CN102879331A

CN102879331A - 一种激光原位剥蚀分析用的微容积气溶胶样品池

Info

Publication number: CN102879331A
Application number: CN2012103674115A
Authority: CN
Inventors: 侯振辉
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: CN102879331B

Abstract

本发明提供一种激光原位剥蚀分析用的微容积气溶胶样品池，其包括一样品池腔（1），内部采取纺锤形结构，两底部盲孔（4），一进气孔（2），一出气孔（3）和一个密封圈挖槽（5），进气孔（2）分布于样品池右侧，出气孔（3）分布于样品池左侧，为无螺纹圆孔，带轴套快插接头一端插入后固定，另外一端可以和气体管路直接连接。本发明的样品池内部采用纺锤形和底部加洗对称盲孔的结构，以及进气孔垂直样品池表面的设计，使气体进入样品池后保持良好的气流动力学特性均匀高速的流过样品池内部空间，高效的把样品气溶胶输送出样品池。同时进气孔和出气孔采用快插接头，方便气路管线的接驳和日常维护，并且扩展了气体管路的适用范围。

Description

一种激光原位剥蚀分析用的微容积气溶胶样品池

技术领域

本发明属于仪器分析技术领域，具体涉及一种激光原位剥蚀分析用的微容积气溶胶样品池。

背景技术

激光原位剥蚀分析在现代分析检测中具有重要的地位，具有微区（微米级）、原位和实时（在线分析）的特点。样品需要在样品池内被高能量激光原位剥蚀，产生的气溶胶被载气（通常为氩气或氦气等惰性气体）输送至ICPMS或者MC-ICPMS等元素分析仪器，可以获得样品的微量元素含量或者同位素比值等信息。

目前使用的常规样品池，一般为激光剥蚀系统仪器厂家设计，内部为圆柱形空间，进气口和出气孔水平通过样品池中心，且二者在一条直线上，气体进入样品池后，大部分气体迅速通过中心狭窄区域被输送至出气孔，并且在样品池气流通道的中央两侧形成涡流，流速变缓。实际使用中，样品和标准物质被对称分布在中心线两侧，以减少元素分馏和质量歧视效应的影响。因此池内这种气流动力学特征不能够使样品气溶胶被快速送出样品池，使分析信号的灵敏度和精度受到影响。

激光剥蚀样品时通常仅对样品的表面（数十微米尺度）进行剥蚀，同时，现用常规样品池为简化设计，没有采用底部加洗盲孔的设计，整个样品均被放置于样品池空间中，由于激光仅对样品表面几十微米厚度进行剥蚀，因此实际上样品表面以下的大部分区域均为样品池无效使用空间，因此样品池现有设计上较大内部空间不仅增加了气溶胶在池内的滞留时间，而且可能形成更多的池内湍流，使其不能被快速输送出样品池。

常规样品池两端进气孔和出气孔均为中间有孔金属接头。金属接头一端以螺纹固定在样品池上，另外一端直接插入外部气体管线。但气体管线难以和金属接头脱离，在对样品池进行日常拆卸和清洗维护、以及更换气体管线的时候，操作上非常不便。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有良好气流动力学性能的激光剥蚀微容积气溶胶样品池，以解决现有技术中存在的问题。

本发明通过以下技术方案实现：一种激光原位剥蚀分析用的微容积气溶胶样品池，包括：

一样品池腔，其内部采取纺锤形结构，顶部有两个固定卡扣，和一个活动卡扣，以固定样品池密封顶盖；

两底部盲孔，一英寸直径，深一厘米，垂直分布于气流通道的中央两侧；

一进气孔，分布于样品池右侧，有螺纹孔，快插螺纹接头可旋入样品池该进气孔固定；

一出气孔，分布于样品池左侧，为无螺纹圆孔，带轴套快插接头一端插入后固定，另外一端可以和气体管路直接连接；

一密封圈挖槽，位于样品池上表面，该密封圈挖槽为圆形，密封圈埋于该密封圈挖槽内；

三个卡扣，一个为活动卡扣，两个位于样品池腔顶部，和活动卡扣一起固定样品池盖与样品池腔连接；

样品池的所述进气孔采用和样品池上表面垂直的进气方式，使气流进入样品池后迅速均匀分布流向样品池内部，最大程度减小了气流前进方向的垂向流速梯度，同时结合样品池纺锤形结构，气流在样品池内不会象常规样品池那样形成两侧对称涡流，而保持良好的气流动力学特性。

