Исп аэс: Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой(ИСП-АЭС)

Новый подход к повышению точности анализа проб методом ИСП-АЭС при разведке, добыче и переработке ТПИ

Ключевые слова: благородные металлы, твердые полезные ископаемые, достоверность данных, ИСП-АЭС, интеллектуальный программный пакет IntelliQuant

М.И. Мельник —  коммерческий директор департамента лабораторно-аналитического оборудования ООО «Энерголаб», ведущий специалист по спектральному оборудованию

Надежность оценки содержания благородных металлов в материалах составляет едва ли не основную проблему технико-экономических расчетов, предполагаемых к разработке проектов, действующих технологий и спорных ситуаций в межотраслевых отношениях при производстве конечных продуктов. Кроме того, достоверность анализа при добыче и переработке твердых полезных ископаемых является важным фактором для эффективного управления технологическими процессами, для контроля качества концентратов и промежуточных продуктов переработки, для паспортизации конечной продукции.

Одним из важных и широко применяемых методов для геохимического анализа горных пород, руд и продуктов их переработки является атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой. Применение метода ИСП-АЭС обусловлено его многоэлементностью, возможностью одновременного определения микропримесей и макрокомпонентов пробы, низкими пределами обнаружения, экспрессностью.

На достоверность получения данных методом ИСП-АЭС влияет много факто-ров, среди которых — химическая подготовка образцов к анализу, т.к. для анализа требуется предварительный перевод пробы в раствор. Задача может осложниться при анализе образцов с неизвестным составом, поскольку изначально нет информации о составе матрицы. Также ограничением метода является наличие спектральных влияний, что сильнее всего проявляется в случае анализа проб со сложной матрицей. И нельзя забывать про еще один источник ошибок и погрешностей — человеческий фактор. Все эти проблемы зачастую приводят к необходимости выполнять повторные измерения проб.  

Онлайн опрос более 200 лабораторий, проведенный в 2019 году показал, что лаборатории выполняют повторный анализ в среднем до 15 % всех проанализированных на ИСП-АЕС проб. Существует множество причин, вызывающих обеспокоенность относительно точности результатов: несоответствие требованиям контроля качества, проблемы с оборудованием, неполное разложение пробы, путаница с пробами и др.

Для решения большинства из этих проблем компания Agilent разработала и выпустила программный пакет IntelliQuant — мощный, специализированный, интеллектуальный инструмент, являющийся частью программного обеспечения новых моделей ИСП-ОЭС Agilent 5800 и 5900 (рис. 1), который позволяет лучше понимать элементный состав пробы и решать проблемы, перечисленные выше. Программный пакет IntelliQuant может использоваться для совершенствования традиционных методик количественного определения элементов или для получения полуколичественных результатов в короткий срок с минимальными настройками.

Рис. 1. ИСП-ОЭС Agilent модели 5800 и 5900

В процессе проведении анализа реальных проб IntelliQuant проводит быстрый сбор полуколичественных данных для элементов по всему спектральному диапазону для каждого образца и предоставляет исчерпывающую информацию о пробе, которую невозможно получить на других ИСП-АЭС. А при выполнении количественного определения элементов сканирование IntelliQuant обеспечивает быстрый анализ. На рисунке 2 представлены результаты записи полного спектра пробы и относительное содержание элементов, содержащихся в пробе. Эта информация используется для разработки методов, исключающих воздействие помех, определения коэффициентов разбавления и диапазона калибровки для каждого элемента, а также выбора обзора плазмы.

Рис. 2. Данные сканирования всего спектра, собранные IntelliQuant с полным набором аналитических данных о пробе

После завершения исследования полного спектра каждой пробы инструмент IntelliQuant проверяет данные и автоматически определяет длину волны, которая обеспечит лучший результат для каждого элемента. Алгоритм IntelliQuant определяет интенсивность пика аналита, стабильность локального фона пика и вероятность спектральных помех от других элементов, содержищихся в пробе. Инструмент IntelliQuant обеспечивает высококачественные достоверные результаты и при этом не требует от пользователя каких-либо спектроскопических знаний. Даже неопытные операторы могут быть уверены в том, что данные получены на основе измерений без влияния помех и находятся в допустимом диапазоне интенсивности, который можно измерить в режиме «Снимок».

По завершении получения данных о пробе IntelliQuant с помощью функции «звездной» рейтинговой оценки формирует список эмиссионных линий, наиболее оптимальных для проведения количественного определения каждого элемента, присутствующего в пробе. Такая «звездная» оценка каждой эмиссионной линии позволяет исключить любые возможные интерференции (рис. 3).

