[實用新型]一種基于微波耦合等離子體的原子發(fā)射光譜儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720861759.8
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN207163911U
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹彥波;于愛民
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N21/62
• 分類號: G01N21/62
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 王恩遠(yuǎn)

1.一種基于微波耦合等離子體的原子發(fā)射光譜儀，結(jié)構(gòu)有：氣體流量控制單元(1)、進(jìn)樣單元(2)、微波單元(3)、分光單元(5)、控制與檢測單元(6)、數(shù)據(jù)處理與顯示單元(7)和恒溫冷卻單元(8)，其特征在于，結(jié)構(gòu)還有MCP諧振腔單元(4)；其中氣體流量控制單元(1)用以精確控制各路氣體流量，并穩(wěn)定輸送至MCP諧振腔，構(gòu)成MCP的氣體要素，保持等離子體炬焰穩(wěn)定工作；進(jìn)樣單元(2)利用氣體流量控制單元(1)輸出的載氣經(jīng)霧化器將液態(tài)樣品霧化形成的氣溶膠輸送至MCP諧振腔的樣品管內(nèi)，或者由蠕動泵直接泵入氣態(tài)被測樣品至MCP諧振腔的樣品管內(nèi)；微波單元(3)用以提供連續(xù)輸出的功率可調(diào)的微波能量，構(gòu)成MCP的能量要素；并且，經(jīng)第一環(huán)形器傳輸微波能量至MCP諧振腔，并經(jīng)第二環(huán)形器實現(xiàn)MCP諧振腔單元產(chǎn)生的微波反射功率動態(tài)測量；MCP諧振腔具有嵌套同軸結(jié)構(gòu)，MCP諧振腔統(tǒng)合氣體要素和能量要素，所形成的等離子體多重復(fù)合、能量集中、功率密度高、高溫區(qū)長，炬形粗壯、準(zhǔn)直、穩(wěn)定，具有明顯的中央通道，對樣品的承受能力和激發(fā)能力強；分光單元(5)用以接收樣品激發(fā)后產(chǎn)生的光信號并形成光譜分析信號；控制與檢測單元(6)以微處理器為核心，用以控制各個系統(tǒng)并檢測光譜信號；數(shù)據(jù)處理與顯示單元(7)以計算機和打印機為核心，用以傳輸、處理、顯示和輸出光譜分析結(jié)果；恒溫冷卻單元(8)用以冷卻微波單元(3)，使之可以長時間穩(wěn)定輸出微波功率；

所述的MCP諧振腔單元(4)的具體結(jié)構(gòu)包括：外導(dǎo)體(41)、微波天線(42)、內(nèi)導(dǎo)體(43)、中管(44)、樣品管(46)、樣品入口(47)、工作氣入口(49)、維持氣入口(410)、屏蔽氣隔板(411)、屏蔽氣入口(412)、冷卻環(huán)(413)、屏蔽氣扼流錐(414)、阻抗匹配錐(415)以及由該諧振腔統(tǒng)合氣體和能量要素產(chǎn)生的微波耦合等離子體(416)；其中外導(dǎo)體(41)與內(nèi)導(dǎo)體(43)均為中空圓柱體，外導(dǎo)體(41)的內(nèi)表面與內(nèi)導(dǎo)體(43)的外表面共同構(gòu)成諧振腔的工作主體；微波天線(42)與內(nèi)導(dǎo)體(43)之間保持良好的電氣連接，微波能量以電磁耦合方式進(jìn)入腔體內(nèi)部；內(nèi)導(dǎo)體(43)內(nèi)部還有中管(44)，中管(44)為中空圓柱體；中管(44)內(nèi)部有樣品管(46)；樣品管(46)位于諧振腔的中心軸線上；樣品管(46)、中管(44)、內(nèi)導(dǎo)體(43)、外導(dǎo)體(41)為嵌套同軸結(jié)構(gòu)，并且樣品管(46)、中管(44)和內(nèi)導(dǎo)體(43)三者在諧振腔出口端面齊平，與外導(dǎo)體(41)形成完整的微波耦合等離子體諧振腔；樣品入口(47)位于樣品管(46)的末端，經(jīng)樣品管將樣品送入復(fù)合層流等離子體的中央通道進(jìn)行激發(fā)、電離，形成中央層等離子體；工作氣入口(49)位于中管(44)的下部靠近末端的位置，在中管(44)與樣品管(46)構(gòu)成的圓柱形空間，工作氣采用徑向進(jìn)氣方式通入，并以層流狀態(tài)從諧振腔的出口側(cè)端面流出，在端面微波電場作用下，形成中層等離子體；維持氣入口(410)位于內(nèi)導(dǎo)體(43)的下部靠近末端的位置，在內(nèi)導(dǎo)體(43)與中管(44)構(gòu)成的圓柱形空間，維持氣采用徑向進(jìn)氣方式通入，并以層流狀態(tài)從諧振腔的出口側(cè)端面流出，在端面微波電場作用下，形成外層等離子體；中央層、中層與外層等離子體一同形成三重復(fù)合層流微波耦合等離子體(416)；屏蔽氣隔板(411)位于微波天線(42)上方；屏蔽氣入口(412)位于外導(dǎo)體(41)上且位于屏蔽氣隔板(411)的上方，以外導(dǎo)體(41)內(nèi)腔的切線方向或徑向引入外導(dǎo)體(41)與內(nèi)導(dǎo)體(43)構(gòu)成的圓柱形空間；外導(dǎo)體(41)上部還有冷卻環(huán)(413)，采用水冷或氣冷的方式冷卻外導(dǎo)體(41)；屏蔽氣扼流錐(414)位于諧振腔出口端面內(nèi)部，用來約束屏蔽氣，外導(dǎo)體(41)的頂部端面與屏蔽氣扼流錐(414)的外壁密封；阻抗匹配錐(415)位于諧振腔出口端面上部，實現(xiàn)諧振腔的特性阻抗與自由空間阻抗近似匹配，阻抗匹配錐(415)是中空結(jié)構(gòu)，外部為圓柱體形狀或圓臺體形狀，中空部分為底端口徑小于頂端口徑的圓臺體，高度為所使用微波波長的1/4倍。