РАСШИРЕНИЕ ДИАПАЗОНА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА АТОМНО-АБСОРБЦИОННОМ СПЕКТРОМЕТРЕ «ГРАНД-ААС» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ ИХ ЛИНИЙ ПОГЛОЩЕНИЯ

One limitation of atomic absorption spectrometry is the narrow range of measurable concentration (1–2 orders of magnitude). In simultaneous multi-element analysis, this may require multiple dilutions of the sample to determine several elements with different concentrations in the sample. Possible ways to expand the range are to linearize the calibration curve by correcting the integral of the absorption signal or to use absorption values on the line wing as an analytical signal and plot several graphs along one line at different distances from its center. Both methods have their drawbacks. We propose another method for expanding the measurable concentration range by using less sensitive absorption lines of elements. A number of elements are identified that have a sufficient number of lines with different sensitivities. The proposed method is compared with the method of linearization of the calibration graph and the calculation of the absorption signal on the line wing. Using as an example Co and Ni, which have sufficiently rich absorption spectra, we have shown the possibility of expanding the measurable concentration range by using several absorption lines: for cobalt, the range is expanded to six orders of magnitude, and for nickel, to five orders of magnitude. Calibration curves are plotted in the concentration ranges 0.24–250.000 μg/L for cobalt and 1.9–250.000 μg/L for nickel. The calibration error is lower than that of the linearization method: 5% against 25 % for cobalt and 4% against 24% for nickel. Thus, the proposed method can be used for simultaneous multielement determination in a wide range of concentrations without diluting the sample.Keywords: atomic absorption spectrometry, electrothermal atomizer, continuous spectrum source, simultaneous determination of elements, spectrometer, multichannel spectrum analyzer, linear photodetector arraysDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.010S.S. Boldova1, 2, N.A. Kolosov1, 2, and V.A. Labusov1, 2, 3 1Institute of Automation and Electrometry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, pr. Akademika Koptyuga 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation2VMK-Optoelektronika, pr. Akademika Koptyuga 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation3Novosibirsk State Technical University, pr. K. Marksa 20, Novosibirsk, 630073, Russian FederationОдним из ограничений метода атомно-абсорбционной спектрометрии является узкий рабочий диапазон определяемых концентраций: 1-2 порядка. При одновременном многоэлементном анализе это может потребовать многократного разбавления образца для определения нескольких элементов с разной концентрацией в пробе. Возможными способами расширения диапазона определяемых концентраций являются линеаризация градуировочного графика путём коррекции интеграла сигнала поглощения или использование в качестве аналитического сигнала значений поглощения на крыле линии и построения нескольких графиков по одной линии на различном удалении от её центра. Оба способа имеют свои недостатки. Предложен еще один способ расширения диапазона определяемых концентраций путём использования менее чувствительные линии поглощения элементов. Определен ряд элементов, имеющих достаточное количество линий с разной чувствительностью. Проведено сравнение предложенного способа со способами линеаризации градуировочного графика и с вычислением сигнала поглощения на крыле линии. На примере Со и Ni, имеющих достаточно богатый спектр поглощения, показана возможность расширения диапазона определяемых концентраций до шести порядков для кобальта и пяти порядков для никеля с использованием нескольких линий поглощения. Градуировочные графики построены в диапазоне концентраций 0.24 – 250000 мкг/л для кобальта и 1.9 – 250000 мкг/л для никеля. Погрешность градуировки по сравнению с методом линеаризации снижена с 25 % до 5 % для кобальта и с 24 % до 4 % для никеля. Таким образом, предложенный способ позволит определять несколько элементов в большом диапазоне концентраций без разбавления образца.Ключевые слова: атомно-абсорбционная спектрометрия, электротермический атомизатор, источник непрерывного спектра, одновременное определение элементов, спектрометр, многоканальный анализатор спектров, линейки фотодетекторовDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.01