IntelliQuant автоматически определяет в пробе элементы, которые могут вызывать интерференции, что существенно облегчает выбор для целевых аналитов эмиссионных линий, свободных от наложений, что в дальнейшем используется для создания отчетов и настройки метода количественного определения элементов. Эмиссионные линии, подверженные возможному влиянию интерференций, отмечаются меньшим количеством звезд. Потенциальные интерференции можно увидеть в программном обеспечении при наведении курсора на красный знак вопроса. Кроме того, эта система помогает пользователям исключать из отчетов результаты, искаженные помехами.

Рис. 3. Звездная рейтинговая система выбора наиболее оптимальных эмиссионных линий аналита системой IntelliQuant

В качестве примера можно привести определение мышьяка в почвах по методике US EPA 6010, которая рекомендует использовать для количественного определения As эмиссионную линию 193,696 нм.

В отсутствии алюминия в образцах определению мышьяка по линии 193,696 нм ничего не мешает, фон низкий, что позволяет определять As с высокой чувствительностью и точностью (рис. 4).

Рис. 4. Количественное определение мышьяка в образце почвы по эмиссионной линии 193,696 нм в отсутствии алюминия

Присутствие алюминия в образце мешает определению мышьяка, значительно повышает фон и при количественном определении As по линии 193,696 нм приводит к заниженным  результатам (рис. 5, табл. 1).

Рис. 5. Определение мышьяка в образце почвы по эмиссионной линии 193,696 нм на фоне 5000 ppm алюминия








Название образца


Al 266,039 нм,%


As 188,980 нм,ppm


As 193,696 нм,ppm


As 197,198 нм,ppm

Образец почвы + 0 ppm Al

2,4

114,25

114,83

118,44

Образец почвы + 500 ppm Al

7,37

113,48

112,27

121,05

Образец почвы + 1000 ppm Al

12,51

115,25

111,98

124,24

Образец почвы + 2500 ppm Al

26,82

114,83

103,18

131,14*

Образец почвы + 5000 ppm Al

49,16

111,13

89,72*


140,00*

Табл. 1. Определение мышьяка в образцах почвы в присутствии алюминия

По результатам предварительного анализа проб IntelliQuant выдает рекомендации по выбору оптимальной эмиссионной линии для количественного определения мышьяка в образцах почв в присутствии алюминия (рис. 6, табл. 2).

Рис. 6. Рекомендации IntelliQuant по выбору оптимальной эмиссионной линии для количественного определения мышьяка в образцах почв в присутствии алюминия








Название образца


As 188 нм


As 193 нм


As 197 нм


Комментарии

Образец почвы + 0 ppm Al

«««««

««««


«

As 197: возможны интерференции от V 197,199 nm

Образец почвы + 500 ppm Al

«««««

«««

«««

 

Образец почвы + 1000 ppm Al

««««

««

«««

 

Образец почвы + 2500 ppm Al

««««

«

«

As 197: выброс по концентрации

Образец почвы + 5000 ppm Al

«««

«


«

As 197: выброс по концентрации

Табл. 2. «Звездный» рейтинг эмиссионных линий мышьяка при его определении в почве в присутствии алюминия

Данный подход применим и к любым другим пробам, другим аналитам и другим матрицам — IntelliQuant в полностью автоматическом режиме определит в пробе элементы, которые могут вызывать интерференции для целевых аналитов, и позволит сделать выбор эмиссионных линий аналита свободных от наложений. Соответственно, обеспечит точное количественное определение элементов в пробах с самыми сложными матрицами.

Метод ИСП-ОЭС часто применяется для предварительного полуколичественного анализа. Предварительный полуколичественный анализ используется для сравнения относительных значений концентраций элементов между партиями проб, оценки изменений содержания целевых компонентов в растворах, происходящих с течением времени, а также для определения границ градуировки по каждому из аналитов для более точного их количественного определения в последующем анализе. 

Пакет IntelliQuant Screening позволяет проводить быстрый полуколичественный анализ проб любой сложности и за 10–15 сек. идентифицировать, рассчитать и выдать данные о примерном содержании для более чем 70 элементов в неизвестных и неописанных пробах, что делает эту систему идеальным инструментом для скрининга образцов минерального сырья и рудных материалов, а также продуктов их переработки.

В ходе проведения быстрого полуколичественного анализа результаты отоб ражаются в виде периодической таблицы — «термокарты» и выделяются различными цветами, что позволяет пользователям сразу видеть присутствующие элементы и их примерную концентрацию (рис. 7).

Рис. 7. Пример визуализации результатов скрининга образцов в системе IntelliQuant

В настройках «по умолчанию» элементы с низкой концентрацией отображаются желтым цветом, в средней — оранжевым, в высокой — красным. Эти настройки могут быть изменены пользователем по своему усмотрению.

