可攜式光譜儀最新發展

 

刊登日期:2019/7/31
  • 字級

蘇秀麗/工研院材化所
 
匹茲堡分析化學和光譜應用展覽會議 (Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy;Pittcon )是全美最大規模的化學和光譜儀器博覽會,全世界約有1萬多家化學、光譜公司參展,對於分子或生物領域的科學家或研究學者而言,是一個獲取科學新知或了解最新化學分析儀器推薦的好地方。一般每年春季在美國舉辦,主要是由一個非營利組織--光譜協會(Spectroscopy Society)和匹茲堡分析化學家協會(Society of Analytical Chemists of Pittsburgh)共同主辦,今(2019)年剛好滿70周年。
 
Pittcon展覽會議除了化學和光譜領域外,也包含了食品安全、環境科學及藥物學等內容,整個展會進行方式包括有科學與教育會議、短期訓練課程、大會講座、海報展示和專業技術演講等。此外,在展覽會場亦展示有實驗室最新的分析儀器產品與設備,透過超過2,000多場次的專業技術演講,促使最新的研究或發展公開於世。本文即匯整會議或會場中有關可攜式光譜儀之內容做一介紹,藉以了解目前在可攜式或手持式光譜儀方面的發展情形。
 
可攜式或手持式光譜儀具有可現場快速檢測,無需將樣品送至實驗室,可大大提高效率等優點,尤其在面對複雜度高、昂貴且不易搬運的樣品時,可現場檢測的儀器更顯得額外重要。在可攜式或手持式光譜儀發展的同時,光學儀器大廠也開始思考實驗室的儀器也應該開發與可攜式或手持式儀器具相同優點的功能。然而,有趣的是,可攜式或手持式光譜儀的進步與發展,並未影響到實驗室儀器的銷售,主要是因為可攜式儀器開拓的是另一個新的市場,而非侵占原有的市場。這現象可由以下原因來解釋:實驗室儀器主要是由該領域的專業人士使用,使用需經過嚴謹的訓練,且對產生的光譜得進行解讀與了解,而可攜式或手持式儀器通常是設計給非該領域的人士使用,因此,使用上偏向容易上手,判讀簡易且快速檢測等優點,但此數據若需進一步確認,仍需送至實驗室分析,以獲得更可靠之數據,尤其是檢測結果須用於藥物的製造或執行法規時,更需謹慎處理。
 
可攜式或手持式儀器結合數學運算與資料庫應用於定性與定量上的模式,改變了以往的檢測習慣,使之可在現場進行快速分析與判讀。此設備常基於經濟性或安全性的考量而被使用,一般可分成四個重要的目的: ①有價物品的快速分析,如礦物的尋找與回收等;②快速安全性掃描,如反恐安全掃描、機場檢查、未知環境探勘等;③法規要求,如法規所規範的材料規格等;④純度與真偽的快速分析,如產品的真偽檢測等。
 
一般而言,可攜式或手持式儀器在解析度、訊雜比(S/N)等效能方面,會比實驗室儀器來得差,但在應用方面卻較廣,亦可為一般非專業人士使用。在2019年間,可攜式或手持式光譜儀(如XRF、Raman、near-IR)主要為幾個比較大型的儀器商所生產,價格約在2萬-5萬美金不等,在價格上有趨於降價的情形。此外,設備的大小更朝向微小與精緻化發展,功能仍能維持原來的效能,而價格較便宜的光譜波段為400-1050 nm方面的設備,因此範圍的波長,材料取得較容易,故價格有趨於平價的現象。另外,光譜的檢測,也從點分析方式朝向面的分析方式發展,如高解析光譜影像產品的出現,擴大了非均質性樣品以光譜反射法檢測的可能性。以下將簡單介紹手持式X射線螢光分析儀、手持式雷射剝蝕誘導光譜儀、可攜式拉曼光譜儀、可攜式近紅外線光譜儀及可攜式高解析光譜影像儀的最新發展情形。
 
手持式X射線螢光分析儀( Handheld X-ray Fluorescent Analyzer;HXRF)
手持式X射線螢光分析儀(圖一)自1990年早期分析油漆中的鉛含量開始以來,目前已廣泛應用在各種元素測試上。例如,石油化學領域中,原油或石油產品中硫的分析;化學工業中,無機、有機原料或產品中元素的分析;醫藥領域中,原藥中雜質的分析;農業、食品業中,有關食品原料中元素的分析等,皆可找到
     
圖一、(A)手持式 X 射線螢光分析儀(HXRF);(B)HXRF 檢測不鏽鋼;(C)HXRF 檢測焊接材料
圖一、(A)手持式 X 射線螢光分析儀(HXRF);(B)HXRF 檢測不鏽鋼;(C)HXRF 檢測焊接材料
 
其應用的例子。而自2007年以來,矽漂移偵測器(Silicon Drift Detector)技術發展後,大幅提升x-ray螢光計數率,使得效能改善不少,偵測極限至少可降低1個級數以上,且分析的速度更快---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。 

分享