設計上的先天限制，對於現今使用者來說不是這麼的方便，一些詬病的狀況隨之而來。幸運的是，德國SPECTRO公司秉承優良的設計與提升品質服務理念，新一代符合客戶的ICP-OES因運而生。

以下分別說明了十個重要的理念與設計，方便現代實驗室採用新一代的ICP-OES系統，作為他們日常生活分析上的得力夥伴與助手。

1. 節省空間:

許多實驗室不是特別寬敞。但是作為工作上的需求，大多數實驗室增加了越來越多的設備。桌上式機台變得非常擁擠，並和工作流程互相影響。儀器尺寸大小問題可能成為評估新的分析儀最重要的因素。不幸的是，許多傳統設計的ICP-OES分析儀不能完全滿足這些需求。例如，業界中其一領導品牌，雖然有看似較小的體積，但是其寬度深度增加63.5 x 27.1英寸（161.5 x 69.0厘米），甚至需用滿實驗桌的深度，並且需要額外的空間安裝顯示器，自動進樣器與桌下的額外區域安裝冷卻循環水槽。

對此，SPECTRO提供了一個良好的解決方案。SPECTROGREEN ICP-OES分析儀（帶有結合型自動進樣器，自帶型控制顯示螢幕，無須額外冷卻設備，以相對適中的50.7 x 22.6英寸（129 x57.5厘米）的空間。實際上，它擁有所有ICP-OES中最小的深度，對於實驗室節省的空間與工作流程上的優勢是顯而易見的。

2. 免除冷卻系統問題:

由於ICP分析儀在運作時功率級別會高達2000 W，電漿生成成分需要冷卻才能正常運行。幾乎所有儀器設計都透過水冷設備，使用外部水/空氣冷卻器。實驗室空間有限（請參見上一節），該設備通常很大且只能放在桌面下。同樣不幸的是，它會引起額外的購買成本加上大量的持續的耗能問題。這些冷水機是也是分析系統的組成部分最有可能發生故障的組件，一旦碰上冷卻設備故障，則所有分析儀的操作都會停止。除了實驗室中額外的噪音和熱量外，維修或更換費用，這可能會增加花費大量時間，麻煩和金錢以及系統停機時間。

Spectro推出的SPECTROGREEN機型，其電漿介面，感應線圈，感應產生器，全氣冷式設計，無須冷卻循環水，節少購置與電力維護等成本，估計每年省下1500歐元以上的成本。

3. 更好的電效能

傳統的中端設計以相對較高的速度運行低功率：40時為1200至1400瓦（W）兆赫（MHz）。這不適合用於高負載或快速變化的樣品分析。對於高含量總溶解固體(TDS)或揮發性有機溶液(VOC)樣品都有分析上的難度。

對此，SPECTROGREEN分析儀的新型LDMOS 1700 W的高壓產生器，意味著樣品可能不需要稀釋或複雜的準備工作。它的高效率降低了運行成本(且無須大量的外部冷卻)。SPECTROGREEN系統保持涼爽且無故障的同時快速預熱（通常少於10分鐘）以實現最高的生產效率。

 4. 無須吹掃氣體

一般ICP-OES分析儀在設計上，需使用連續吹掃氣體。這是為了保護儀器的精密光學系統不受到大氣（氧氣和水）影響他的光學與光路。這些問題通常存在波長測量範圍低於190 nm處，同時也會對光學元件有負面影響。即使處於待機狀態，此類系統也需要約1升（L）的昂貴氬氣每分鐘—升至在操作過程中每分鐘3-6升的消耗。除了它的氬氣消耗費用，這種方法還帶有受到任何污染的危險。多個氣瓶或儲氣罐用完了並會影響儀器的使用壽命。污染的光學表面將需要麻煩，費時的廣泛檢測與昂貴的維修。

SPECTRO的SPECTROGREEN-無須吹掃氣體。創新的無清洗UVPLUS技術採用小型淨化裝滿氬氣的純化管（壽命：2年），密封系統。所以用戶減少污染的機會。並且節省了浪費的吹掃氣體消耗品約為每年$ 3500（€3000）。

