Атомна спектроскопія

Атомна спектроскопія: сучасні рішення для точного аналізу елементного складу 

Атомна спектроскопія — це сукупність аналітичних методів, що дозволяють визначати елементний склад зразків шляхом детектування того чи іншого спектра: спектрів поглинання, випромінювання або навіть мас-спектрів. Простіше кажучи, ми впливаємо на зразок певним чином і вимірюємо інтенсивність світла, яке різні хімічні елементи поглинають або випромінюють на характерних для них довжинах хвиль. Цей підхід є надзвичайно чутливим, точним і широко використовується для контролю якості, оцінки безпеки, наукових досліджень і промислового моніторингу елементного складу речовин різного походження.

Методи атомної спектроскопії знаходять застосування в екології, харчовій і фармацевтичній промисловості, атомній енергетиці, геології, металургії, аграрній галузі, а також у криміналістиці та біомедичних дослідженнях. Вони дозволяють виявляти слідові (наднизькі) концентрації металів та інших елементів навіть у складних матрицях: від аналізу води на вміст важких металів до контролю якості металургійної продукції, визначення мікроелементів у біологічних зразках, аналізу ґрунтів та харчових продуктів.

Фізична основа методу полягає в тому, що атоми в основному стані здатні поглинати світло, а у збудженому випромінювати. Електрони в атомах переходять між енергетичними рівнями, поглинаючи енергію (атомна абсорбція) або випромінюючи енергію (атомна емісія). Кожен елемент має унікальний «спектральний відбиток» — набір ліній поглинання або емісії, які дозволяють його однозначно ідентифікувати. Це і є чітко визначена енергія поглинання або випромінювання, яка властива саме цьому типу атомів.

Основні методи атомної спектроскопії включають атомно-абсорбційну спектроскопію (ААС), атомно-емісійну спектроскопію з індуктивно-зв’язаною плазмою (ІЗП-ОЕС) та мас-спектрометрію з індуктивно-зв’язаною плазмою (ІЗП-МС). У ААС зразок атомізується (переходить в основний стан) у полум’ї або графітовій печі, після чого через атомну пару пропускають світло певної довжини хвилі, яка відповідає спектральному переходу аналізованого елемента. ІЗП-методи використовують високотемпературну плазму для атомізації та іонізації зразка, в результаті якої випромінюється світло, яке містить інформацію про всі елементи, які складають зразок. Що стосується ІЗП-МС, то цей метод так само використовує індуктивно-зв’язану плазму для іонізації зразка, але аналітичним сигналом є не світло, а безпосередньо заряджені атоми з відповідною масою та зарядом (M/z). 

Переваги методів атомної спектроскопії включають високу селективність, широкий динамічний діапазон, можливість аналізу широкого спектра зразків та одночасного визначення багатьох елементів (особливо в ІЗП-методах), відносну простоту пробопідготовки, високу продуктивність і швидкість обробки даних, автоматизацію процесів та міжнародне визнання методів. Основні обмеження — це вартість обладнання, необхідність кваліфікованого персоналу та можливі спектральні інтерференції при аналізі складних матриць. 

PerkinElmer: піонер у розвитку атомної спектроскопії

Компанія PerkinElmer вже понад 60 років відіграє ключову роль у становленні й еволюції атомної спектроскопії, поєднуючи інженерну точність, наукову інноваційність та практичні рішення для аналітичних лабораторій у всьому світі. 

Саме PerkinElmer стояла біля витоків розвитку атомно-абсорбційної спектроскопії (ААС). У 1961 році компанія першою в світі представила комерційний атомно-абсорбційний спектрометр, розроблений на основі відкриттів Алана Уолша (Alan Walsh). Цей прорив відкрив нові горизонти в кількісному визначенні металів на слідовому рівні. Система забезпечувала на той час безпрецедентну чутливість і вибірковість, що зробило ААС ключовим методом для харчової, екологічної, медичної та металургійної галузей.