Функция IntelliQuant Smart Views позволяет использовать дополнительные графики для анализа тенденций. Новые возможности визуализации включают гистограмму и круговую диаграмму. Оператор может быстро переключаться между представлением результатов в виде кривой изменения концентрации и представлением в виде процентов от общего проанализированного содержимого проб. На рисунке 8 показаны результаты полуколичественного определения некоторых элементов в стандартном эталонном материале промышленного осадка NIST 2782 в виде процентного содержания в образце. Визуализация результатов позволяет пользователям быстро определять аномальные значения и их причину.

Табл. 8. Результаты полуколичественного анализа стандартного эталонного материала промышленного осадка NIST 2782

При анализе малоизученных проб с помощью вновь созданного метода количественного определения элементов можно параллельно продолжать их анализ с использованием IntelliQuant. Данные IntelliQuant позволят лучше исследовать возникающие помехи, которые могли отсутствовать в пробах на момент разработки метода. Эти аналитические данные помогут усовершенствовать метод за счет выбора дополнительных длин волн или устранить обнаруженные спектральные помехи с помощью метода скоростной автоматической аппроксимации кривых (FACT) или метода поправки на межэлементное влияние (IEC).

Если результаты слишком высокие, это может быть связано со спектральными помехами со стороны другого элемента. Если результаты низкие, а тем более слишком низкие, то это уже может быть связано с ошибкой при пробоподготовке или с неправильным подбором кислот для вскрытия проб. IntelliQuant позволяет выявлять подобные проблемы.

Например, результат количественного определения бария оказался ниже ожидаемого. Не исключено, что высокий уровень сульфатов в пробе мог вызвать осаждение бария еще до начала измерения. Сера может не определяться в рамках количественного метода, однако ее можно обнаружить и определить полуколичественным методом с помощью IntelliQuant.

Другой пример — если во время растворения образца добавлено неправильное количество кислоты или, например, вообще забыли добавить соляную кислоту, то это может привести к неправильному разложению образца и в дальнейшем может негативно отразиться на результатах анализа. Данную ошибку очень трудно обнаружить. IntelliQuant позволяет выбрать представление результатов с пометкой, указывающей на низкое содержание или отсутствие хлора в пробах и, соответственно, проконтролировать эффективность разложения образца еще до создания отчета по анализу. Такой же подход может быть использован для большинства кислот, применяемых при разложении образцов.

IntelliQuant — это действительно мощный интеллектуальный инструмент, который позволяет значительно повысить точность при анализе проб горных пород, руд и продуктов их переработки. И хотя IntelliQuant является частью программного обеспечения Agilent 5800/5900 ИСП-АЭС, его возможности не ограничиваются применением только к пробам для ИСП-АЭС. IntelliQuant позволяет проводить интеллектуальную обработку данных в пробах при анализе методами ИСП-МС, ААС и даже для титрования. 

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» № 3/сентябрь 2020 г.

Теги:

благородные металлы,

твердые полезные ископаемые,

достоверность данных,

ИСП-АЭС,

интеллектуальный программный пакет IntelliQuant

Атомно-эмиссионная спектрометрия

www. perkinelmer.com

Атомная спектроскопия

Атомно-спектроскопические методы (атомно-спектральный анализ) позволяют получить информацию о качественном и количественном составе исследуемого образца.

Областью спектроскопических методов для исследования материалов является оптическая атомно-эмиссионная спектроскопия (ОЭС или АЭС). Термин «оптическая» остался в связи с тем, что в прошлом данная методика основывалась на визуальном исследовании области спектра. Применялись такие компоненты как линзы и зеркала. Атомная спектроскопия занимается взаимодействием электромагнитного излучения и свободных атомов, т.е. атомами в газовой сфере.

В атомной спектроскопии встречается либо эмиссия (свечение), либо абсорбция (поглощение), либо комбинация обоих эффектов (атомная флуоресценция).

Атомная эмиссия

Искровые спектрометры используют физические принципы атомной эмиссии. Электроны свободных атомов возбуждаются до определенного энергетического состояния. Посредством этого возникает электромегнитное излучение (свет), который используется для характеристики исследуемого материала.

Линейный спектр

В атомной спектрометрии в отличии от молекулярной спектрометрии имеет место так называей линейный спектр. Эти линии представлены посредством узко ограниченной области. В качестве примера приведены атом-эмиссионные спектры Hg и Fe УФ-области.

 

  (Атом-эмиссионный спектр Hg)                                                                                 (Атом-эмиссионный спектр Fe)

Эти спектры, посредством положения (длины волны) и силы свечения (интенсивности) эмиссионных линий, предоставляют информацию во первых о типе атома и во вторых о количестве соответствующего типа атома. Другими словами мы получаем информацию о качественном и количественном содержании.