5. 更好的光學設計

幾乎所有ICP-OES分析儀仍然使用相同類型的傳統光學系統，具有相似的功能和傳統的echelle型設計。但是在某些分析情況下，這些系統達不到令人滿意的效果。例如，他們利用四到八個內部反射/透射組件（反射鏡，菱鏡，正交分散器等）。但在每次反射時光通量減少多達15％。所以這些系統會失去明顯的訊號靈敏度，尤其是對於低於190nm的紫外線中的元素。由於不同的衍射級對這些並不容易完全分開的系統會受到干擾。從這些倍數反射的雜散光光學元件會增加背景輻射並進一步影響靈敏度。這也使得很難達到更低的水平檢測極限。

另外對於準確性。它們的光學系統體積相對較大需要昂貴的氣體淨化（請參閱上一節）。他們開放的光學會導致壓力變化，降低波長測量穩定性。和他們冷卻檢測系統可能會觸發故障由冷凝和/或凍結引起檢測器組件上的濕度。這一切可能需要持續不斷的麻煩調整或昂貴的維修。

為了避免這些問題，SPECTRO ICP-OES分析儀，例如SPECTROGREEN利用獨特但經過驗證的光學組件優化的羅蘭圓排列（ORCA）技術。

該高性能係統僅利用三個光學表面（狹縫，光柵和偵測器）以達到最大化光通量。因此可以實現更直接的光路對紫外線的超高靈敏度/真空紫外線（UV / VUV）區域，包括鋁（Al）等元素，鉛（Pb），磷（P），硫（S），錫（Sn），砷（As）和汞（Hg）。

它可在整個範圍內實現高分辨率，恆定分辨率寬光譜波長範圍：避免頻譜干擾，並改善用戶結果的準確性。低水平的雜散光提供了較低的背景輻射—允許降低輻射強度檢測，以及更多無故障的解決方案，精確分析更高基質的樣品的金屬或有機物。

分析儀的小體積，密封的光學系統還提供吹掃氣體-淨化光學室，而且熱穩定至89°F（32°C）。這樣用戶得到高波長穩定性，可以持續精度高，無污染或冷凝/凍結問題，大幅減少維護成本。

6. 完整氣體控制

在ICP-OES分析儀中，達到穩定性與準確度的測量是最為重要的。但是穩定性是和幾個系統組件有著相互關聯性。在前面已經討論過，其中包括強大的電能產生器和精確控制的光學元件系統。但是它們還包括精確的控制所有氣體的流量，這些對於電漿和光學穩定性都是很重要的。

不幸的是，大多數ICP-OES型號不太重視這個完整氣體控制不，僅提供部分和/或最基本的解決方案。很少提供連續控制所有的相關氣流。低成本分析儀可提供大量或僅對霧化器氣體進行質量流量控制；所有其他流程均由簡單的on /off閥件控制。

SPECTROGREEN提供連續，軟件控制的所有音量控制氣體—確保在精確測量有最大程度的穩定性。包括連續可調的冷卻氣流，輔助，霧化器，光路流動；比例的閥門氣體分配控制，外加一個可選配的，單獨的氧氣控制器或額外的氣體；在軟體上顯示流量和壓力。提供完善的氣體/氣流穩定控制。

7. 新世代偵測器組

傳統ICP-OES分析儀配備單二維（2D）半導體偵測器。在同時分析許多不同波長分析時，一個基於這項技術有著關鍵性的缺點。一個發光較強的元素，會造成此單二維過量電荷遷移到相鄰像素。此現象稱作blooming效應。所以峰太寬，邊緣是不穩定-並產生一個相鄰的峰較低的元素信號會被遮蓋。

另一個問題是：停機時間和成本。如果單個2D檢測器發生故障，則整個系統停機…每個偵測器的成本約$ 15,000（€12,600）更換。

最後，如前所述，這些偵測器必須冷卻至-40°C（-40°F），並可能由於以下原因導致測量失敗潮濕或結冰。

但是，下一代的設計SPECTROGREEN之類的分析儀替代先進，低雜訊的2D檢測器線性陣列互補金屬氧化物半導體（CMOS）偵測器—一個現已驗證的集成電路技術適用於光譜儀。他們在極端情況下提供出色的光強度偵測。所以不會有Blooming效應影響即使鄰近強烈的基質峰測定的微量元素，