Expanding the range of determination of elements on the Grand-AAS atomic absorption spectrometer using several of their absorption lines

Одним из ограничений метода атомно-абсорбционной спектрометрии является узкий рабочий диапазон определяемых концентраций: 1-2 порядка. При одновременном многоэлементном анализе это может потребовать многократного разбавления образца для определения нескольких элементов с разной концентрацией в пробе. Возможными способами расширения диапазона определяемых концентраций являются линеаризация градуировочного графика путём коррекции интеграла сигнала поглощения или использование в качестве аналитического сигнала значений поглощения на крыле линии и построения нескольких графиков по одной линии на различном удалении от её центра. Оба способа имеют свои недостатки. Предложен еще один способ расширения диапазона определяемых концентраций путём использования менее чувствительные линии поглощения элементов. Определен ряд элементов, имеющих достаточное количество линий с разной чувствительностью. Проведено сравнение предложенного способа со способами линеаризации градуировочного графика и с вычислением сигнала поглощения на крыле линии. На примере Со и Ni, имеющих достаточно богатый спектр поглощения, показана возможность расширения диапазона определяемых концентраций до шести порядков для кобальта и пяти порядков для никеля с использованием нескольких линий поглощения. Градуировочные графики построены в диапазоне концентраций 0.24 - 250000 мкг/л для кобальта и 1.9 - 250000 мкг/л для никеля. Погрешность градуировки по сравнению с методом линеаризации снижена с 25 % до 5 % для кобальта и с 24 % до 4 % для никеля. Таким образом, предложенный способ позволит определять несколько элементов в большом диапазоне концентраций без разбавления образца.One limitation of atomic absorption spectrometry is the narrow range of measurable concentration (1-2 orders of magnitude). In simultaneous multi-element analysis, this may require multiple dilutions of the sample to determine several elements with different concentrations in the sample. Possible ways to expand the range are to linearize the calibration curve by correcting the integral of the absorption signal or to use absorption values on the line wing as an analytical signal and plot several graphs along one line at different distances from its center. Both methods have their drawbacks. We propose another method for expanding the measurable concentration range by using less sensitive absorption lines of elements. A number of elements are identified that have a sufficient number of lines with different sensitivities. The proposed method is compared with the method of linearization of the calibration graph and the calculation of the absorption signal on the line wing. Using as an example Co and Ni, which have sufficiently rich absorption spectra, we have shown the possibility of expanding the measurable concentration range by using several absorption lines: for cobalt, the range is expanded to six orders of magnitude, and for nickel, to five orders of magnitude. Calibration curves are plotted in the concentration ranges 0.24-250.000 μg/L for cobalt and 1.9-250.000 μg/L for nickel. The calibration error is lower than that of the linearization method: 5% against 25 % for cobalt and 4% against 24% for nickel. Thus, the proposed method can be used for simultaneous multielement determination in a wide range of concentrations without diluting the sample

АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР «КОЛИБРИ-ААС» ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА

A desktop continuum source electrothermal atomic absorption spectrometer for the simultaneous multielement determination was developed based on a “Kolibri-2” polychromator and a MAES multichannel spectrum analyzer with a photodetector linear array. The device provided rapid monitoring of absorption spectra in the wavelength range of 190–360 nm with a single exposure time of 5 ms and atomization pulses of 1–2 seconds. The high luminosity of the spectrometer made it possible to use a low-power deuterium lamp as a continuum source. The heat treatment and the atomization of the samples was carried out in a longitudinally heated tube furnace with programmable heating. The processing of the spectral data, including the recording of the absorption, subtraction of the spectral background, linearization of the dependence of absorption on the concentration of atomic vapor, and the construction of the calibration graphs was performed automatically using a modified “Atom” software algorithm. The analysis of the series of multielement solutions had shown that, despite the relatively low spectral resolution, the device allowed for the direct simultaneous determination of elements by resonance lines in a concentration range of up to 4 orders of magnitude. Furthermore, the detection limits of the elements were comparable to or lower than those for the sequential flame atomic absorption spectrometry or the inductively coupled plasma atomic emission analysis. The comparison of the results of direct determination of micro and macro components in water from the rivers of Gorny Altai and the Laboratory of Isotope-Geochemical Methods of Analysis of the Institute of Geology and Mineralogy (IGM), SB RAS confirmed the correctness of the analysis. At this stage of the development, “Kolibri-AAS” spectrometers could replace flame AAS instruments for the sequential determination of elements in solutions in analytical laboratories. In the future, as the atomization technique and software are improved, the spectrometer could be used to analyze solid and liquid organic and inorganic substances.Keywords: atomic absorption spectrometry, spectrometer, electrothermal atomizer, simultaneous multi-element analysis, continuum sourceDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2018.22.4.002(Russian)S.S. Boldova1,2, *V.A. Labusov1,2,3, D.A. Katskov4, D.O. Selyunin1,2, M.S. Saushkin1,2, I.A. Zarubin1,2,3 and Z.V. Semenov1,21Institute of Automation and Electrometry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, pr. Akademika Koptyuga, 1, Novosibirsk,  630090, Russian Federation2VMK-Optoelektronika, pr. Akademika Koptyuga, 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation3Novosibirsk State Technical University, pr. K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russian Federation4 Tshwane University of Technology, Pretoria, 0001, South AfricaНастольный атомно-абсорбционный спектрометр с источником непрерывного спектра и электротермическим атомизатором для одновременного определения элементов сконструирован на базе полихроматора «Колибри-2» и многоканального анализатора спектров МАЭС с линейкой фотодетекторов. Прибор осуществляет быстрый мониторинг спектра поглощения в диапазоне длин волн 190-360 нм с временем однократной экспозиции 5 мс при 1-2 секундных импульсах атомизации пробы. Высокая светосила спектрометра позволяет использовать в качестве источника излучения непрерывного спектра дейтериевую лампу малой мощности. Термообработка и атомизация пробы проводятся в продольно нагреваемой трубчатой печи с программируемым нагревом. Обработка спектральных данных, включающая регистрацию абсорбции, учет спектрального фона, линеаризацию зависимости абсорбции от концентрации атомного пара и построение градуировочных графиков, производится автоматически с помощью модифицированной программы «Атом». На примере анализа серии многоэлементных растворов показано, что, несмотря на сравнительно низкое спектральное разрешение, прибор позволяет осуществлять прямое одновременное определение элементов по резонансным линиям в диапазоне концентраций до 4 порядков. При этом пределы обнаружения элементов оказываются сравнимыми или ниже аналогичных показателей для последовательного атомно-абсорбционного анализа с пламенной атомизацией или атомно-эмиссионного анализа с индуктивно связанной плазмой. Сопоставление результатов прямого определения микро- и макрокомпонентов в водах рек Горного Алтая с данными лаборатории изотопно-геохимических методов анализа Института геологии и минералогии СО РАН подтвердило правильность анализа. На данном этапе разработки спектрометр «Колибри-ААС» может заменить в аналитических лабораториях пламенные ААС приборы для последовательного определения элементов в растворах. В перспективе, по мере усовершенствования технологии атомизации и программного обеспечения, предполагается использовать спектрометр для анализа твердых и жидких органических и неорганических веществ.Ключевые слова: атомно-абсорбционная спектрометрия, спектрометр, электротермический атомизатор, одновременный многоэлементный анализ, источник непрерывного спектраDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2018.22.4.00

