アーク発光分光計の過去と現在

原子発光分光計といえば、多くの人はまずICP-AESやスパーク式直接読み取り分光計を思い浮かべるでしょう。アーク発光分光計について言及する人はほとんどいません。しかし、原子発光分光計の分野におけるベテランとして、この技術は過去数十年にわたり、地質調査、非鉄金属、材料科学といった分野における無機元素の定性分析および定量分析に大きく貢献してきました。

高性能な分析機器が広く普及している今日においても、粉末試料の直接分析や高感度といった利点から、銀、ホウ素、スズの定量分析において、この方法は依然として地質学分野で標準的に用いられています。地質学研究所にとって不可欠なツールであるだけでなく、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタルなどの高純度金属やそれらの酸化物中の不純物元素を検出するための標準的な推奨方法でもあります。

ますます大型化する古典的な分光器

まず、アーク発光分光法の「ベテラン」たちについて見ていきましょう。初期のアーク原子分光計は、発光スペクトルを写真乾板で記録する方式で、分光器と呼ばれていました。その歴史は1969年、北京北分瑞利分析機器（集団）有限公司の前身である北京第二光学機器工場が、1メートル平面回折格子分光器の開発に成功したことから始まります。このモデルは、今日でも多くの研究所でよく見かけられます。

1メートル分光器

この装置は、まるで几帳面な「暗室の達人」のようでした。操作は煩雑で（写真現像の工程が必要でした）、しかしその卓越した感度はアーク分光分析の基礎を築き、当時としては他に代わるものがありませんでした。大きな緑色の「筒」を備えた2メートルの回折格子分光器など、より大型のモデルもご覧になったことがあるかもしれません。

2メートル回折格子分光器

焦点距離2メートルの「大鏡」はどれほど印象的でしょうか？さて、下の巨大な鏡を見てください。焦点距離は3.4メートルと言われており、一般的な実験室には到底適していません。しかも、大きな励起光源も備えています。

3.4メートル回折格子分光器

3.4メートル回折格子分光器励起光源

複雑なデータ取得プロセス

分光器からデータを取得するのは、面倒で複雑な作業だった。まず試料を準備し、分光測定を行った。測定が終わると、写真乾板ホルダーを取り外し、暗室に持ち込んだ。薄暗い赤色の安全灯の下で、乾板は現像、定着、洗浄という工程を経た。これは白黒写真の現像と全く同じ工程だった。

入念に処理した乾板が、露光過多で真っ黒になってしまい、それまでの作業がすべて無駄になってしまうこともあります。あるいは、現像液や定着液に問題があったために、乾板が暗すぎたり明るすぎたりして使えなくなり、最初からやり直さなければならない場合もあります。

暗室

発光スペクトル線が非常に多いため、高倍率で観察し、対象元素ごとに分析線を一つずつ選別する必要があった。定量分析には、濃度計を用いてスペクトル線の密度を測定する必要があった。熟練した分析者にとっても容易な作業ではなく、初心者にとっては悪夢のようなものだった。スペクトル線をじっと見つめて目が疲れ果てても、特定できた分析線はほんのわずかだった。

イメージセンサーが写真乾板に取って代わる

技術の進歩に伴い、イメージセンサー技術は成熟し、様々な産業分野で応用されるようになりました。デジタルカメラがフィルムカメラに取って代わったように、イメージセンサーは従来の写真乾板に取って代わり、アーク発光分光法に革命をもたらしました。これらのセンサーは光電効果を利用して光信号を電気信号に変換し、最終的にデジタル化してコンピュータソフトウェアに直接表示します。これにより、従来の分光器における煩雑なデータ取得プロセスが不要になりました。

真の転換点は2011年から2014年の間に訪れた。BFRLアーク光源分光分析と光電子増倍管（PMT）を組み合わせた「直接読み取り」を実現する画期的なイノベーションであるAES-7000シリーズを発表しました。これにより、ユーザーはプレート処理や密度測定といった手間のかかる作業から解放され、効率が劇的に向上し、地質学や冶金学におけるこの技術の普及が加速しました。

AES-7000シリーズは高速でしたが、制限がありました。スペクトル線が固定されていたのです。2017年、BFRL次世代アーク発光分光計AES-8000の正式発売により、当社はさらなる飛躍を遂げました。この装置は、従来の1メートル回折格子分光器の長所である交流/直流（AC/DC）アーク励起、3レンズ照明システム、そして古典的なエーベルト・ファッシー光路を継承しつつ、信号検出には高性能CMOSセンサーを採用しました。完全に再設計されたAES-8000は、「存在を知る」段階から「すべてを見る」段階へと飛躍的な進歩を遂げました。操作が簡単で、高速かつ便利なAES-8000は、分光器ユーザーの悩みを直接解決し、新世代アーク発光分光計の主流製品として急速に普及しました。

✔ 性能面での飛躍的進歩：「エーベルト・ファッシー光学系＋CMOS検出器」の組み合わせを採用。CMOSの感度は通常のCCDの数倍であり、特許取得済みの光学系と組み合わせることで、背景干渉を最小限に抑えています。

✔ コアイノベーション：真のフルスペクトル分析。地質試料中の銀、錫、ホウ素などの元素を正確に測定するという業界の課題を解決しただけでなく、国家規格の精度要件も満たしました。

✔ スマートな体験：電極の自動位置合わせ、安全インターロック、ソフトウェアの自動バックグラウンド補正など、これらのインテリジェントな機能により、機器は正確であるだけでなく、より「ユーザーフレンドリー」で安全になります。

AES-8000 AC/DCアーク発光分光計

旧型とAES-8000の比較

古典から革新へ、そして再び古典へ。北京北芬瑞利分析機器（集団）有限公司のアーク発光分光計の開発における取り組みは、製品の改良が示すように、「技術リレー」という明確な道筋を反映している。同社は継続的な自己改善を通じて、インテリジェント技術の時代に「古来の」分析技術を蘇らせた。