這些優勢與快速結合讀數，因此可以進行全光譜處理和轉移在最短的時間內完成：更少超過100毫秒（ms）。偵測器有失敗率低於0.1％，但即使一個線陣列偵測器應該失敗，其他所有保持可操作性，而不會導致系統停機。該偵測器可以替換為大大降低了成本。最後，分析儀的熱穩定光學器件意味著在偵測器上無需冷卻，也無需面對潮濕或結冰的危險。

8. 無障礙雙邊觀測

一般ICP-OES在設計分析儀的光學接口觀察有分成，一個軸向視圖系統來觀察自末端的電漿整個中心渠道，徑向視圖系統以觀察整個電漿側向寬度的光。 Dualview系統設法觀察光線軸向和徑向。當收集光譜信息，通常是光線越多越好。例如軸向視圖相較於徑向視圖本質上具有更高的敏感性。但是他們會有可能有幾種干擾測量。

一種現行的解決方案是垂直火炬雙視角系統，需要一個主要的徑向視，再輔以軸向測量值電漿的中心軸。此軸向是通過多個鏡子提供的，裝在潛望鏡上就在電漿上方，雖然這個垂直火炬雙視圖方法可以避免軸向干涉，這也減少了軸向視圖的主要優勢：訊號靈敏性。此外，垂直方向意味著污染物可能會從再回到電漿中，也會影響測量的精確性。

最近的一項技術同時具有了垂直火炬雙視角的優勢系統：雙重側面接口（DSOI）方法用於SPECTROGREEN分析儀。在這個設計中徑向視圖有效地增加了一倍。使用高穩定性的垂直火炬，通過獨特的直射光觀察電漿路徑徑向視圖技術，與以前的設計不同，部署了兩個徑向光接口。

由於光被傳輸到光學系統中系統從兩個側面而不是一個側面，儀器的靈敏度平均提高了兩倍-相對於垂直火炬雙視角系統，因為DSOI具有更少的反射表面。此外，其垂直火炬提供穩定性高和減少基質效應的特性。這結果包括高穩定性，高線性動態範圍和不受基質效應的影響眾多優勢。

9. 降低再生重組效應

在電漿離子離開軸向的高溫感應區後，這裡離子在熱區中形成等離子，並且再生重組後是出能量並形成了一個類似連續譜的光譜。這種重組效應強烈影響了儀器的性能，因為由此產生的較高背景值進而影響其靈敏度。

Spectro SPECTROGREEN的雙界面中提供了解決方案其組合的軸向/徑向等離子視圖界面為軸向視圖提供了直接的量測光路，而在SPECTROGREEN TI則在其OPI光學接口導入少量氬氣通過重組清除物流區域，使其徑向偏離光路，可以實現如量測廢水中含高基質的樣品，並且達到良好的偵測感度極限。

10. 無基質干擾

ICP-OES分析儀有時在測量某些樣品，會受到一些干擾影響。 （請參閱上一個討論重組效果。）例如，常見的基質干擾，即是指易於電離的元素（EIE）效應會影響軸向視圖系統的分析，導致一些鹼性元素量測失準。雖然可以透過添加高濃度的離子緩衝液削減干擾效應，但副作用可能造成增加基質的負載與污染。通過使用SPECTROGREEN TI可以避免嚴重的基質效應。再次，其證明自動雙界面方法結合了軸向和徑向電漿視圖，提供最高的敏感性同時消除基質效應。使EIE效果大大降低。例如可以用來測量礦泉水樣品中的鹼金/鹼土族元素。SPECTROGREEN TI的設計還可達到線性動態範圍的擴大。這結果使得測量具有挑戰性的環境或農業樣品中的微量元素，提升其最大靈敏度，變得更加容易與便利。

總結

在不久的將來，許多用戶可能尋求將他們的能力升級到進行常規元素分析，在諸如環境的應用農業的分析，消費品安全，製藥，化學/石化，和食物等領域上。那些評價當前可用的ICP-OES分析儀應該知道的許多傳統設計中不足的一些重點。但是，他們可以在此找到解決方案。下一代分析儀，例如SPECTROGREEN，提供主機當前的創新技術和需求分析空間越來越少等的未來優勢是非常重要的一個方向，Spectro的ICP-OES系統為客戶提供了最佳化的產品選擇。