Модель атома

Основание атомного спектра объясняется посредством модели атома Нильсона Бора (Niels Bohr) и позднее появившегося квантомеханического описания (орбитальной теории). Исходим из того, что атомы состоят из одного положительно заряженного ядра. На его орбите удерживаются отрицательно заряженные электроны. Чем дальше от ядра, тем более высок энергетический уровень этих электронов. При подведении термической или электрической энергии (например пламени или искры) электроны принимают дополнительную энергию и попадают на следующий орбитальный уровень. Через которткое время (наносекунды) электроны возвращаются обратно и отдают при этом лишнюю энергию например в виде свечения. Атом испускает излучение. Подобный эффект наблюдается в люминисцентных лампах. На рисунке отображено как электрон переходит с уровня E0 на уровень E2. Оттуда он может вернуться обратно на уровень E1 или E0.

Получаемая эмиссионная линия характеризуется частотой n или длиной волны:

Электромагнитный спектр

Область длин волн, в которой спектроскопическим методом определяются электромагнитные волны.

При очень коротких длинах волн речь идет о рентгеноспектроскопии. Электроны внутренних орбит вырываются из атома посредством сильного энергетического облучения. Рентгеноспектроскопия работает как правило с твердыми материалами.

При больших длинах волн мы попадаем к методам оптической спектроскопии, сначала в зону невидимого спектра УФ-области (200-400 нм), а затем в область видимого спектра от фиолетового (400 нм) до красного (800 нм). В данном случае электроны возбуждаются на внешних орбитах атома.

Возбуждение в плазме

Атомная эмиссионная спектрометрия позволяет исследовать газы, жидкости и твердые вещества. Если речь идет о твердом веществе или о жидкости, то сначала необходимо испарение и атомизация материала. Затем атомы газовой фазы электрически возбуждаются посредством подведенной энергии. Так возникает плазма, смесь атомов, молекул и заряженных частиц (ионов, электронов).

Для возникновения плазмы имеются различные возможности. Сначала исследовались материалы, которые испарялись и возбуждались с помощью пламени. Применение ограничивалось легко испаряемыми и возбуждаемыми элементами, что покрывало примерно пятую часть элементов. Это были в основном щелочные и щелочно-земельные элементы (например Na, Li, Ca, Mg). Для большинства других элементов требовались более высокии энергии. Подведение подобной энергии может быть осуществлено следующими способами:

— стационарный разряд (дуга, тлеющий разряд, полый электрод)

— нестационарные формы (искра, коронный разряд, лазер)

— временные источники тока/напряжения (индуктивно связанная плазма, микроволны)

Оптический эмиссионный спектрометр

Возбуждение

Искра представляет собой дискретный разряд. Искровой разряд может быть достигнут в различных фазах. Сначала энергия для искрового заряда поставляется накопительным конденсатором определенной емкости. Во время паузы между двумя искрами происходит заряд емкости (1). Каждая искра должна воспламениться. Это осуществляется при помощи импульса высокого напряжения в несколько киловольт (2). После этого устанавливается почти постоянное напряжение горения между электродом и исследуемым образцом (3). Искра горит несколько сотен микросекунд.

Чаще всего в качестве возбуждения в эмиссионных спектрометрах используется искра или дуга. Постоянная дуга может быть достаточно легко получена в атмосфере воздуха с помощью простого источника возбуждения (генератора). Однако искра в атмосфере аргона для количественного определения имеет целый ряд преимуществ по сравнению с дугой. Например нет такого явления, как окисленность образца и соответственно нет существенного изменения условий обыскривания во время процесса обыскривания тысячами искр. Благодаря этому достигается лучшая повторяемость по сравнению с возбуждением в дуге постоянного тока. Возбуждение в дуге используются как правило в мобильных спектрометрах для определения марки сплава.

Условия возбуждения искрового разряда раньше характеризовались тремя параметрами: емкостью С, индуктивностью L и сопротивлением R. Первые источники возбуждения были стационарными и располагались отдельно от прибора. Также, наряду с аналитическим искровым промежутком использовался вспомогательный искровой разрядник. Из-за этого были сложности с обеспечением постоянных условий возбуждения. Для долговременной стабильности в системах с подобными генераторами приходилось достаточно часто проводить мероприятия по контролю и вводить соответствующие поправки (проводить рекалибровку). Множество различных форм разряда, которые необходимы в многоматричных приборах, реализовать достаточно сложно. На сегодняшний день компания OBLF Spektrometrie GmbH использует источники возбуждения и твердотельные контуры проджига на полупроводниковой базе. Данные устройства характеризуются высокой повторяемостью, долговременной стабильностью и не требуют обслуживания.

Электрическая искра в атмосфере аргона способна возбудить большое количество элементов. Достигается высокотемпературная (более 10000 К) плазма. Данным методом возможно возбудить также такие неметаллы, как азот и кислород.