Simulation of a continuum-source atomic absorption spectrometer

Атомно-абсорбционная спектрометрия с источником излучения непрерывного спектра становится методом для одновременного многоэлементного анализа, что возвращает интерес к этому методу. Линейный диапазон градуировочного графика, а также пределы обнаружения спектрометров, реализующих этот метод, зависят от параметров аппаратной функции спектрального прибора и линии поглощения, интенсивности источника излучения, уровня рассеянного в приборе излучения и других факторов. Расчёт указанных зависимостей является целью настоящей работы. Построена теоретическая модель процесса получения сигнала поглощения и разработана программа для его моделирования. Адекватность моделирования проверена сравнением сигналов и градуировочных графиков с экспериментальными, полученными на спектрометре «Гранд-ААС», для нескольких элементов: Cd 228.8022 нм, Be 234.8610 нм, Mn 279.4817 нм и Pb 283.3053 нм, а также для линии Ag 338.289 нм, зарегистрированной на двух полихроматорах с разным спектральным разрешением и уровнем рассеянного излучения. Относительное отклонение измеренного аналитического сигнала от моделированного не превышало 15 % в диапазоне 5 порядков концентраций. Моделирование показало, что нелинейность градуировочного графика определяется в первую очередь отношением ширины аппаратной функции (разрешения) спектрального прибора и линии поглощения. Вклад рассеяния внутри спектрометра на нелинейность вторичен. Влияние апертурных характеристик линеек фотодетекторов на аналитический сигнал не существенно. Показано, что по мере уменьшения разрешения спектрального прибора происходит расширение линейной части градуировочных графиков сверху до уровня, определяемого рассеянием в спектрометре. Пределы обнаружения, ограничивающие графики снизу, снижаются по мере уменьшения разрешения до тех пор, пока оно не приблизится к удвоенной ширине линии поглощения элемента. После этого они начинают возрастать.Continuum source atomic absorption spectrometry becomes a method for simultaneous multi-element analysis leading to a renewed interest in this method. The linear range of the calibration curve and the detection limits of continuum source atomic absorption spectrometers depend on the parameters of the instrumental function of the spectral instrument and the absorption line, the intensity of the radiation source, the level of radiation scattered in the instrument, and other factors. Calculating these dependences was the aim of this work. A theoretical model of the process of the absorption signal formation was constructed, and a computer program for its simulation was developed. Adequacy of the simulation was verified by comparing the absorption signals and calibration curves with the experimental ones obtained on a Grand-AAS spectrometer for several elements: Cd 228.8022 nm, Be 234.8610 nm, Mn 279.4817 nm, and Pb 283.3053 nm, as well as for the Ag 338.289 nm line recorded by two polychromators with different spectral resolution and scattered radiation levels. The relative deviation of the measured analytical signal from the simulated one did not exceed 15% in the concentration range of five orders of magnitude. The simulation results showed that nonlinearity of the calibration curve was primarily determined by the ratio of the width of the instrumental function (resolution) of the spectral instrument to the absorption line. The contribution of scattering in the spectrometer to the nonlinearity was secondary. The influence of the aperture characteristics of the photodetector arrays on the analytical signal was not significant. It was shown that decreasing resolution of the spectral instrument resulted in expanding the linear part of the calibration graphs from above to the level determined by scattering in the spectrometer. The detection limits limiting the graphs from below decrease with decreasing resolution until it approaches twice the width of the element’s absorption line. After that, they start to increase

АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА

The advantages of electrothermal atomic absorption analysis, such as high sensitivity, lower chemical and spectral influences, and lower consumption of samples and argon in comparison with the inductively coupled plasma atomic emission spectrometry have motivated the development of the equipment for the simultaneous atomic absorption determination of elements groups. The solution of this problem, and the achievement of detection limits close to those of atomic absorption analyzers with line-spectrum sources, require a high-speed system for recording the absorption of sample vapor in the wavelength range of 190–800 nm with high spectral resolution. This paper is devoted to the development of a “Grand-AAS” atomic absorption spectrometer based on a high-resolution “Grand-2” spectral instrument with MAES multichannel analyzer of emission spectra, XWS-65 plasma continuum source and electrothermal atomizer. In the constructed device, the information on the spectral composition of vapor during a 1–2 s pulse of electrothermal atomization of the sample is recorded using the two hybrid assemblies of photodetector linear arrays. Thus, about 60 thousand measuring channels of the MAES analyzer simultaneously record absorption spectra in the spectral regions of 190–350 and 350–780 nm with a resolution of 10 and 30 pm respectively, and with a speed of 500 spectra/s. This equipment allows one to simultaneously receive atomic absorption signals for all recorded analytical lines of the elements. Automatic signal processing, including nonatomic absorption correction and linearization of calibration curves, is performed using one of the modules of the “Atom” software. Experiments have shown that in the practical use of “Grand-AAS”, the range of direct determination of metals in multielement solutions was up to 4 orders of magnitude of the concentration with the detection limits of up to hundredths of µg/l. Due to the high brightness of the source and the luminosity of polychromators, the device is comparable in detection limits to the commercial continuum-source “ContrAA” spectrometer for the sequential determination of elements.Keywords: atomic-absorption spectrometry, simultaneous determination, high-resolution spectral instrument, continuum spectrum light source, electrothermal atomization.DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2018.22.4.003(Russian)V.A. Labusov1,2,3, S.S. Boldova1,2, D.O. Selyunin1,2, D.N. Skorobogatov2,M.S. Saushkin1,2, I.A. Zarubin1,2,3, D.N. Bokk1,2, Z.V. Semenov1,2,O.A. Neklyudov2, and P.V. Vashchenko1,2 1Institute of Automation and Electrometry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, pr. Akademika Koptyuga,  1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation2VMK-Optoelektronika, pr. Akademika Koptyuga, 1, Novosibirsk, 630090, Russian Federation3Novosibirsk State Technical University, pr. K. Marksa, 20, Novosibirsk,630073, Russian FederationТакие преимущества электротермического атомно-абсорбционного анализа, как высокая чувствительность определений, меньшие химические и спектральные помехи, малое потребление проб и аргона в сравнении с атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивно связанной плазмой, побуждают искать возможности создания аппаратуры для одновременного атомно-абсорбционного определения группы элементов. Для решения этой задачи и достижения пределов обнаружения, близких к показателям атомно-абсорбционных анализаторов с источниками линейчатого спектра, необходима быстродействующая система регистрации поглощения паров пробы в диапазоне длин волн 190-800 нм с высоким спектральным разрешением. Настоящая работа посвящена созданию атомно-абсорбционного спектрометра «Гранд-ААС», на базе спектрального прибора высокого разрешения «Гранд-2» с многоканальным анализатором эмиссионных спектров МАЭС, плазменного источника непрерывного спектра XWS-65 и электротермического атомизатора. В созданном приборе информацию о спектральном составе паров при 1-2 секундном импульсе электротермической атомизации пробы регистрируют с помощью двух гибридных сборок линеек фотодетекторов. Таким образом, около 60 тысяч измерительных каналов анализатора МАЭС одновременно регистрируют спектры поглощения в спектральных областях 190-350 и 350-780 нм с разрешением 10 и 30 пм, соответственно, и быстродействием 500 спектров/с. Такая техника позволяет одновременно получить сигналы атомного поглощения для всех регистрируемых аналитических линий элементов. Автоматическая обработка сигналов, включающая коррекцию неатомного поглощения и линеаризацию градуировочных графиков, осуществляется с помощью модуля программы «Атом». Эксперименты показали, что при практическом использовании «Гранд-АСС» диапазон прямого определения металлов в многоэлементных растворах составляет до 4 порядков концентраций при пределах обнаружения до сотых долей мкг/л. Благодаря высокой яркости источника и светосиле полихроматоров, прибор не уступает по пределам обнаружения коммерческому спектрометру ContrAA с источником непрерывного спектра, предназначенному для последовательного определения элементов.Ключевые слова: атомно-абсорбционная спектрометрия, одновременное определение элементов, спектрометр высокого разрешения, источник непрерывного спектра, электротермический атомизатор.DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2018.22.4.00

