[發明專利]一種基于等離子體表面波激發的痕量元素檢測裝置

有效

• 申請號: 201710579736.2
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107422025B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 李壽哲;白陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/68
• 分類號: G01N27/68
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發明提供一種基于等離子體表面波激發的痕量元素檢測裝置，屬于微量元素檢測領域，包括等離子體激發源發生系統、霧化系統、光譜檢測系統和冷卻系統。工作氣體從放電管的上游注入，表面波等離子體激勵器的能量耦合區域產生等離子體，且產生的表面波等離子體能夠延展至放電管出口端；待測液體樣品經氣動霧化裝置處理后形成氣相樣品，氣相樣品由引入口通過石英引入管引入到表面波等離子體中，待測樣品中的元素經表面波等離子體激發產生特征光譜，由光纖探頭在光譜檢測的觀測窗口接收，并傳送到光譜儀，計算機分析待測樣品的特征激發譜線，實現對待測樣品中痕量待測元素的定性和定量分析。本發明能夠提高微波等離子體對氣相樣品的承受力，裝置結構簡單、操作方便。

技術領域

本發明屬于微量元素檢測領域，涉及一種檢測樣品中痕量的重金屬或非金屬成份的光譜儀，具體涉及一種用表面波等離子體作激發源的原子發射光譜儀。

背景技術

近年，有關重金屬和非金屬的污染事件屢見不鮮，且污染相當嚴重，對環境和生物的危害非常大。重金屬能通過食物鏈富集，進入人體，對人體器臟的傷害是不可逆的，從而造成死亡，非金屬污染同樣對人體有很大傷害，嚴重時也會導致死亡。這些污染的來源極其廣泛，涉及各行各業，主要包括金屬冶煉、燃燒、電池、機械加工、化工合成等工業污染源，農藥、肥料等過度濫用的農業污染源還有汽車尾氣排放、廢舊電池、破碎照明燈、生活污水等生活污染源。

現階段，關于重金屬的檢測方法也很多，目前使用比較廣泛的是以電感耦合等離子體作激發源的原子發射光譜儀，例如公開號為CN102759563B、CN103267754B、CN103196892B的發明專利均采用電感耦合等離子體原子發射光譜儀檢測樣品中的重金屬，但電感耦合等離子體作激發源，也有很大的局限性，一方面難以形成氦等離子體因而難以檢測非金屬元素，另一方面是在產生相同數值的電子密度和電子溫度時其功耗很大，氣耗量也大，作為檢測儀器運轉維護成本太高。所以電感耦合等離子體在實際的應用中有很大的局限性，不能被人們廣泛接受。近年來發明專利CN1174991A、CN1018864B介紹的微波等離子體光譜檢測裝置在一定程度上彌補了電感耦合等離子體原子發射光譜儀難以檢測非金屬及各種因素導致的成本費用昂貴的問題，也解決了傳統的微波等離子體對樣品的承受能力太低的缺陷，但是為解決承受力問題將樣品引入能量耦合裝置時，結構太復雜，不易操作，而且當功率過高時，放電管易發熱損壞，所造成的設備故障問題也沒有得到徹底的解決。

發明內容

本發明針對現有技術中痕量檢測設備的缺陷和不足，提出一種新的檢測裝置，該檢測裝置采用表面波等離子體激發源的樣品側向引入法。本發明不僅可以解決電感耦合等離子體光譜儀難以檢測非金屬元素和維護成本高的缺陷，還可以解決微波等離子體對樣品承受能力太低和放電管在大功率下易發熱損壞的問題，且儀器體系簡單，易于操作。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種基于等離子體表面波激發的痕量元素檢測裝置，該痕量元素檢測裝置包括等離子體激發源發生系統1、霧化系統2、光譜檢測系統3和冷卻系統4。

所述的等離子體激發源發生系統1是在大氣壓下通過等離子體表面波放電獲得的氬等離子體源，包括放電管7和表面波等離子體激勵器15，所述的放電管7垂直插入表面波等離子體激勵器15的耦合開口處。放電管7位于工作氣體流動方向上游處的管口為工作氣體進口5，放電管7內氣體流動的上游段的內管壁緊貼管壁放置一個中空金屬管6，中空金屬管6從工作氣體進口5處一直延伸到表面波等離子體激勵器15附近，使產生的等離子體主要分布于工作氣體的下游，不僅有利于待測氣相樣品的激發還能降低功耗。位于放電管7工作氣體流動方向下游處的管口為出氣口14，緊接出氣口14的位置放置一個具有和放電管7內徑相當的開孔的擋板13，擋板13用于改變放電管7出口端界面處的阻抗。在放電管7內氣體流動的下游段側壁上平行于軸線相距一定距離的位置處設有兩個開孔，兩個開孔在放電管7同側排布，靠近表面波等離子體激勵器15的開孔上串接一段石英引入管8，作為氣相樣品及其載氣的引入口9；另一個開孔用一個透明的石英片密封作為光譜檢測的觀測窗口12。