Искровой штатив

В искровом штативе между вольфрамовым электродом и исследуемым образцом возникают искры с частотой от 100 до 1000 Гц. Каждая искра вырывает частички металла из образца, которые должны быть по возможности полностью удалены из икровой камеры, чтобы обеспечить работу спектрометра без постоянных чисток штатива. Искровой стол имеет световой канал, по которому полученный световой сигнал попадает в оптическую систему. Световой канал и искровой штатив продуваются аргоном. Попадание воздуха из окружающей среды в искровой штатив ведет к ухудшению пятна обжига и соответственно к ухудшению воспроизводимости. Это особенно важно для коротковолновых элементов.

Материал искрового штатива должен быть износостойким. Это касается в первую очередь верхней пластиты штатива и противоэлектрода. В противном случае аналитический промежуток придется постоянно корректировать. В искровых штативах OBLF используются вольфрамовый электрод и верхняя пластина из инструментальной стали, которая не подвержена истиранию.

Раньше частота обыскривания составляла как правило до 400 Гц. В настоящее время генераторы позволяют выдавать импульсы с частотой до 1000 Гц. Тем самым существенно снижено время анализа.

Оптическая система

В настоящее время наиболее оптимальной компоновкой оптической системы считается исполнение по схеме Пашена-Рунге.

В искровой спектрометрии большое значение имеет такой параметр как спектральное разрешение. При хорошем разрешении мы уменьшаем наложение линий и тем самым вводим меньше корректировок. Очевидным плюсом является достоверность анализа. Спектральное разрешение зависит от фокальной длины, количества штрихов используемой дифракционной решетки, параметра линейной дисперсии, а также квалифицированно выполненой юстировки всех оптических компонентов. Раньше фокальные расстояния больше одного метра были не редкость. Однако чем больше оптика, тем сложнее обеспечить механическую стабильность системы. Кроме того в больших оптических системах сложнее осуществлять процесс вакуумирования. Изготовление дифракционных решеток с большим количеством штрихов на мм, и соответственно с большим теоретическим спектральным разрешением, сегодня не имеет никаких технических проблем. Правда нужно учитывать, что чем выше количество штрихов на мм, тем ограниченнее используемая область длинн волн. Для покрытия всех необходимых эмиссионных линий требуется охватывать спектральную область от 120 до 800 нм. В стационарных системах используется фокальный радиус от 500 до 1000мм и дифракционные решетки от 1200 до 3600 штрихов на мм. Благодаря этому в первом порядке достигаются показатели линейной дисперсии от 0,5 до 1 нм/мм. При ширине выходной щели в 15 мкм достигается спектральное разрешение порядка 7 пм.

Для обеспечения хорошей прозрачности для требуемой области длинн волн оптическая камера должна быть вакуумирована или продуваться соответствующим инертным газом. Вакуумирование имеет преимущество, которое заключается в том, что позиции длинн волн остаются независимыми от колебаний давления воздуха и состава газа. Тем самым гарантируется долговременная стабильность.

Оптическая система должна гарантировать стабильные значения. Для этого необходимо механически оптимальная компоновка системы, которая гарантирует позиционирование на уровне мкм. Позиция профиля время от времени проверяется и корректируется при помощи рефрактора входной щели или премещаемой входной щели. Кроме этого система должна быть независимой от внешних условий. К таким относятся температура и давление воздуха. В настоящее время стационарные оптические спектрометры термостабилизированы с точностью до десятых долей градуса.

Детекторы Начиная с 60-х годов в качестве стадартных детекторов в искровых спектрометрах используются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Существуют различные типы ФЭУ, которые обеспечивают оптимальную чувствительность в различных областях длинн волн. Перед спектрометрами могут быть поставлены сложные задачи, для решения которых потребуется большое количество каналов, и соответственно большое количество ФЭУ. При 50-ти канальном спектрометре задача размещения ФЭУ не тривиальна и требует квалифицированного подхода. На сегодняшний день имеется несколько типов конструкций ФЭУ. Диаметр 1 и ½ дюйма, поток света «боковой» или «прямой». Также есть типы ФЭУ, которые в определенной области длинн волн являются «слепыми». Такие фотоумножители используются для детектирования эмиссионных линий во втором порядке.

Кроме ФЭУ в искровой спектрометрии применяются также полупроводниковые сенсоры. Первоначально такие CCD-детекторы испльзовались в мобильных спектрометрах для определения марки материала. Первые системы работали с длинами волн от 190 до 600 нм. Используемые сенсоры находили примение и в других областях, например в качестве устройств для считывания штрих-кодов или в сканерах. Такие системы вследствие недостаточного спектрального разрешения в стационарных спектрометрах не применялись.