“Kolibri-AAS” atomic absorption spectrometer for the simultaneous multielement analysis

A desktop continuum source electrothermal atomic absorption spectrometer for the simultaneous multielement determination was developed based on a “Kolibri-2” polychromator and a MAES multichannel spectrum analyzer with a photodetector linear array. The device provided rapid monitoring of absorption spectra in the wavelength range of 190-360 nm with a single exposure time of 5 ms and atomization pulses of 1-2 seconds. The high luminosity of the spectrometer made it possible to use a low-power deuterium lamp as a continuum source. The heat treatment and the atomization of the samples was carried out in a longitudinally heated tube furnace with programmable heating. The processing of the spectral data, including the recording of the absorption, subtraction of the spectral background, linearization of the dependence of absorption on the concentration of atomic vapor, and the construction of the calibration graphs was performed automatically using a modified “Atom” software algorithm. The analysis of the series of multielement solutions had shown that, despite the relatively low spectral resolution, the device allowed for the direct simultaneous determination of elements by resonance lines in a concentration range of up to 4 orders of magnitude. Furthermore, the detection limits of the elements were comparable to or lower than those for the sequential flame atomic absorption spectrometry or the inductively coupled plasma atomic emission analysis. The comparison of the results of direct determination of micro and macro components in water from the rivers of Gorny Altai and the Laboratory of Isotope-Geochemical Methods of Analysis of the Institute of Geology and Mineralogy (IGM), SB RAS confirmed the correctness of the analysis. At this stage of the development, “Kolibri-AAS” spectrometers could replace flame AAS instruments for the sequential determination of elements in solutions in analytical laboratories. In the future, as the atomization technique and software are improved, the spectrometer could be used to analyze solid and liquid organic and inorganic substances.Настольный атомно-абсорбционный спектрометр с источником непрерывного спектра и электротермическим атомизатором для одновременного определения элементов сконструирован на базе полихроматора «Колибри-2» и многоканального анализатора спектров МАЭС с линейкой фотодетекторов. Прибор осуществляет быстрый мониторинг спектра поглощения в диапазоне длин волн 190-360 нм с временем однократной экспозиции 5 мс при 1-2 секундных импульсах атомизации пробы. Высокая светосила спектрометра позволяет использовать в качестве источника излучения непрерывного спектра дейтериевую лампу малой мощности. Термообработка и атомизация пробы проводятся в продольно нагреваемой трубчатой печи с программируемым нагревом. Обработка спектральных данных, включающая регистрацию абсорбции, учет спектрального фона, линеаризацию зависимости абсорбции от концентрации атомного пара и построение градуировочных графиков, производится автоматически с помощью модифицированной программы «Атом». На примере анализа серии многоэлементных растворов показано, что, несмотря на сравнительно низкое спектральное разрешение, прибор позволяет осуществлять прямое одновременное определение элементов по резонансным линиям в диапазоне концентраций до 4 порядков. При этом пределы обнаружения элементов оказываются сравнимыми или ниже аналогичных показателей для последовательного атомно-абсорбционного анализа с пламенной атомизацией или атомно-эмиссионного анализа с индуктивно связанной плазмой. Сопоставление результатов прямого определения микро- и макрокомпонентов в водах рек Горного Алтая с данными лаборатории изотопно-геохимических методов анализа Института геологии и минералогии СО РАН подтвердило правильность анализа. На данном этапе разработки спектрометр «Колибри-ААС» может заменить в аналитических лабораториях пламенные ААС приборы для последовательного определения элементов в растворах. В перспективе, по мере усовершенствования технологии атомизации и программного обеспечения, предполагается использовать спектрометр для анализа твердых и жидких органических и неорганических веществ

High-resolution atomic absorption spectrometer for the simultaneous multielement analysis

