CN102012369B - 一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，该系统包括一电加热的石英管和氩气源，所述发生系统还包括一溶液雾化器、一气液分离及气体混合器，一水封，一氢气发生器；所述溶液雾化器连接氩气源和气液分离及气体混合器，所述气液分离及气体混合器分别与氢气发生器、电加热的石英管以及水封相连通。本发明具有火焰稳定、原子荧光灵敏高、样品雾化效率高的优点，并具有连续进样的特点，使得其分析仪器能通过延长测量时间来减少测量误差，以获得理想的测量精密度和检出限。

Description

一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统

技术领域：

本发明涉及一种原子荧光光谱分析装置，尤其涉及原子荧光分析装置中的原子荧光发生系统。

背景技术：

原子荧光光谱法(AFS)是介于原子发射光谱(AES)和原子吸收光谱(AAS)之间的光谱分析技术；它是使用激发光源照射含有一定浓度的待测元素的原子蒸气，从而使基态原子跃迁到激发态，发出原子荧光；测定原子荧光的强度即可求得待测样品中该元素的含量。

原子荧光是原子光谱的重要分支，其优点是光谱干扰少，因为样品中的待测原子要经过吸收和发射两个过程，因而很多的原子荧光元素分析不使用色散系统，而只用相应的狭带滤色片或者只用截止滤色片，利用初级光源的调制来区别不同待测元素的原子荧光信号。

本领域人士众所周知，原子荧光分析仪器就原子化方法而言主要有氢化物发生原子荧光分析方法和直接进样原子荧光分析法，氢化物发生原子荧光法采用专用的氢化物法原子化器，直接进样原子荧光法采用其它原子化器。目前，国内外仅有非色散氢化物原子荧光光谱仪已商品化。

原子荧光分析在我国得到较广泛的应用，原西北冶金地质实验室郭小伟研究员的工作成果，把氢化物原子荧光引入原子荧光分析，由于氩氢火焰的光散射小，而且经过氢化物发生的过程，许多共存物被排出反应器，极大地减少了在原子化荧光中产生的光散射的分子组分，提高了某些元素的检出限指标，但其最大的局限就是能测的元素少了。

氢化物法原子化方法是基于在含砷、锑、铋、硒、碲或锡的酸性溶液中加入硼氢化钾，使上述各元素形成氢化物，当氢化物引入氩氢焰被原子化时可以得到较高的灵敏度。它使用一种专门的氢化物法的原子化器，它的主要部分是一个电加热的石英管，当硼氢化钾与酸性溶液反应生成氢气被氩气带入石英炉时，氢气将被点燃并形成氩氢焰。由于氢化物法方法的局限，能发生氢化物的元素较少，目前仅能测量As、Sb、Bi、Ge、Sn、Se、Te、Hg、Zn、Cd共11种元素。

发明内容：

本发明针对现有氢化物发生原子荧光分析方法所存在的能测元素少等缺点，而根据直接进样原子荧光分析法，设计出一种性能灵敏，稳定，且能够连续雾化的原子荧光发生系统，该系统使得测量元素不受氢化物法的局限，可增加至测量30多种元素。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，该系统包括一电加热的石英管和氩气源，所述发生系统还包括一溶液雾化器、一气液分离及气体混合器，一水封，一氢气发生器；所述溶液雾化器的氩气入口连接氩气源，在出口处形成负压，使溶液雾化器吸入溶液，并雾化为水气混合物；该水气混合物进入到气液分离及气体混合器中，所述气液分离及气体混合器分别与氢气发生器、电加热的石英管以及水封相连通；在气液分离及气体混合器中水气混合物中的大颗粒液滴与汽雾分离，其中大颗粒液滴向下储存于与水封相连的气液分离及气体混合器底部，所述汽雾与氢气发生器产生的氢气混合，并进入到电加热的石英管中燃烧检测。

所述氩气源在溶液雾化器的氩气入口处形成压力为0.2Mpa左右的氩气。

所述气液分离及气体混合器上设有汽雾入口、混合气体出口、气体入口以及废液出口；所述废液出口设置在气液分离及气体混合器底部与水封接通，所述气体入口设置在气液分离及气体混合器的顶部与氢气发生器相接，所述汽雾入口斜向上设置在气液分离及气体混合器的上部，所述混合气体出口为便于汽雾收集的喇叭状，并向上斜向于汽雾入口设置在气液分离及气体混合器的上部，且与电加热的石英管连通。

所述水封包括一盛水的广口水封杯，其底部设置有一入口，并与气液分离及气体混合器底部的废液出口连通；所述广口水封杯的上部设置有一出口，该出口可连通废液收集容器。

所述电加热的石英管由石英管以及缠绕在石英管管壁外部的电热丝组成，所述电热丝用于加热石英管内的混合气体，所述石英管为由外环通道和内环通道组成的双通道石英管，所述外环通道上设有混合气体入口与气液分离及气体混合器上的混合气体出口接通，所述内环通道内设在外环通道内，并设有辅助氢气入口，可用于连接助燃氢气。