В эмиссионных спектрометрах на полупроводниковых сенсорах основным преимуществом является единовременное покрытие всего эмиссионного спектра. Данные системы ценятся за свою универсальность и гибкость. Решение многоматричных задач, и, что особенно важно, последующее расширение количества каналов достаточно легко реализуемо. Однако для применения в лабораторных искровых спектрометрах требуются полупроводниковые сенсоры, которые оптимизированы для спектроскопических задач. Во первых оптимальным вариантом является узкий и высокий фоточуствительный пиксель. Пиксель шириной около 10 мкм и высотой 1 мм полностью соответствует требованиям. Во вторых данные детекторы должны обеспечивать спектральную чувствительность в диапазоне волн от 130 до 800 нм. Как правило в областях меньше 250 нм стандартные сенсорные детекторы не обеспечивают необходимой чувствительности. Компания OBLF использует специально разработанные для оптической спектрометрии сенсоры.

Регистрация измерений

Класическая регистрация измерений интегрирует ток ФЭУ через заданное время с помощью конденсатора. В это время импульсы интегрируются и затем считываются как напряжение. Напряжение пропорционально интенсивности света и тем самым концентрации элемента в исследуемом образце.

В искровой спектрометрии обязательно использование так называемого внутреннего стандарта, так как с его помощью можно исключить влияние шума. В качестве внутреннего стандарта или другими словами канала сравнения используется одна или несколько эмиссионных линий основы.

Искровая плазма характеризуется температурой возбуждения на уровне 10000 K и выше. Это приводит к возбуждению и эмиссии множества атомных и ионных линий. Очень часто происходит эмиссия не только желаемых линий элементов, но также и эмиссия мешающих линий или высокое непрерывное фоновое излучение. Возбуждение подобной мешающей эмиссии зависит от условий плазмы. Таким образом, если определять желаемый аналитический сигнал в определенное временное окно искрового разряда возможно исключить многие негативные влияния. Для каждого измерительного канала можно задать так называемое «временное окно», когда будет измеряться данный элемент.

Для решения определенных задач OBLF применяют технологию GISS (Gated Integration of Single Sparks – Стробируемого Интегрирования Единичных Искр). GISS-технология регистрации в комбинации с обработкой интенсивностей единичных искр всех измерительных каналов в режиме реального времени вместе со спектроскопией временного разрешения делает возможными многочисленные дополнительные применения. Спектрометрия единичных искр (или PDA – pulse distributed analysis – анализ распределения импульса) предоставляет необходимую информацию о микроскопическом составе образца, о гомогенности пробы, о количестве растворённого и нерастворённого компонента (например, алюминия в стали), также позволяет обнаруживать и определять включения. Для обеспечения этих возможностей программное обеспечение спектрометра OBLFwin содержит дополнительные функции для распознавания непригодных проб или включений. Все данные о единичных искрах могут быть экспортированы на другой компьютер. Спектроскопия временного разрешения может уменьшить спектральную интерференцию и существенно улучшает пределы обнаружения ряда элементов по сравнению со стандартными спектрометрами. Она раскрывает новые возможности при анализе чистых металлов.

 

Атомная энергетика в Испании — Foro Nuclear

Атомная энергетика

Развитие ядерной программы в Испании началось в 1960-х годах , с разработки и запуска первой атомной электростанции Хосе Кабрера – наиболее известной как Зорита – в провинции Гвадалахара.

В настоящее время в Испании есть ядерные объекты, которые охватывают полный топливный цикл. Есть семи действующих ядерных реакторов: Almaraz I и II (Касерес), Asco I и II (Таррагона), Cofrentes (Валенсия), Trillo (Гвадалахара) и Vandellós II (Таррагона), завод по производству ядерного топлива в Хусбадо (Саламанка) и пункт захоронения радиоактивных отходов низкой и средней активности в Эль-Кабриль (Кордова).

В Испании есть мощная, опытная и технологическая промышленность

Наряду с этими ядерными объектами Испания имеет способную, экспертную и технологическую промышленность , которая не только поддерживает отличную работу испанских атомных электростанций, но также экспортирует продукты и услуги и является присутствуют во всем ядерном цикле более 40 стран.

Семь реакторов, которые в настоящее время работают в Испании, имеют важное значение для стабильности электрической системы, поскольку они всегда доступны

Атомные электростанции в эксплуатации

Испанский атомный флот состоит из семи действующих реакторов на пяти объектах , с общей валовой установленной мощностью 7 398,7 МВт (7 117 МВт нетто), что составляет почти 31% от общей установленной электроэнергии в стране. Каждый год этот парк вырабатывает от 55 000 до 60 000 ГВтч – более 20% электроэнергии, потребляемой в стране. На протяжении более десяти лет атомная энергетика была основным источником производства в нашей электрической системе.