本发明的优点和积极效果为：

本发明的技术方案可以看出，样品池内部采用纺锤形和底部加洗对称盲孔的结构，以及进气孔垂直样品池表面的设计，减小了样品池内部容积，并使气体进入样品池后保持良好的气流动力学特性均匀高速的流过样品池内部空间，高效的把样品气溶胶输送出样品池。同时进气孔和出气孔采用快插接头，方便气路管线的接驳和日常维护，并且扩展了气体管路的适用范围。

附图说明

图1为样品池三维结构及三视图，图中：1-样品池三维结构；2-样品池进气孔；3-样品池出气孔。

图2为样品池三维结构及三视图，图中：4-样品池底部加洗盲孔；5-样品池密封圈槽；6-固定样品池盖的卡扣；图2（a）为X-样品池X方向视图；图2（b）为Y-样品池Y方向视图；图2（c）为Z（池内）-样品池内部Z方向视图；图2（d）为Z（池外顶部）-样品池顶部Z方向视图。

图3为样品池快插螺纹接头，图中：7-进气孔快插螺纹接头。

图4为样品池快插接头，图中：8-出气孔带轴套快插接头。

图5为样品池卡扣，图中：9-活动卡扣。

图6为本发明样品池内中心高度处速度场（单位m/s）以及流线分布（Fluent流体力学软件模拟）。

图7为本发明样品池垂直底面的中心横断面上速度场及流线分布（Fluent流体力学软件模拟）。

图8为原有常规样品池池内中心高度处速度场（单位m/s）以及流线分布（Fluent流体力学软件模拟）示意图，图中流线代表气流运动的方向。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施例作出进一步的说明。

样品池采用中间宽阔两端尖窄的纺锤形设计1（图1），相比较传统的圆形结构，这可以使池内气流保持良好的动力学特征（图6），也缩小了样品池内容积。

如图所示，激光剥蚀用微容积气溶胶样品池（图1），具体包括：

一样品池腔1，内部采取纺锤形结构，顶部有两个固定卡扣6，和一个活动卡扣9，以固定样品池密封顶盖。

两底部盲孔4，一英寸直径，深一厘米，垂直分布于气流通道的中央两侧。

一进气孔2，分布于样品池右侧，有螺纹孔，快插螺纹接头7可以旋入样品池进气孔2固定。

一出气孔3，分布于样品池左侧，为无螺纹圆孔，带轴套快插接头一端插入后固定，另外一端可以和气体管路直接连接。

一个密封圈挖槽5，位于样品池上表面，圆形。密封圈埋于槽内。

固定样品池盖的三个卡扣，两个为样品池本体固定卡扣6，一个为活动卡扣9。

样品池的进气孔2采用和样品池上表面垂直的进气方式，使气流进入样品池后迅速均匀分布流向样品池内部(图7)，最大程度减小了气流前进方向的垂向流速梯度，同时结合样品池纺锤形结构，气流在样品池内不会象常规样品池那样在气流通道形成两侧对称涡流（图8），而保持良好的气流动力学特性。

样品池采取底面加洗盲孔4设计，即在样品池中心垂直于气流方向，对称开挖直径约1英寸孔柱，深约1厘米。固态样品或者样品靶（通常为直径1英寸厚1厘米环氧树脂柱体）可以放置孔中，标准样品对称放置于另外一孔，空隙部分以软硅胶填充。本发明这种设计可以使样品池的内部容积比现有常规样品池缩小三分之二，减少了气溶胶在样品池的滞留时间，可以使气溶胶尽快被载气送出样品池。

样品池进气孔2采用大尺寸金属快插螺纹接头7，一端以螺纹固定在样品池上，另外一端可以将气体软管直接快速插入。大尺寸快插接头可以接入直径较大气体管路，增加样品池内气体流速，更有利于样品池内气溶胶的快速输出。样品池出气孔3采用带轴套快插接头8，轴套一端插入样品池出气孔3，另一端可以直接接入气体管路。快插接头有多种规格尺寸，这样就可以根据需要灵活的和各种外径气体管线连接。