根据上述技术方案得到的本发明具有以下几个特点：

1、高效雾化：气液分离器内，雾化出口斜向一个喇叭形出口，非常利于汽雾的收集。

2、高稳定火焰：特制的水封使得废液畅通流出，因为水封杯的广口，废液从气液分离器流入水封杯时不会产出洪吸而导致水封内无水现象，在普通的管道水封中，常因洪吸现象使得水封通道中无水而丧失水封功能，本发明可避免洪吸的干扰，使系统内气体压力保持稳定，保证了火焰的稳定。

3、高效原子化：气液分离及气体混合器出口和电加热的石英管外环通道入口相连接，有效地加热了进入石英管的汽雾，一方面，使得加热的气体在火焰中高效原子化，另一方面也使得汽雾不再成为水滴而阻塞管路，也保证了火焰稳定；

4、原子荧光量子效率高：本发明使用氩气(Ar)作为载气，氢气(H₂)作为燃气，火焰为氩氢火焰，可获得较大的荧光量子效率，且不含有高浓度的淬灭剂。

本发明由于同时具有高效雾化、高稳定火焰、高效原子化、原子荧光量子效率高的优点，使得其仪器分析连续雾化的原子荧光成为现实，分析仪器不仅能可进行大量元素原子荧光测量，同时可以获得理想的测量精密度和检出限。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本系统的结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的目的在于提供一种可进行大量元素测量，并且性能灵敏、稳定以及能够连续雾化的原子荧光发生系统，该系统同时具有火焰稳定、原子荧光灵敏高、样品雾化效率高的优点，并具有连续进样的特点，使得其分析仪器能通过延长测量时间来减少测量误差，以获得理想的测量精密度和检出限。

基于上述目的，本发明的结构如图1所示，本发明提供的发生系统主要包括溶液雾化器100、气液分离及气体混合器200，水封300、电加热石英管400、氢气发生器和氩气源(其为本领域公知技术，图中未给出)等几部分。

其中溶液雾化器100包括毛细管101、玻璃雾化通道102、氩气入口103、以及雾化出口104。氩气入口103设置在玻璃雾化通道102上，用于连接氩气源；而毛细管101设置在玻璃雾化通道102中，雾化出口104连通气液分离及气体混合器200。氩气源能够为氩气入口103提供压力为0.2Mpa左右的氩气，从而使得在雾化出口104处形成负压，该负压将驱使毛细管101吸入溶液，并在雾化出口104喷出，使得溶液雾化为水气混合物，并进入到气液分离及气体混合器200进行分离和混合。

气液分离及气体混合器200具有气液分离和气体混合双重功能，主要由外管201和安置在其内的内管202组成。在气液分离及气体混合器200的底部设置有一废液出口203气通过废液管204连通到水封300。在气液分离及气体混合器200的顶部设置有气体入口205，通过相应的通气管208连接氢气发生器。在气液分离及气体混合器200的上部设置有一汽雾入口206，该汽雾入口206斜向上设置在气液分离及气体混合器中的内管202的上部，并与溶液雾化器100的雾化出口104连通，以便雾化后水气混合物能够进入到气液分离及气体混合器200中。气液分离及气体混合器200在与汽雾入口206相对并斜向上的位置设置有一混合气体出口207，该混合气体出口207具体设置在气液分离及气体混合器200中的内管202上，为便于汽雾收集的喇叭状，并通过导气管209与电加热石英管400连通。

本发明中的水封300的主体301为一广口水封杯301，其内部盛有用于实现水封的水304，其底部设置有一入口302，并与废液管204连通，实现与气液分离及气体混合器200底部的废液出口203连通；广口容器301的上部设置有一出口303，该出口可连通废液收集容器。当气液分离及气体混合器200中液面过高或其内部压力过大时，气液分离及气体混合器200内的废液排入广口水封杯301中，广口水封杯301中超出上部出口303的废液将排出废液桶。

本发明中的电加热石英管400由石英管402以及缠绕在石英管402管壁外部的电热丝401组成。电热丝401用于加热石英管402内的混合气体。本发明中的石英管402为由外环通道404和内环通道403组成的双通道石英管，其中外环通道404的底部设有混合气体入口405与导气管209连通，实现与气液分离及气体混合器200上的混合气体出口207接通，其顶部的出口处417即为一燃烧处，用于形成氩氢火焰408。内环通道403内设在外环通道404内，并在其底部设有辅助氢气入口406，可用于连接助燃氢气。

根据上述技术方案得到的本发明具体实施如下：

使用时首先打开氩气源和氢气发生器，并将氩气压力调至0.2Mpa，氢气流量调至200ml/min，毛细管101放入测试溶液中，溶液雾化器100即可进行连续雾化，雾化后的水气混合物进入到气液分离及气体混合器200，并分离成大颗粒液滴和汽雾，其中大颗粒液滴向下储存于气液分离及气体混合器200的底部形成废液。当气液分离及气体混合器200中液面过高或其内部压力过大时，气液分离及气体混合器200内的废液排入广口水封杯301中，广口水封杯301中超出上部出口303的废液将排出废液桶。

由于氢气发生器提供的氢气流量为200ml/min，所以分离出来的汽雾与氢气在气液分离及气体混合器200中充分混合，并通过混合气体出口207进入到电加热石英管400的外环通道404中。

这时可在电加热石英管400出口407处点燃，形成氩氢火焰408，雾化的样品在氩氢火焰中被原子化，另外辅助氢气从电加热石英管400中的内环通道403上的辅助氢气入口406进入电加热石英管400的内环通道403并和外环通道404中进入的雾汽混合燃烧。

本发明中为了保证高效雾化，在气液分离及气体混合器200内，汽雾入口206斜向上设置，而混合气体出口207为喇叭状，与汽雾入口206相对并斜向上设置。这样的设计非常有利于汽雾的收集，同时由于汽雾入口206到混合气体出口207的距离相对增大，也就减少了汽雾的液化，保证雾化的效率。

为了获得稳定的火焰，一方面要保证水封的有效及废液排出的畅通，另一方面要保证气路的通畅。为了保证水封的有效及废液排出的畅通，使用了特制的水封300连接到气液分离及气体混合器200的下部废液出口203，使得废液畅通流出，因为水封杯为广口，废液从气液分离及气体混合器200流入水封杯301时不会产出洪吸而导致水封内无水现象，在普通的管道水封中，常因洪吸现象使得水封通道中无水而丧失水封功能，本发明可避免洪吸的干扰，使系统内气体压力保持稳定，保证了火焰的稳定。

为了保证气路的通畅，除有效气液分离外，还通过电加热石英管400，加热通过的混合气体和在石英管中形成的水滴，再次蒸发为气体，保证了气路的通畅，从而保证了火焰的稳定。

本发明由于采用了连续雾化方法、特制的水封杯、独特的气雾收集方式、独特的管路加热方式，和采用原子荧光量子效率较高的氩氢火焰，使得本发明的连续雾化型原子荧光发生系统，同时具有高效雾化、高稳定火焰、高效原子化、原子荧光量子效率高的优点，使得其仪器分析连续雾化的原子荧光成为现实，分析仪器不仅能可进行大量元素原子荧光测量，同时可以获得理想的测量精密度和检出限。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，该系统包括一电加热的石英管和氩气源，其特征在于，所述发生系统还包括一溶液雾化器、一气液分离及气体混合器，一水封，一氢气发生器；所述溶液雾化器的氩气入口连接氩气源，在溶液雾化器的雾化出口处形成负压，使溶液雾化器吸入溶液，并雾化为水气混合物，溶液雾化器的雾化出口连通气液分离及气体混合器；该水气混合物进入到气液分离及气体混合器中，所述气液分离及气体混合器分别与氢气发生器、电加热的石英管以及水封相连通；在气液分离及气体混合器中水气混合物中的大颗粒液滴与汽雾分离，其中大颗粒液滴向下储存于与水封相连的气液分离及气体混合器底部，所述汽雾与氢气发生器产生的氢气混合，并进入到电加热的石英管中燃烧检测。

2.根据权利要求1所述的一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，其特征在于，所述氩气源在溶液雾化器的氩气入口处形成压力为0.2Mpa左右的氩气。

3.根据权利要求1所述的一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，其特征在于，所述气液分离及气体混合器上设有汽雾入口、混合气体出口、气体入口以及废液出口；所述废液出口设置在气液分离及气体混合器底部与水封接通，所述气体入口设置在气液分离及气体混合器的顶部与氢气发生器相接，所述汽雾入口斜向上设置在气液分离及气体混合器的上部，并与溶液雾化器的雾化出口连通，所述混合气体出口为便于汽雾收集的喇叭状，并向上斜向于汽雾入口设置在气液分离及气体混合器的上部，且与电加热的石英管连通。

4.根据权利要求1或3所述的一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，其特征在于，所述水封包括一盛水的广口水封杯，其底部设置有一入口，并与气液分离及气体混合器底部的废液出口连通；所述广口水封杯的上部设置有一出口，该出口可连通废液收集容器。

5.根据权利要求1或3所述的一种灵敏、稳定并能连续雾化的原子荧光发生系统，其特征在于，所述电加热的石英管由石英管以及缠绕在石英管管壁外部的电热丝组成，所述电热丝用于加热石英管内的混合气体，所述石英管为由外环通道和内环通道组成的双通道石英管，所述外环通道上设有混合气体入口与气液分离及气体混合器上的混合气体出口接通，所述内环通道内设在外环通道内，并设有辅助氢气入口，可用于连接助燃氢气。

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