Атомные электростанции гарантируют электроснабжение 24 часа в сутки, каждый день в году. Атомная энергия – это стабильный источник, работающий с базовой нагрузкой и не зависящий от внешних метеорологических факторов, способствующий управляемости и стабильности электрической системы. Именно по этой причине его глобальные операционные показатели исторически превышают среднемировой уровень — со значениями, близкими к 9.0%, хороший показатель степени его надежности, эффективности и доступности.

Действующие реакторы

  • АЭС «Алмараз I»
  • Атомная электростанция Алмараз II
  • АЭС Аско I
  • АЭС Аско II
  • Атомная электростанция Cofrentes
  • АЭС Трилло
  • Атомная электростанция Вандельос II
Атомная электростанция Owner company Type of reactor MWe capacity Start of commercial operation
Almaraz I Iberdrola (53%)
Endesa (36%)
Naturgy (11%)
PWR 1,049. 4 September 1983
Almaraz II Iberdrola (53%)
Endesa (36%)
Naturgy (11%)
PWR 1,044.5 July 1984
Ascó I Endesa (100% ) PWR 1,032.5 December 1984
Ascó II Endesa (85%)
Iberdrola (15%)
PWR 1,027.2 March 1986
Cofrentes Iberdrola (100% ) BWR 1,092 Март 1985
Трилло Ибердола (49%)
Naturgy (34,5%)
EDP (15,5%)
ENDESA (34,5%)
EDP (15,5%)
ENDESA (34,5%)
(15,5%)
. 1 066
August 1988
Vandellós II Endesa (72%)
Iberdrola (28%)
PWR 1,087.1 March 1988

 

The average annual operation of the Spanish nuclear fleet is около 8000 часов – из 8760 часов в году. По этой причине именно является технологией, которая работает в электрической системе больше всего часов. Атомные электростанции также имеют безопасную эксплуатацию. Эта безопасность является важнейшим приоритетом компаний-владельцев, о чем свидетельствует Интегрированная система наблюдения за предприятием (SISC на испанском языке) от регулирующего органа, Совета по ядерной безопасности (CSN).

Наряду с лидерством по выработке электроэнергии и часам работы, уместно подчеркнуть, что производство электроэнергии на АЭС составляет от 35% до 40% безэмиссионной электроэнергии, вырабатываемой в стране, что каждый год помогает избежать выброса в атмосфера около 30 миллионов тонн CO 2 . В настоящее время ядерная энергия является источником, который больше всего помогает избежать выброса загрязняющих веществ в атмосферу .

За последнее десятилетие атомная энергетика обеспечила одну пятую электроэнергии, которую мы потребляем постоянно, без перерывов и без CO 2

Атомные электростанции на стадии вывода из эксплуатации

В Испании две атомные электростанции в настоящее время находятся на стадии вывода из эксплуатации (Vandellós I и José Cabrera) и еще одна на стадии вывода из эксплуатации (Санта-Мария-де-Гарона):

  • Атомная электростанция Vandellós I (в Таррагоне) была остановлена ​​в 1989 году. С 2004 года она находится в латентном периоде (25-летний период ожидания до полного вывода из эксплуатации, запрограммированный на 2028 год).
  • Атомная электростанция Хосе Кабрера (Гвадалахара), более известная как Зорита, была остановлена ​​30 апреля 2006 года. В настоящее время она находится в процессе вывода из эксплуатации.
  • Атомная электростанция Санта-Мария-де-Гарона (Бургос) в настоящее время находится на стадии предварительного вывода из эксплуатации. 1 августа 2017 года Министерство энергетики, туризма и цифровых технологий объявило об отказе в обновлении разрешения на эксплуатацию.

Управление выводом из эксплуатации объектов атомной энергетики по окончании срока их эксплуатации осуществляет Национальная компания по радиоактивным отходам (Enresa).

  • АЭС Вандельос I
  • Атомная электростанция Хосе Кабрера (Зорита)
  • Атомная электростанция Санта-Мария-де-Гаронья

Атомная электростанция Санта-Мария-де-Гаронья

Другие ядерные объекты

Помимо действующих атомных электростанций, находящихся на стадии демонтажа и вывода из эксплуатации, в Испании есть еще два ядерных объекта:

  • Завод топливных элементов , собственность Enusa Industrias Avanzadas, расположенный в Джузбадо, провинция Саламанка.
  • Центр хранения низко- и среднеактивных отходов в Эль-Кабриль (Кордова), собственность Enresa.

Высокоактивные отходы временно хранятся на атомных электростанциях, в частности, в специально оборудованных бассейнах. Когда эти бассейны заполняются, отработавшее топливо помещается в сухое временное хранилище, также известное как ИТС.

  • Жузбадо, завод ТВС
  • Могильник «Эль-Кабриль»

Испания на пути к полному отказу от атомной энергетики к 2035 году

21 октября 2021 г.