У 1990 році компанія представила перший комерційний АА-спектрометр із поздовжньою корекцією фону на основі ефекту Зеемана, що стало стандартом для точного аналізу складних матриць. PerkinElmer розробила власну технологію графітових атомізаторів з поперечним нагріванням (THGA), що забезпечує максимально рівномірний нагрів кювет та збільшує їх термін служби. Це впливає на рівномірність і повноту випаровування і атомізації зразка, а відповідно й на відтворюваність результатів. 

З 1980-х років PerkinElmer активно розвивала комерційні мас-спектрометри (ІЗП-МС) серії ELAN — перша у світі система ІЗП-МС ELAN 250. А в 2000-х — серію NexION з унікальною технологією Triple Cone Interface та Universal Cell, які дозволяють ефективно усувати спектральні перешкоди, забезпечуючи надзвичайно низькі межі виявлення навіть у складних матрицях. 

Паралельно з цим розвивалася ІЗП-ОЕС спектроскопія: серія ІЗП-ОЕС Optima — високопродуктивні системи з подвійною оптикою та можливістю визначити за лічені секунди понад 70 елементів в одному зразку.

Сучасні автоматичні інтелектуальні системи атомної спектроскопії PerkinElmer

Нині компанія PerkinElmer пропонує декілька серій сучасних приладів.

Атомно-абсорбційні спектрометри серії PinAAcle: компактні, але потужні атомно-абсорбційні спектрометри з можливістю роботи окремо у полум’яному атомізаторі, електротермічному атомізаторі та прилади, які комбінують у собі обидва режими та мають повну автоматизацію.

Атомно-абсорбційні спектрометри серії PinAAcle охоплюють широкий спектр моделей — від доступної та зручної у використанні PinAAcle 500 до високопродуктивної та технологічно досконалої PinAAcle 900T. Створена із застосуванням найновіших інженерних рішень, ця серія приладів пропонує різноманітні конфігурації, які забезпечують оптимальну продуктивність відповідно до аналітичних завдань лабораторії. Можливі варіанти атомізації — у полум'і, у графітовій печі або їхнє поєднання. Обладнання охоплює різноманітне коло завдань — від рутинного контролю якості до складного аналізу у слідових концентраціях. 

Оптико-емісійні спектрометри з індуктивно-зв'язаною плазмою серії Avio Max: 

• Avio 550/560 Max — найвища продуктивність із максимально низькою собівартістю аналізу;

• Avio 220 Max — мінімальні розміри, максимальні можливості. Прилад «увімкни та працюй» зі швидким запуском — холодний старт всього 10 хвилин.

ІЗП-ОЕС серії Avio характеризуються найнижчими витратами аргону під час аналізу, що дозволяє лабораторії отримувати найнижчу собівартість досліджень.

Мас-спектрометри з індуктивно-зв'язаною плазмою серії NexION

ІЗП-МС NexION 1100/2200/5000 — універсальні мас-спектрометри з індуктивно-зв'язаною плазмою, які мають виняткову чутливість, забезпечують ефективне усунення інтерференцій і неперевершену толерантність до матриці. Це єдині мас-спектрометри, які можуть використовувати будь-який чистий газ (навіть чистий аміак) для усунення інтерференцій в реакційному режимі. Мас-спектрометри NexION 1100/2200 — це справжні триквадрупольні прилади, а NexION 5000 — мультиквадрупольний і містить у своїй конструкції 4 квадруполя. 

Програмне забезпечення Syngistix™ — потужний мультиплатформенний інтерфейс для керування всіма приладами атомної спектроскопії від PerkinElmer. Воно надає повний контроль над роботою приладу на всіх етапах — від розробки методик до проведення аналізу і отримання результатів. А також забезпечує контроль за якістю результатів, що важливо для лабораторій, які працюють за стандартами ISO 17025. Функція Enhanced Security™ дозволяє повністю відповідати вимогам CFR 21, частина 11 та інших нормативних актів Фармакопеї.