The advantages of electrothermal atomic absorption analysis, such as high sensitivity, lower chemical and spectral influences, and lower consumption of samples and argon in comparison with the inductively coupled plasma atomic emission spectrometry have motivated the development of the equipment for the simultaneous atomic absorption determination of elements groups. The solution of this problem, and the achievement of detection limits close to those of atomic absorption analyzers with line-spectrum sources, require a high-speed system for recording the absorption of sample vapor in the wavelength range of 190-800 nm with high spectral resolution. This paper is devoted to the development of a “Grand-AAS” atomic absorption spectrometer based on a high-resolution “Grand-2” spectral instrument with MAES multichannel analyzer of emission spectra, XWS-65 plasma continuum source and electrothermal atomizer. In the constructed device, the information on the spectral composition of vapor during a 1-2 s pulse of electrothermal atomization of the sample is recorded using the two hybrid assemblies of photodetector linear arrays. Thus, about 60 thousand measuring channels of the MAES analyzer simultaneously record absorption spectra in the spectral regions of 190-350 and 350-780 nm with a resolution of 10 and 30 pm respectively, and with a speed of 500 spectra/s. This equipment allows one to simultaneously receive atomic absorption signals for all recorded analytical lines of the elements. Automatic signal processing, including nonatomic absorption correction and linearization of calibration curves, is performed using one of the modules of the “Atom” software. Experiments have shown that in the practical use of “Grand-AAS”, the range of direct determination of metals in multielement solutions was up to 4 orders of magnitude of the concentration with the detection limits of up to hundredths of µg/l. Due to the high brightness of the source and the luminosity of polychromators, the device is comparable in detection limits to the commercial continuum-source “ContrAA” spectrometer for the sequential determination of elements.Такие преимущества электротермического атомно-абсорбционного анализа, как высокая чувствительность определений, меньшие химические и спектральные помехи, малое потребление проб и аргона в сравнении с атомно-эмиссионной спектрометрией с индуктивно связанной плазмой, побуждают искать возможности создания аппаратуры для одновременного атомно-абсорбционного определения группы элементов. Для решения этой задачи и достижения пределов обнаружения, близких к показателям атомно-абсорбционных анализаторов с источниками линейчатого спектра, необходима быстродействующая система регистрации поглощения паров пробы в диапазоне длин волн 190-800 нм с высоким спектральным разрешением. Настоящая работа посвящена созданию атомно-абсорбционного спектрометра «Гранд-ААС», на базе спектрального прибора высокого разрешения «Гранд-2» с многоканальным анализатором эмиссионных спектров МАЭС, плазменного источника непрерывного спектра XWS-65 и электротермического атомизатора. В созданном приборе информацию о спектральном составе паров при 1-2 секундном импульсе электротермической атомизации пробы регистрируют с помощью двух гибридных сборок линеек фотодетекторов. Таким образом, около 60 тысяч измерительных каналов анализатора МАЭС одновременно регистрируют спектры поглощения в спектральных областях 190-350 и 350-780 нм с разрешением 10 и 30 пм, соответственно, и быстродействием 500 спектров/с. Такая техника позволяет одновременно получить сигналы атомного поглощения для всех регистрируемых аналитических линий элементов. Автоматическая обработка сигналов, включающая коррекцию неатомного поглощения и линеаризацию градуировочных графиков, осуществляется с помощью модуля программы «Атом». Эксперименты показали, что при практическом использовании «Гранд-АСС» диапазон прямого определения металлов в многоэлементных растворах составляет до 4 порядков концентраций при пределах обнаружения до сотых долей мкг/л. Благодаря высокой яркости источника и светосиле полихроматоров, прибор не уступает по пределам обнаружения коммерческому спектрометру ContrAA с источником непрерывного спектра, предназначенному для последовательного определения элементов

Моделирование атомно-абсорбционного спектрометра с источником излучения непрерывного спектра

Continuum source atomic absorption spectrometry becomes a method for simultaneous multi-element analysis leading to a renewed interest in this method. The linear range of the calibration curve and the detection limits of continuum source atomic absorption spectrometers depend on the parameters of the instrumental function of the spectral instrument and the absorption line, the intensity of the radiation source, the level of radiation scattered in the instrument, and other factors. Calculating these dependences was the aim of this work.A theoretical model of the process of the absorption signal formation was constructed, and a computer program for its simulation was developed. Adequacy of the simulation was verified by comparing the absorption signals and calibration curves with the experimental ones obtained on a Grand-AAS spectrometer for several elements: Cd 228.8022 nm, Be 234.8610 nm, Mn 279.4817 nm, and Pb 283.3053 nm, as well as for the Ag 338.289 nm line recorded by two polychromators with different spectral resolution and scattered radiation levels. The relative deviation of the measured analytical signal from the simulated one did not exceed 15% in the concentration range of five orders of magnitude.The simulation results showed that nonlinearity of the calibration curve was primarily determined by the ratio of the width of the instrumental function (resolution) of the spectral instrument to the absorption line. The contribution of scattering in the spectrometer to the nonlinearity was secondary. The influence of the aperture characteristics of the photodetector arrays on the analytical signal was not significant.It was shown that decreasing resolution of the spectral instrument resulted in expanding the linear part of the calibration graphs from above to the level determined by scattering in the spectrometer. The detection limits limiting the graphs from below decrease with decreasing resolution until it approaches twice the width of the element's absorption line. After that, they start to increase. Keywords: mathematical modeling, atomic absorption spectrometry, continuum spectrum source, electrothermal atomizer, simultaneous determination of elements, spectrometer, multichannel spectrum analyzer, linear photodetector arraysАтомно-абсорбционная спектрометрия с источником излучения непрерывного спектра становится методом для одновременного многоэлементного анализа, что возвращает интерес к этому методу. Линейный диапазон градуировочного графика, а также пределы обнаружения спектрометров, реализующих этот метод, зависят от параметров аппаратной функции спектрального прибора и линии поглощения, интенсивности источника излучения, уровня рассеянного в приборе излучения и других факторов. Расчёт указанных зависимостей является целью настоящей работы.Построена теоретическая модель процесса получения сигнала поглощения и разработана программа для его моделирования. Адекватность моделирования проверена сравнением сигналов и градуировочных графиков с экспериментальными, полученными на спектрометре «Гранд-ААС», для нескольких элементов: Cd 228.8022 нм, Be 234.8610 нм, Mn 279.4817 нм и Pb 283.3053 нм, а также для линии Ag 338.289 нм, зарегистрированной на двух полихроматорах с разным спектральным разрешением и уровнем рассеянного излучения. Относительное отклонение измеренного аналитического сигнала от моделированного не превышало 15 % в диапазоне 5 порядков концентраций.Моделирование показало, что нелинейность градуировочного графика определяется в первую очередь отношением ширины аппаратной функции (разрешения) спектрального прибора и линии поглощения. Вклад рассеяния внутри спектрометра на нелинейность вторичен. Влияние апертурных характеристик линеек фотодетекторов на аналитический сигнал не существенно.Показано, что по мере уменьшения разрешения спектрального прибора происходит расширение линейной части градуировочных графиков сверху до уровня, определяемого рассеянием в спектрометре. Пределы обнаружения, ограничивающие графики снизу, снижаются по мере уменьшения разрешения до тех пор, пока оно не приблизится к удвоенной ширине линии поглощения элемента. После этого они начинают возрастать.Ключевые слова: математическое моделирование, атомно-абсорбционная спектрометрия, источник непрерывного спектра, спектрометр, многоканальный анализатор спектров, линейки фотодетекторов

Ciberseguridad, ciberdelitos e inteligencia artificial: apuntando al futuro

Report finale e conclusioni generali del progetto di ricerca «Ciberseguridad y ciberdelitos», RTI2018- 099306-B-100 (MCIU/AEI/FEDER, UE)