Ожидается, что к 2030 году в Испании произойдет резкое сокращение мощностей атомной и угольной энергетики в пользу возобновляемых источников энергии.

В последнем отчете

GlobalData «Перспективы рынка электроэнергии Испании до 2030 г., обновление 2021 г. – рыночные тенденции, правила и конкурентная среда» обсуждается структура рынка электроэнергии Испании и приводятся исторические и прогнозные данные по мощности, выработке и потреблению до 2030 г. Приводится подробный анализ нормативно-правовой базы рынка электроэнергии страны, конкурентной среды и перечень крупнейших электростанций. В отчете также дается краткий обзор энергетического сектора страны по широким параметрам макроэкономики, надежности снабжения, инфраструктуре генерации, инфраструктуре передачи и распределения, сценарию импорта и экспорта электроэнергии, степени конкуренции, сценарию регулирования и будущему потенциалу. В отчет также включен анализ сделок в энергетическом секторе страны.

Испания находится на пути к завершению поэтапного отказа от атомной энергетики к 2035 году. Ожидается, что мощность ядерной энергетики в стране резко сократится с 7,1 ГВт в 2020 году до 3 ГВт в 2030 году. По состоянию на август 2021 года в стране было семь действующих ядерных энергетических реакторов, большинство из которых принадлежат и управляются Iberdrola и Endesa. В соответствии со своим Национальным планом по энергетике и климату на 2021–2030 годы правительство Испании планирует вывести из эксплуатации ядерные энергетические мощности в период с 2027 по 2035 год. Ожидается, что к 2030 году мощность ядерной энергетики снизится до 3 ГВт, а к 2035 году она будет полностью выведена из эксплуатации9.0003

По состоянию на 2020 год доля атомной энергетики в структуре производства электроэнергии в Испании составляла 22,5%. Ожидается, что эта доля снизится до 7,8% в 2030 году. Страна также постепенно выводит из эксплуатации угольные электростанции к 2025 году и постепенно выводит из эксплуатации мазутные электростанции к 2030 году, чтобы достичь своих целей по сокращению выбросов углерода. В 2020 году в стране уже начался процесс поэтапного отказа от использования угля путем вывода из эксплуатации около семи угольных электростанций совокупной мощностью 3,95 ГВт. Ожидается, что мощность газа останется почти неизменной с 2021 по 2030 год. Поэтапный вывод из эксплуатации угольных и атомных электростанций и постепенный вывод из эксплуатации электростанций, работающих на жидком топливе, будет компенсирован одновременным и постепенным увеличением мощности возобновляемых источников энергии.

Испания начнет поэтапный отказ от атомной энергетики в 2027 году. Из семи ядерных реакторов, имеющихся в стране, четыре планируется закрыть к 2030 году, а остальные три ядерных реактора прекратят работу к 2035 году.

Хотя Испания быстро продвигаясь к будущему зеленой энергии, поэтапный отказ от угля и атомных электростанций в короткие сроки может поставить под угрозу безопасность энергоснабжения страны. Страна уже является нетто-импортером электроэнергии с 2016 года, и ее импорт электроэнергии будет увеличиваться, если генерирующая пустота, вызванная поэтапным отказом от угля и атомной энергии, не будет заполнена возобновляемыми источниками энергии. Из-за прерывистого характера возобновляемых источников энергии стране придется вкладывать значительные средства в технологии накопления энергии после того, как уголь и атомная энергетика уйдут из структуры генерации.

Испания была одной из наиболее пострадавших стран мира из-за пандемии Covid-19. Чтобы сдержать распространение Covid-19, правительство Испании ввело в стране строгие национальные ограничения. Из-за этих блокировок пострадало большинство секторов в стране; однако больше всего пострадал сектор туризма и гостеприимства.

Что касается энергетического сектора, потребление электроэнергии в стране снизилось на 5,5% в 2020 году по сравнению с 2019 годом. Спрос на электроэнергию со стороны промышленных и коммерческих секторов значительно снизился из-за национальных ограничений. Производство оборудования для возобновляемых источников энергии также пострадало в стране из-за карантина. В марте 2020 года Vestas, крупный производитель ветряных турбин, остановила почти все производство на двух своих заводах в Испании. Siemens Gamesa, еще один крупный производитель ветряного оборудования, закрыл свой завод по производству лопастей и еще одно предприятие в Испании, а также временно прекратил всю свою деятельность на производственных предприятиях и ветряных электростанциях в марте 2020 года. В апреле 2020 года Nordex, немецкий производитель ветряных турбин, приостановила производственную деятельность в Испании из-за быстрого распространения Covid-19пандемии и связанных с ней ограничений.


Опубликовано

в

от

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *