[發明專利]基于輝光放電的等離子體發生裝置及構成的光譜檢測系統

有效

• 申請號: 201310732980.X
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103776818A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 段憶翔;李雪梅;孟凡英
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N21/73
• 分類號: G01N21/73
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

所屬技術領域

本發明屬于分析化學光譜分析領域，具體涉及一種基于輝光放電的等離子體發生裝置以及由其構成的等離子體激發光譜檢測系統，可應用于有機物、無機物的分析檢測。

背景技術

發射光譜檢測法是利用物質在激發躍遷過程中產生的特征譜線及其強度，實現對物質成分和含量的檢測。目前發射光譜檢測法常用的激發光源主要有直流電弧、低壓交流電弧、高壓電容火花和電感耦合高頻等離子體源。但這些激發光源的體積龐大、功率高、檢測成本高，難以實現小型化與便攜式，無法用于野外分析檢測。而且這些激發光源的溫度高，用于檢測有機物時易造成有機物的結構破壞，因此難以用于有機物的成分和含量測定。隨著檢測技術的發展，人們開始研究簡單、快速、低成本的便攜式發射光譜的激發光源。其中，大氣壓輝光放電等離子體的激發光源（等離子體發生裝置）的結構相對簡單，操作方便，成本低廉，產生的等離子體溫度低，在實際應用中的潛力尤為突出。

目前報道的大氣壓輝光放電等離子體發生裝置主要可以分為兩種類型。第一類大氣壓輝光放電等離子體發生裝置產生的等離子體，需要利用等離子體維持氣使其從出氣端口吹出。這一類的等離子體發生裝置，在等離子體的吹出過程中增加了氣體的消耗量，不利于實現裝置的便攜，而且等離子體與放電腔接觸，容易造成由活性物質與放電腔碰撞進而造成光譜信號損失，同時也影響等離子體的穩定性。而且維持氣體流速的增大縮短了活性物質在等離子體中的保留時間，使靈敏度降低。第二類大氣壓輝光放電等離子體發生裝置發出的檢測光穿過等離子體放電腔的腔壁（石英或玻璃等透明材質）然后被光纖收集，這種類型的等離子體發生裝置在長期使用的過程中，碳沉積在放電腔的腔壁，影響光的傳出，從而減弱檢測的信號。總之現有技術的大氣壓輝光放電等離子體發生裝置發射的等離子體作為激發光源依舊存在穩定性差，耗氣量大，使用壽命短，靈敏度低等問題，這些不利因素都限制著大氣壓輝光放電等離子體激發光源在便攜式儀器中以及在實際檢測中的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型的基于輝光放電的等離子體發生裝置以及由其構成的等離子體激發光譜檢測系統，以實現生產穩定性好、靈敏度高、壽命長、能耗低、耗氣量小的便攜式分析儀器。

本發明提供的基于輝光放電的等離子體發生裝置，其技術方案構成，包括兩個放電電極和位于發生裝置本體內依次連通的工作氣進氣腔、放電腔和緩沖腔，所述進氣腔為管腔結構，所述放電腔其垂直于工作氣進氣方向的一個方向中的一個側面為敞開結構，兩個放電電極相對設置在放電腔另一個方向的兩側面上，所述緩沖腔其面對工作氣進氣方向的一方為封閉面，工作氣體由進氣腔進入經位于兩放電電極之間的放電腔被電離后從放電腔敞開口排出。

在本發明的上述技術方案中，所述進氣腔的形狀可為沿進氣方向等矩形斷面的腔體，或為自進氣端口到出氣端口方向矩形斷面面積逐漸減小的腔體，或為沿進氣方向等圓形斷面的圓柱形腔體，或為自進氣端口到出氣端口方向圓形斷面面積逐漸減小的圓錐形腔體等形狀。

在本發明的上述技術方案中，當進氣腔為矩形斷面時，進氣腔出氣端口的寬度與高度之比最好在（0.001～200）:1范圍；當進氣腔為圓形斷面時，如圓柱形進氣腔、圓錐形進氣腔，進氣腔的出口半徑最好在0.001～200mm范圍。

在本發明的上述技術方案中，在工作氣進氣方向，所述緩沖腔的腔體軸線與放電腔的腔體軸線為平行，即兩者的軸線可以一致也可以相錯；緩沖腔于垂直工作氣進氣方向的斷面面積不小于放電腔的斷面面積，即緩沖腔的斷面面積可以與放電腔的斷面面積相等，也可大于放電腔的斷面面積。緩沖腔與放電腔敞開口相同的部位可以敞開也可以封閉。當進氣腔、放電腔、緩沖腔均為矩形斷面結構時，緩沖腔的寬度和高度可以大于、等于或者小于放電腔的寬度和高度，但當緩沖腔與進氣腔的寬度和高度相等時效果較佳。緩沖腔的長度與寬度之比可為（0.001～200）:1。當緩沖腔為敞開結構時，緩沖腔的出氣口的長和寬可以等于或小于緩沖腔內壁的長和寬，但寬度最好等于放電腔的寬度。

在本發明的上述技術方案中，設置在放電腔兩側的兩個放電電極，優先考慮位于連接進氣腔工作氣出口處，且使兩個電極的放電斷面與進氣腔的出氣端口兩側的內壁面在同一個平面上，以使工作氣取得更佳離子化效果。

在本發明的上述技術方案中，發生裝置本體的材質為絕緣材料，優先選用聚四氟乙烯、絕緣陶瓷片和石英中的一種，也可選用三者中的混合料。