直读光谱：应用边界不断扩大——访德国斯派克分析仪器公司产品经理王彦彪

德国斯派克分析仪器公司（SPECTRO），恰如其名，以光谱及光学技术见长；其研发生产的直读光谱仪及电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和X射线荧光光谱仪（XRF），广泛应用于工业 、研究 和学术 领域中的材料元素分析。其中，直读光谱一直是斯派克的主要支柱产品线，基于强有力的研发实力，斯派克不断的推出新产品、新技术，技术不断迭代进步。可以说，斯派克是直读光谱技术创新的重要代表者。

随着光电技术的发展，如今，光电直读光谱仪已经成为光谱技术的重要发展领域，为近现代材料科学及其他科学领域的发展做出了重要贡献。世界第一台商品化光电直读光谱仪于1946年问世，至今已经70多年。如今，直读光谱分析已成为一项成熟的分析技术，几乎所有的钢铁企业、有色金属企业、铸造及机械加工企业，以及其他采用金属及其合金进行加工的行业都利用直读光谱仪进行生产过程及产品质量控制。

那么，直读光谱仪目前发展如何，未来又“何去何从”？带着这些问题，仪器信息网采访了斯派克产品经理王彦彪，请其向用户介绍公司的直读光谱产品以及其对直读光谱技术未来发展趋势等的看法。

德国斯派克分析仪器公司产品经理 王彦彪

斯派克： 40+年直读光谱技术创新之路

斯派克1979年成立之时即推出了直读光谱仪，早期产品的配置是光电倍增管检测器+多光栅光学系统。1994年，推出了UV-PLUS自循环净化的紫外光学系统，代替真空系统；现在公司的各个系列产品还都在应用该系统。1998年，推出了 采用CCD检测器的直读光谱仪。2007年，推出了混合动力的光电倍增管+CCD的SPECTROMAXx 系列产品。2019年推出高端旗舰产品SPECTROLAB S，采用了CMOS检测器+UV-PLUS自循环净化的双光学系统配置。

SPECTROLAB S                               SPECTROMAXx

SPECTROLAB S以及SPECTROMAXx 两个系列是斯派克目前主推的产品，特别需要提到的一点是，SPECTROMAXx系列现在已经发展到了第十代产品，SPECTROMAXx10。其所拥有的主要创新技术，就是刚刚提到的：多光学系统，把紫外检测区和长波检测区分到两个光学系统里面；检测器从早期的光电倍增管已经发展成全部采用CMOS固态检测器。

王彦彪表示，引入CMOS固态检测器技术，彻底改变了高端电弧/火花分析技术的走向及未来，使得直读光谱仪器的工作效率和经济性得到了不断提高。此外，结合全新设计的软件包，给用户带来了更多功能性、可定制的易用性。在待机模式下氩气消耗可减少50%，在测量样品时可减少13%。通过快速分析程序可以在12秒完成对一些关键金属中的主要合金元素的分析；高纯铜的痕量元素检出灵敏度提高了30%。

未来：在应用需求领域实现技术突破

王彦彪认为，过去10年来，光电直读光谱技术的发展方向是在检测器的升级和更新方面。例如，2007年斯派克在SPECTROLAB M10上采用了混合动力即光电倍增管+CCD检测器，它既具备了光电倍增管的高灵敏度，同时 CCD检测器可以实现全谱功能，使得仪器的灵活性和检测能力大大提升。2019年推出的LAB S，互补金属氧化物半导体固态检测器（CMOS）搭载了成熟的集成电路检测器技术，可以达到或超过光电倍增管技术的性能优势。

技术进步永无止境，王彦彪表示。直读光谱仪是光机电等技术一体化的产品，需要各领域技术的共同发展。相关技术在不断的发展和演化，如，1965年光电倍增管应用到光谱仪上；现在采用了CMOS技术，为后续光电直读光谱的发展奠定了良好基础；基于其全谱检测能力，可以实现更多的应用。之前，可以在光电倍增管上实现一部分的夹杂物和相态分析的研究，具备了 CMOS全谱功能之后，再加上最新对用户开放的软件系统，可以实现对所有的谱线和仪器检测参数进行自主设定和研发，这样一台高端直读光谱仪就可以像ICP-OES一样实现全检测范围的检测能力，给用户提供更广阔的应用空间。

未来，光电直读光谱技术会在实际应用需求领域实现突破。王彦彪谈到，随着技术的发展，光电直读光谱技术正一步一步解决以前无法想象、无法解决的分析项目。如，高纯金属分析，1992年之前是无法用直读光谱来实现的；氮氧氢等气体元素的检测，现在也可以通过直读光谱技术得到了完善解决。将来，相态分析、夹杂物分析或者其他用户特殊的分析需求，也会通过直读光谱检测能力的不断延伸来达成，并且使这些分析工作成为普及性的、日常化的分析项目。

独特赛道：快速金属检测，20秒全元素覆盖

文章一开始就介绍到，除了直读光谱仪，斯派克的元素分析产品还有XRF、ICP-OES，其技术与应用近年来也得到了快速发展。那么，直读光谱市场是否受到冲击？直读光谱应该如何走出自己独树一帜的道路？

对此，王彦彪指出，XRF、ICP-OES是不同的应用方向。相对来讲，XRF是无损分析技术。ICP-OES主要应用在溶液分析，侧重点微量含量元素的检测。而直读光谱仪的优势在于快速金属检测，目前它可以实现现有的各种金属材料的全元素快速分析。一般来讲，单次分析只需20秒左右，可检测元素从周期表氢元素开始一直到镧系、锕系等稀土元素全部覆盖；也就是说单次20秒钟左右的时间内，可以把金属材料中的所有元素都分析出来，包括氮氢氧等气体元素，这是直读光谱最大的优势。

直读光谱的分析对象是金属材料，那么金属材料相关的行业，如，初级冶炼，包括钢铁冶炼和有色金属冶炼、贵金属冶炼和提纯等，细分包含电解铝、电解铜、铅锌锡等有色金属以及高纯金、银等贵金属；其次是合金制造领域和金属材料应用领域，合金制造包括提供给机械、汽车等行业的一些合金材料的熔融炼制；材料应用方向就更加广泛了，大的方向就是汽车行业，以及机械制造、航空、航天、铁路、船舶等金属材料相关的应用领域。

王彦彪介绍到，斯派克的直读光谱解决方案主要面对各大企业的理化检测实验室，直读光谱仪是其化学分析的主要手段。一些研究机构、高校分析中心，以及质检和商检，也都是斯派克重要的用户。最为亮眼的成绩，或者说斯派克正在拓展、看好的应用领域是新能源车，如，新能源车领域的领头企业，比亚迪汽车，去年在它全国不同的附件制造厂和整车厂，应用了将近30台斯派克的仪器，今年也配套了8台 SPECTROMAXx 系列仪器作为材料分析的主要手段。

后记

访谈中，王彦彪也表示，国产光电直读光谱技术的发展水平与我们国家的基础应用研究处于同一个发展阶段，国产的仪器厂家也取得了长足的进步。目前，国产光电直读光谱已经拥有了广大的用户群，对于材料分析研究工作也具有了一定的能力，这为将来的快速发展打好了基础。当然，向高端应用方向发展，国产光电直读光谱还需要在核心的光学系统研发以及光谱分析基础应用研究等方面开展大量的、深入的工作。