50 research outputs found
Evaluation of the Element Content in an Automatic Qualitative Analysis of Substances Using a Cross-Correlation Function
No full textИЗМЕРЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПО ДИСКРЕТНЫМ ОТСЧЁТАМ ЛИНЕЙЧАТОГО СПЕКТРА
No full textIn atomic emission spectrometry, photodetector arrays are widely used in spectrum analyzers. A spectrum obtained with detectors of this type is a discrete sequence of digital values of photocell output signals. One way to quantify the concentration of an element in a test sample is to measure the intensity of its analytical line by integrating a region of the spectrum over several counts in the vicinity of this line or by approximating a region of the spectrum with a line shape profile. As a rule, due to the high saturation of atomic emission spectra with spectral lines, the region for calculating the spectral line intensity is limited to several counts. In the case of spectral line drift relative to the photocells of photodetector arrays, this limitation leads to an intensity measurement error, which is the greater, the smaller the number of counts used in integration. The objectives of this study are to determine the optimal size of the computational domain and develop an optimal method for calculating the line intensity to reduce the intensity measurement error. To simulate the drift of spectral lines relative to photocells, we have simulated and recorded a set of spectra of a hollow cathode lamp (Cu, Zn) with different positions of spectral lines relative to the photocells of BLPP-2000 and BLPP-4000 photodetector arrays. In each next spectrum of the set, the spectral lines were shifted relative to those in the previous spectrum by 2 and 1 μm for BLPP-2000 and BLPP-4000, respectively. It has been shown that compared to stepwise interpolation, linear interpolation significantly reduces the effect of the drift of spectral lines on the RMSD of the measured intensities for both types of arrays. In addition, this effect can be further decreased by choosing an optimal range of integration. In the linear interpolation for the selected spectral lines, the minimum measurement error due to the spectrum drift relative to the photocells of photodetector arrays for BLPP-2000 is 0.25 and 0.23% for a range of integration of 1.6 and 3.1 counts, respectively, and for BLPP-4000, it is 0.4 and 0.28% for 1.0 and 2.7 counts, respectively.Keywords: Optical spectrometry, atomic emission, spectrometer, spectrum analyzer, MAES, photodetector arrays, spectral line, intensityDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.012P.V. Vashchenko1,2, V.A. Labusov1,2,3 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 FederationВ атомно-эмиссионной спектрометрии в настоящее время в составе анализаторов спектров широко применяются линейки фотодетекторов. Спектр, полученный с помощью такого типа детектора, представляет собой дискретную последовательность цифровых значений выходных сигналов фотоячеек. Одним из способов количественного определения концентрации элемента в исследуемой пробе является измерение интенсивности его аналитической линии путем интегрирования участка спектра по нескольким отсчетам в окрестности этой линии или аппроксимация участка спектра профилем формы линии. Как правило, ввиду высокой насыщенности спектральными линиями атомно-эмиссионных спектров область расчета их интенсивности ограничивают несколькими отсчетами. Такое ограничение в случае дрейфа спектральной линии относительно фотоячеек линейки приводит к погрешности измерения её интенсивности, величина которой тем больше, чем меньшее количество отчётов используется при интегрировании. Цель работы – поиск оптимального способа расчета интенсивности линии для снижения погрешности измерения её интенсивности, а также оптимального размера области расчета. Для имитации дрейфа спектральных линий относительно фотоячеек проведено моделирование и экспериментально зарегистрирован набор спектров лампы полого катода (Cu, Zn) с разными положениями спектральных линий относительно фотоячеек линеек фотодетекторов БЛПП-2000 и БЛПП-4000. В каждом следующем спектре набора относительно предыдущего смещение линий составило 2 и 1 мкм для линеек БЛПП-2000 и БЛПП-4000 соответственно. Установлено, что линейный способ интерполяции приводит к существенному снижению влияния дрейфа спектральных линий на относительное среднее квадратическое отклонение результатов измерения интенсивности для обоих типов линеек в сравнении со ступенчатым. Также показано, что дальнейшее снижение этого разброса возможно путём выбора оптимальной области интегрирования. Для выбранных спектральных линий минимальная погрешность измерения, вызванная дрейфом спектра относительно фотоячеек линеек фотодетекторов, при линейном способе интерполяции для БЛПП-2000 составляет 0.25 и 0.23 % при размере области интегрирования 1.6 и 3.1 отсчета, для БЛПП-4000 – 0.4 и 0.28 % при 1.0 и 2.7 отсчета соответственно.Ключевые слова: оптическая спектрометрия, атомно-эмиссионный, анализатор спектров, МАЭС, линейка фотодетекторов, спектральная линия, интенсивность, интерполяция DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.01
Error Analysis of Indirect Broadband Monitoring of Multilayer Optical Coatings using Computer Simulations
No full textАНАЛИТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СПЕКТРАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «ГРАНД-ПОТОК» ПРИ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ СОДЕРЖАНИЯ ЗОЛОТА И СЕРЕБРА В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБАХ
No full textIntroduction. In order to reduce the detection limits of gold in the analysis of powder geological samples, a high-speed multichannel analyzer of emission spectra (MAES) was designed as a combined hybrid assembly consisting of 12 arrays of BLPP-369M1 photodetectors and one more sensitive array of BLPP-2000 photodetectors. This study aimed to examine the analytical capabilities of a “Grand-Potok” spectral complex equipped with this analyzer and used the spill-injection method to introduce the sample material into the plasma arc. Experimental part. Tests were carried out on the two identical “Grand-Potok” systems with a minimum basic exposure of 3ms. The high-sensitivity BLPP-2000 array was set in the spectral range of 258-269 nm. 16 standard samples of rocks, loose sediments, soils, ores and their processing products with a gold content of 0.002 to 34 g/t and a silver content of 0.05 to 34 g/t were tested. Results and its discussion. For the gold determination the relative standard deviation varied from 1.6 to 38% for the ore and industrial standard samples and from 13 to 170% for rocks and soils, and for the silver determination it varied from 1 to 55% for a content range of 4 orders of magnitude. The number of standard samples with overestimated or underestimated total gold and silver contents was approximately the same indicating the possibility of improving the accuracy of scintillation atomic emission spectrometry after identifying systematic error sources. Analysis of the dependence of the amount of particles on the total content showed that with the increasing total content the amount of particles containing gold or silver in powder samples increased monotonically to a concentration of 2 g/m and 0.3 g/m respectively. Starting from these contents, the flashes of analytes were no longer separated in time. Conclusions. Good reproducibility of the results of determination for the total gold and silver contents in mineral raw materials indicated that the method could be certified according to State Standard OST 41-08-205-2004.Keywords: Scintillation atomic emission spectrometry, Grand-Potok spectral system, high-speed multichannel analyzer of emission spectra (MAES), gold, silver, powder geological samples(Russian)DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.1.001 A.A. Dzyuba1,2,3, V.A. Labusov 1,2,3, I.E. Vasil’eva, E.V. Shabanova4,S.A. Babin1,2 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 Federation 3Novosibirsk State Technical University, pr. K. Marksa 20, Novosibirsk 630092, Russian Federation4Vinogradov Institute of Geochemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Favorskogo 1a, Irkutsk, 664033, Russian FederationВведение. С целью снижения пределов обнаружения золота при анализе порошковых геологических проб методом сцинтилляционной атомно-эмиссионной спектрометрии быстродействующий анализатор МАЭС выполнен в виде комбинированной гибридной сборки из 12 линеек фотодетекторов БЛПП-369М1 и одной более чувствительной линейки БЛПП-2000. Данное исследование направлено на изучение аналитических возможностей спектрального комплекса «Гранд-Поток», оснащенного таким анализатором, с введением вещества в плазму дуги по способу просыпки-вдувания. Экспериментальная часть. Испытания проведены на двух идентичных комплексах «Гранд-Поток» с минимальной базовой экспозицией 3 мс. Высокочувствительная линейка БЛПП-2000 была установлена в спектральном диапазоне 258-269 нм. В ходе работы было изучено 16 стандартных образцов горных пород, рыхлых отложений, почв, руд и продуктов их переработки с содержанием золота от 0.002 до 34 г/т и серебра от 0.05 до 34 г/т. Результаты и их обсуждение. Значения относительного среднеквадратичного отклонения при определении золота варьировалось от 1.6 до 38 % для рудных и техногенных стандартных образцов и от 13 до 170 % для горных пород и почв, при определении серебра – от 1 до 55 % в диапазоне 4-х порядков содержания. Количество стандартных образцов с завышенным или заниженным значением валового содержания золота и серебра примерно одинаково, что свидетельствует о возможности улучшения точности САЭС после установления источников систематических погрешностей. Анализ зависимости количества частиц от валового содержания показал, что с увеличением валового содержания количество частиц, содержащих золото или серебро, в порошковой пробе монотонно растёт до концентраций 2 г/т и 0.3 г/т соответственно. Начиная с этих содержаний, вспышки аналитов перестают разделяться по времени. Выводы. Хорошая повторяемость результатов определения валового содержания золота и серебра в минеральном сырье указывает на возможность аттестации методики согласно ОСТ 41-08-205-2004.Ключевые слова: сцинтилляционная атомно-эмиссионная спектрометрия, спектральный комплекс "Гранд-Поток", быстродействующий анализатор МАЭС, золото, серебро, геологические порошковые пробыDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.1.00
СПЕКТРОМЕТРЫ С АНАЛИЗАТОРАМИ МАЭС НА ОСНОВЕ НОВЫХ ЛИНЕЕК ФОТОДЕТЕКТОРОВ
No full textMultichannel analyzers of emission spectra (MAES) are operated as part of more than six hundred systems for atomic emission spectral analysis at enterprises in Russia, the CIS countries, and others. Until recently, MAES analyzers used only BLPP-369M1 photodetector arrays, whose performance is sufficient for integral atomic emission spectrometry applications using bright sources of spectral excitation based, for example, on an arc or spark electric discharge. To solve problems where high temporal spatial resolution and high sensitivity are required, high-speed MAES analyzers have been developed based on two new photodetector arrays—BLPP-2000 and BLPP-4000. A number of optical spectrometers based on these arrays have been developed and put into production by the VMK-Optoelektronika company:Atomic emission spectrometers:Grand Globula and Ekspress arc and spark spectrometers for the direct analysis of powders by evaporation from the channel of a graphite electrode and for the analysis of metals;Grand-Potok arc spectrometers for the rapid analysis of powders by the spill-injection method;Grand-Ekspert and Favorit argon-spark vacuum spectrometers for the rapid analysis of metals and alloys;Grand-SVCh microwave-induced nitrogen plasma spectrometers and Grand-ISP inductively-coupled argon plasma spectrometers for the analysis of liquids;Kolibri-SVCh microwave-induced air plasma spectrometers and Pavlin flame atomic emission spectrometers for the determination of alkaline and alkaline earth elements in solutions.Grand-AAS high-resolution continuous-source electrothermal atomic absorption spectrometers for the simultaneous determination of elements in liquids.Keywords: Optical spectrometry, atomic emission, atomic absorption, spectrometer, spectrum analyzer, MAES, photodetector arrays, simultaneous determination of elementsDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.002V.A. Labusov1,2,3, A.V. Behterev2, V.G. Garanin2 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 FederationМногоканальные анализаторы эмиссионных спектров (МАЭС) работают в составе более шести сотен комплексов атомно-эмиссионного спектрального анализа на предприятиях России и стран СНГ. До недавнего времени в составе анализаторов МАЭС использовались только линейки фотодиодов БЛПП-369М1, характеристики которых были и остаются достаточными для решения задач интегральной атомно-эмиссионной спектрометрии с использованием ярких источников возбуждения спектров, например, на основе дугового или искрового электрического разряда. Для решения задач, где требуются высокая временная и пространственная разрешающая способность, а также высокая чувствительность, созданы быстродействующие анализаторы МАЭС на основе двух новых линеек фотодетекторов БЛПП-2000 и БЛПП-4000. На их основе разработан и освоен в производстве предприятием «ВМК-Оптоэлектроника» ряд оптических спектрометров:Атомно-эмиссионные спектрометры:с дуговым и искровым разрядом «Гранд-Глобула» и «Экспресс» для прямого анализа порошковых проб методом испарения из канала графитового электрода, а также металлов;с дуговым разрядом «Гранд-Поток» для экспресс-анализа порошковых проб методом просыпки-вдувания;вакуумные спектрометры с искровым разрядом в атмосфере аргона «Гранд-Эксперт» и «Фаворит» для экспресс-анализа металлов и сплавов;с азотной микроволновой плазмой «Гранд-СВЧ» и с аргоновой индуктивно связанной плазмой «Гранд-ИСП» для анализа жидкостей;с воздушной микроволновой плазмой «Колибри-СВЧ» и с фотометрией пламени «Павлин» для определения щелочных и щелочноземельных элементов в растворах.Атомно-абсорбционные спектрометры «Гранд-ААС» высокого спектрального разрешения с источником непрерывного спектра и электротермическим атомизатором для одновременного определения элементов в жидкости.Ключевые слова: оптическая спектрометрия, атомно-эмиссионный, атомно-абсорбционный, спектрометр, анализатор спектров, МАЭС, линейка фотодетекторов, одновременное определение элементовDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.00
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПРЕДЕЛОВ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ ПРИ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕТОДОМ АТОМНО-ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ С ИСКРОВЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
No full textThe determination of non-metallic inclusions and their size distribution in steels and alloys is regulated to be performed by the time-consuming optical or scanning electron microscopy methods. However, the development of pulse discrimination analysis – optical emission spectroscopy (PDA-OES) has made the on-line determination of inclusions possible. This technique is implemented with the industrial spectrometers registering the spectral lines’ intensities by photomultipliers (PMTs). Using the linear solid-state radiation detectors instead of PMTs provides more information about spectra which opens up new possibilities to reduce the inclusions’ limits of detection and determine their chemical composition. This paper is devoted to the search for the new single-spark spectra-processing algorithms to use with the linear solid-state detectors based spectrometers. To reduce the inclusions’ detection limits, it is proposed to use the background near the spectral line as an internal standard. Filtering spectral line intensity peaks containing spectra was implemented to determine the background shape. Using the background as an internal standard allowed us to reduce the spectral line intensities’ standard deviation in the pulsogram (time dependence of spectral line intensity) by 10-50 %. To lower the errors, it was suggested to determine the dissolved content of an element by complementary integral spectrum. These decisions led to lower limits of detection for non-metallic inclusions and lower errors in element soluble/insoluble concentration determination.Keywords: PDA-OES, solid-state linear optical detectors, non-metallic inclusions, analysis of steels and alloysDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2016.20.4.005 D.N. Bock1, 2, V.A. Labusov1, 2, 3 1Institute of Automation and Electrometry, SB RAS, 1 Academician Koptug ave, Novosibirsk, 630090, Russian Federation2VMK-Optoelektronika, 1 Academician Koptug ave, Novosibirsk, 630090, Russian Federation3Novosibirsk State Technical University, 20 K. Marksa ave, Novosibirsk, 630073, Russian FederationОпределение в сталях и сплавах содержания неметаллических включений и их распределения по размерам регламентировано выполнять трудоемкими и длительными металлографическим или электролитическим методами. Сейчас для решения этих задач развивается и начинает успешно применяться метод атомно-эмиссионной спектрометрии с искровым возбуждением и анализом спектров единичных искровых импульсов. Данный режим измерения уже реализован на промышленных спектрометрах с регистрацией интенсивностей спектральных линий фотоумножителями. Применение линейных твердотельных детекторов излучения вместо фотоэлектронных умножителей открывает новые возможности для снижения пределов обнаружения включений и определения их химического состава за счет информативности зарегистрированных спектров. Поиску новых алгоритмов обработки данных спектров посвящена настоящая работа. Для снижения пределов обнаружения в работе предложено использовать фон вокруг спектральной линии в качестве внутреннего стандарта. Для получения формы фона реализован способ фильтрации спектров, содержащих вспышки интенсивности спектральных линий. Использование фона в качестве внутреннего стандарта позволило снизить среднеквадратическое отклонение интенсивности спектральной линии в ее зависимости от времени на 10-50 %. Для снижения погрешности определения концентрации растворённой доли элемента предложено применять дополнительный интегральный спектр, соответствующий растворённому содержанию элемента. Эти решения приводят к снижению пределов обнаружения неметаллических включений и погрешностей определения концентраций растворенной и нерастворенной долей элемента.Ключевые слова: атомно-эмиссионный спектральный анализ, спектрометры, многоэлементные твердотельные детекторы, линейки детекторов, неметаллические включения, анализ сталей и сплавовDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2016.20.4.00
Assessment of the Capabilities of Using a Two-Jet Arc Plasma for Direct Analysis of the Samples of Different Nature
No full textАНАЛИЗАТОРЫ МАЭС С ЛИНЕЙКАМИ ФОТОДЕТЕКТОРОВ БЛПП-2000 И БЛПП-4000 В СЦИНТИЛЛЯЦИОННОЙ АТОМНО-ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ
No full textFor the development of “Grand-Potok” spectral systems and rapid high-sensitivity scintillation atomic emission spectrometry, the “VMK-Optoelektronika” company created a new BLPP-2000 photodetector linear array. Testing of the array as part of “Grand-Potok” spectral system had shown its advantages over a BLPP-369М1 array in recording scintillations of the gold Au 267.595 nm analytical spectral line. Further studies of the BLPP-2000 detector revealed the need to increase the spectral resolution of the system. For this, a new BLPP-4000 photodetector linear array has been developed. It was expected that its use would improve the resolution of the Grand spectrometer over the entire wavelength range, but a reduction in the sensitivity of the spectrometer could be possible. The objectives of this study were to experimentally compare the resolution and signal-to-noise ratio of the “Grand-Potok” spectral system using BLPP-2000, BLPP-4000, and BLPP-369М1 photodetector linear arrays and contrast the obtained results with the characteristics of the higher-resolution Grand-1500 spectrometer with BLPP-2000, which had shown good performance in determination of noble metals in geological samples with complex matrix. The data on the intensities and widths of the spectral lines were obtained from the spectra of the standard samples of various compositions and used to compare the signal-to-noise ratio and spectral resolution of the systems. The study showed that the use of the new MAES analyzers based on BLPP-4000 linear photodetector arrays in the Grand spectrometer increased the resolution of the instrument by a factor of two, while the signal-to-noise ratio of the instrument decreased by a factor of 4-6, leading to the deterioration of the detection limits in the scintillation arc atomic-emission spectrometry. Nevertheless, Grand spectrometers based on BLPP-4000 could be used instead of higher-resolution Grand-1500 spectrometers without deterioration of the detection limits as its aperture is 5–20 times higher. In addition, the signal-to-noise ratio and the resolution in Grand spectrometers with BLPP-369M1 detector arrays used in analytical laboratories could be increased by replacing the detectors with BLPP-4000 arrays.Keywords: Grand-Potok spectral system, MAES high-speed analyzer, spectral resolution, geological samples, scintillation atomic emission spectrometry(Russian) DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2019.23.1.005A.A. Dzyuba1,2, V.A. Labusov1,2,3, and S.A. Babin1,21Institute 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 FederationДля развития спектрального комплекса «Гранд-Поток» и экспрессного высокочувствительного метода сцинтилляционной атомно-эмиссионной спектрометрии предприятие «ВМК-Оптоэлектроника» создало новую высокочувствительную линейку фотодетекторов БЛПП-2000, которая была испытана в составе спектрального комплекса «Гранд-Поток», где были показаны ее преимущества при регистрации вспышек аналитической спектральной линии золота Au 267.595 нм по сравнению с линейкой БЛПП-369М1. В ходе дальнейших исследований детектора БЛПП-2000 была выявлена необходимость увеличения спектрального разрешения комплекса. Для этого была разработана новая линейка фотодетекторов БЛПП-4000, с использованием которой ожидается улучшение разрешения спектрометра «Гранд» во всём диапазоне длин волн, но возможно снижение чувствительности определений. Целью данной работы является экспериментальное сравнения разрешения и отношения сигнал-шум (ОСШ) спектрального комплекса «Гранд-Поток» с применением линеек фотодетекторов БЛПП-4000, БЛПП-2000 и БЛПП-369М1, а также сопоставление полученных результатов с характеристиками более высокоразрешающего спектрометра «Град-1500» с линейками БЛПП-2000, который зарекомендовал себя при определении благородных металлов в геологических пробах со сложной матрицей. В ходе работы из спектров стандартных образцов различного состава были получены данные об интенсивностях и ширинах спектральных линий, по которым проведено сравнение ОСШ и спектрального разрешения комплексов. Исследование показало, что применение новых анализаторов МАЭС на основе линеек БЛПП-4000 в спектрометре «Гранд» позволит увеличить разрешающую способность прибора в два раза, ОСШ прибора при этом снизится в 4-6 раз, что приведет к ухудшению пределов обнаружения в САЭС. Несмотря на это, спектрометр «Гранд» на основе БЛПП-4000 можно использовать вместо более высокоразрешающего «Гранд-1500» без потерь в пределах обнаружения, т.к. его светосила в 5-20 раз выше. Кроме того, возможно увеличение ОСШ и разрешающей способности в спектрометрах «Гранд», используемых в аналитических лабораториях с линейками БЛПП-369М1, путём замены детекторов на линейки БЛПП-4000.Ключевые слова: спектральный комплекс «Гранд-Поток», быстродействующий МАЭС, спектральное разрешение, геологические пробы, сцинтилляционная атомно-эмиссионная спектрометрияDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2019.23.1.00
Algorithm of Background Shape Calculation in a Sequence of Atomic-Absorption Spectra with a Continuous Radiation Source
No full text
