Новости
Интервью заведующего кафедрой ОИТ В.А. Лабусова в журнале Аналитика
Заведующий кафедрой ОИТ В.А. Лабусов в рубрике Анализ и контроль: технологии, приборы и решения журнала Аналитика №1 2016г, рассказал об успехах компании "ВМК-Оптоэлектроника" в создании приборов для элементного анализа веществ и материалов
Текст статьи:
"Основной продукцией компании являются приборы и комплексы для атомно-эмиссионного спектрального анализа (АЭС). Процесс анализа включает возбуждение излучения атомов и ионов пробы, разложение получаемого излучения в спектр, регистрацию спектра, измерение интенсивности аналитических линий элементов и определение количественного содержания элементов с помощью градуировочных зависимостей.
Для эффективного возбуждения излучения пробы мы производим программируемые генераторы электрического разряда серий «Везувий» и «Шаровая молния», штативы «Глобула» и «Кристалл», а также установку «Поток», применяемую для экспресс-анализа порошков методом просыпки-вдувания.
Ключевую роль в получении качественных результатов анализа играет система регистрации спектров. Длина оптического спектра на выходе спектрометров часто достигает нескольких десятков сантиметров, что требует применения сборки линейных многоэлементных твердотельных детекторов излучения (ТДИ). Выпускаемые компанией многоканальные анализаторы эмиссионных спектров (МАЭС) включают гибридную сборку линеек ТДИ и электронику для управления сборкой, преобразования выходных сигналов линеек в цифровые значения и передачи их в компьютер, где они обрабатываются программным обеспечением «Атом», которое совершенствуется уже около 20 лет и содержит практически все функции, необходимые современному аналитику. Анализаторы МАЭС являются средством измерения интенсивностей спектральных линий с последующим вычислением концентраций определяемых элементов. Достигнутые характеристики анализаторов МАЭС приведены в тал. 1.
Наша компания располагает технологией создания гибридных сборок линейных и матричных ТДИ. Мы сами разрабатываем конструкцию и топологию детектора, размещаем заказы на микроэлектронных производствах. Получаем от них кремниевые пластины со сформированными структурами многоэлементных детекторов. Далее, на своем предприятии мы тестируем пластины, разделяем их на отдельные кристаллы линеек ТДИ. Из линеек ТДИ высокого качества затем формируются гибридные (многокристальные) детекторные сборки, которые используются в наших анализаторах МАЭС.
Базовой линейкой ТДИ для оптической спектрометрии является линейка фотодиодов на основе n-МОП технологии. Линейка выполнена в виде кремниевого кристалла длиной 33 мм. Она содержит 2612 фотодиодов высотой 1 мм с шагом 12,5 мкм и динамическим диапазоном более 10 тыс. Линейка включает схемы накопления и считывания сигналов с фотодиодов. Её контакты соединяются с разъемами электронной платы посредством гибких полиамидных шлейфов. Спектральная чувствительность фотодиодов линейки лежит в области 140-1100 нм, т.е. от вакуумного УФ- до ближнего ИК-диапазонов. Линейка выпускается серийно и входит в состав современных анализаторов МАЭС. За последний год нами достигнуты хорошие результаты с использованием технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС) с обратной засветкой. Опытная линейка ПЗС имеет в четыре раза меньший шум чтения выходного сигнала по сравнению с базовой линейкой фотодиодов, а также более высокие значения быстродействия и квантовой эффективности в УФ-области спектра. Испытания показали, что она более перспективна для решения задач сцинтилляционного АЭС.
Измерительные характеристики МАЭС определяются не только параметрами линеек фотодетекторов, но и конструкцией их сборок. Мы устанавливаем бескорпусные кристаллы линеек на едином основании, термостабилизированном с помощью элементов Пельтье. Сборки размещаем в герметичном корпусе с кварцевым входным окном и наполняем азотом с избыточным давлением. Внутри сборок устанавливаются датчики давления и температуры, а также энергонезависимая память для хранения информации о сборке (тип кристаллов, их количество, заводской номер и т.д.). Кристаллы линеек размещаются различными способами - встык с зазорами (мертвыми зонами) около 0,5 мм, без зазоров (внахлест) и методом двухстрочной сборки. Однако при монтаже встык потери спектра составляют менее 2 %, вероятность попадания аналитических линий в столь малый зазор не велика, поэтому данный тип сборок наиболее массовый. Длина фоточувствительной зоны сборки достигает 46 см, а общее число фотодиодов – 73 тыс.
Конструкция линеек позволяет разместить их по поверхности фокусировки спектра различной кривизны, а также в несколько рядов. Варианты размещения линеек включают плоские сборки (взамен фотопластинок), вогнутые (взамен ФЭУ) и многострочные (для спектрографов со скрещенной дисперсией). Анализаторы МАЭС разработаны практически для всех типов спектральных приборов (табл. 2) — призменных, с плоской дифракционной решеткой, с вогнутой дифракционной решеткой, со скрещенной дисперсией. В одном спектральном приборе может быть установлено несколько сборок, работающих синхронно.
Более тысячи анализаторов МАЭС и источников возбуждения спектра компании работают в составе модернизированных ею комплексов АЭС в аналитических лабораториях России и стран СНГ. Наряду с модернизацией компания создаёт современные комплексы АЭС на основе спектральных приборов собственной разработки, оптические схемы и конструкции которых оптимизированы под анализаторы МАЭС:
–Спектрометры «Гранд-Глобула» и для прямого анализа порошков и металлических сплавов.
–Спектрометр «Гранд-Поток» для экспресс-анализа порошков методом просыпки-вдувания (рис. 1).
–Вакуумные спектрометры «Гранд-Эксперт» и «Фаворит»
–Спектрометр «Экспресс-Ойл» для прямого анализа масел.
–Пламенный спектрометр «Павлин» для определения натрия, лития, калия, кальция, бария, цезия и рубидия в растворах.
Расположение компании «ВМК-Оптоэлектроника» в Новосибирском Академгородке существенно облегчает создание новых приборов. Много приборов, выпускаемых компанией «ВМК-Оптоэлектроника», разработано совместно с институтами СО РАН, в частности, с Институтом автоматики и электрометрии. В скором времени мы планируем порадовать наших пользователей созданием ряда новых приборов для оптической спектрометрии, находящихся в настоящее время в разработке."