样品池上表面（Z池外顶部视图）仍然采用和常规样品池相近的尺寸和结构，因此常规样品池上带有激光通透玻璃的上盖仍可以在本发明样品池上使用。

此外，样品池的使用需配合底部固定金属板、密封圈和玻璃密封盖使用。底部固定金属板，可以和样品池底部以螺丝连接固定，然后整体固定于分析平台上。密封圈埋入样品池表面密封圈挖槽，并略高于样品池上表面，橡胶材质。玻璃密封盖用于密封样品池，外围为金属圆环，内部放置激光通透玻璃，以使激光通过对样品进行剥蚀。

其中，进气孔和出气孔快插接头均采用符合德国劳氏标准的Festo快插接头。密封圈采用普通商用丁氰橡胶密封圈。样品池玻璃密封盖可以利用原有常规样品池顶盖。

具体操作过程如下：首先取下样品池玻璃密封顶盖，清洗样品池内部以及气体管路和快插接头，晾干。将进气管路和右端快插螺纹接头连接，出气管路和左端快插接头连接。将样品和标准物质分别放置于池内两侧盲孔，并使其上表面略高于样品池底部平面。安装样品池顶盖，旋紧活动卡扣以固定玻璃密封盖。通入载气，启动激光剥蚀分析样品。

图6为本发明样品池内中心高度处速度场（单位m/s）以及流线分布（Fluent流体力学软件模拟）。气流进入后，入口处形成明显高速区，撞击底面后，向四周近均匀扩散。近中心区域流速垂向梯度（Y方向）很小。气流在出口处汇聚，以较高的速度流出。从流线（黑线）可以看出，样品池内大部分区域流线规则有序，未形成漩涡，气流运动均匀顺畅。

图7为本发明样品池垂直底面的中心横断面上速度场及流线分布（Fluent流体力学软件模拟）。右侧气流入口处，由于高速气流被动改变方向形成明显的漩涡，但对下游流场几乎没有影响。在样品池内的大部分空间内，气流几乎水平运动，垂直方向的速度几乎为零，未形成漩涡。

图8为原有样品池池内中心高度处速度场（单位m/s）以及流线分布（Fluent流体力学软件模拟）示意图，图中流线代表气流运动的方向。高速气流平行进入样品池，由于气流发散以及出气孔附近气流撞击内壁，而形成池内涡流。在与出气孔相连的路径上流速最高，靠近样品池内壁附近流速比较高，而涡流中心附近流速最低，而这是样品和标准物质放置的位置，因此不利于激光剥蚀样品气溶胶的快速输送。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种激光原位剥蚀分析用的微容积气溶胶样品池，其特征在于：包括：

一样品池腔（1），其内部采取纺锤形结构，顶部有两个固定卡扣（6），和一个活动卡扣（9），以固定样品池密封顶盖；

两底部盲孔（4），一英寸直径，深一厘米，垂直分布于气流通道的中央两侧；

一进气孔（2），分布于样品池右侧，有螺纹孔，快插螺纹接头（7）可旋入样品池该进气孔（2）固定；

一出气孔（3），分布于样品池左侧，为无螺纹圆孔，带轴套快插接头（8）一端插入后固定，另外一端可以和气体管路直接连接；

一密封圈挖槽（5），位于样品池上表面，该密封圈挖槽（5）为圆形，密封圈埋于该密封圈挖槽（5）内；

三个卡扣，一个为活动卡扣，两个位于样品池腔（1）顶部，和活动卡扣一起固定样品池盖与样品池腔（1）连接；

样品池的所述进气孔（2）采用和样品池上表面垂直的进气方式，使气流进入样品池后迅速均匀分布流向样品池内部，最大程度减小了与气流前进方向相垂直方向上的流速梯度，同时结合样品池纺锤形结构，气流在样品池内不会象常规样品池那样形成两侧对称涡流，而保持良好的气流动力学特性。