CN103983620A - 封闭式原子化系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于便携式原子荧光光谱仪的封闭式原子化系统，包括原子化室，所述原子化室的上方安装有尾气排放口，光学窗安装于所述原子化室的侧壁上，原子化器安装于所述原子化室内部，所述原子化器的上边缘比所述光学窗的中心点低，原子化室气体入口伸出所述原子化室的侧壁外，用于与原子荧光光谱仪的气液分离器出气口相连。本发明结构简单、工作状态稳定可靠，对工作在野外环境复杂多变的便携式原子荧光光谱仪具有较佳的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及原子化系统领域，尤其是涉及用于现场检测的便携式原子荧光光谱仪的原子化系统领域。
背景技术
原子荧光光谱仪作为痕量及超痕量分析仪器已经广泛应用在食品安全、环境监测、地矿冶金等领域，其检测原理如下：
(1)待测样品的酸性溶液与碱性硼氢化钾溶液混合后反应，生成大量的氢气和待测元素的气态物质，例如砷元素生成砷化氢气体，硒元素生成硒化氢气体。
(2)氢气和待测元素的气态物质经过气液分离后进入原子化器；
(3)氢气在传输在原子化器的上方时被点燃，形成氩氢混合火焰，同时待测元素的气态物质在氩氢火焰中分解为基态原子，完成原子化过程；
(4)氩氢火焰中的基态原子在特征元素空心阴极灯的辐射下，其外层电子吸收特定波长的光能量发生共振跃迁，生成原子荧光。
(5)原子荧光被光电探测系统接收，经过放大和后续信号处理后，根据原子荧光的信号强弱就可以定量计算出待测元素的浓度，从而达到定量检测痕量及超痕量金属元素的目的。
原子化系统是原子荧光检测过程中关键要素之一，承担着将待测元素的气态物质原子化的重要作用。原子化系统工作状态的稳定与否直接决定了原子荧光检测结果的可靠性。决定原子化系统稳定性的两个关键要素是氩氢火焰和尾气排放系统。在原子化器正上方氩氢火焰的中心位置上，基态原子密度最大，生成的原子荧光强度也最大，是原子荧光的最佳观测位置。氩氢火焰的稳定对于原子荧光分析结果的准确性起着至关重要的作用，当氩氢火焰发生波动时，氩氢火焰的中心偏离光源的光路，辐射光源的有效利用率大幅下降，从而导致原子荧光强度急剧下降，影响分析结果的准确性。
在实验室中运行的原子荧光光谱仪普遍采用环境空气向原子化室内部自由扩散的形式，为氩氢火焰的燃烧提供助燃空气，助燃空气的补充自动完成。由于实验室的环境相对稳定，因此氩氢火焰也就相对稳定。但是，如果原子荧光光谱仪走出实验室，来到环境复杂多变的野外分析现场，上述通过自然扩散提供助燃空气的方式则会严重影响氩氢火焰的稳定，进而影响原子荧光分析结果的准确性。
在实验室中工作的原子荧光光谱仪，一般均采用独立的排风系统抽取分析过程中产生废气。原子荧光光谱仪的原子化室内部气体通过排风系统抽取并排放至大气中时，抽取气体的流量是一个影响氩氢火焰稳定性的关键因素。当抽取气体流量过大时，氩氢火焰的会变得更高更细，同时剧烈抖动，原子荧光光谱仪的分析灵敏度急剧下降，同时分析结果的重复性也变得更差。当抽取气体流量过小时，氩氢火焰的稳定性不会受到影响，但会导致废气无法有效排出，进而污染实验室环境，损害人体健康。对于在野外分析现场工作的便携式原子荧光光谱仪而言，由于功耗、体积、重量以及在实际运行上的问题，因此实验室中使用的排风系统已经不适用于便携式原子荧光光谱仪。
目前还未见有关于封闭式原子化系统的报道和专利。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种用于便携式原子荧光光谱仪的封闭式原子化系统。
为此，本发明的一种封闭式原子化系统，包括原子化室，所述原子化室的上方安装有尾气排放口，光学窗安装于所述原子化室的侧壁上，原子化器安装于所述原子化室内部，所述原子化器的上边缘比所述光学窗的中心点低，原子化室气体入口伸出所述原子化室的侧壁外，用于与原子荧光光谱仪的气液分离器出气口相连。
其中，所述尾气排放口上安装有涡轮风扇，所述涡轮风扇的出气口与尾气净化管相连接。
其中，所述涡轮风扇抽取气体的风量为1～30CFM，风压为1～50mmH2O。
其中，差压传感器安装于所述原子化室的侧壁上，所述差压传感器的端口A深入到所述原子化室的内部，端口B置于所述原子化室的外部，所述差压传感器与所述涡轮风扇电连接。
其中，所述差压传感器的安装高度介于所述尾气排放口和所述光学窗之间，测量范围为-100～100mmH2O。
其中，所述光学窗为多个，且均匀排布于所述原子化室的侧壁上。
其中，所述光学窗为直径为5～30mm的圆形石英双凸透镜。
其中，所述原子化器的上边缘比所述光学窗的中心点低5～15mm。
其中，所述原子化室为圆筒状，内径为20～100mm，所述原子化器安装于所述原子化室内部的中轴线位置。
其中，还包括空气管，所述空气管的一端为空气出气口，设于所述原子化器的下方，所述空气出气口向下，所述空气管的另一端为空气进气口，用于与空气源相连接。
本发明的有益效果在于：采用封闭式原子化室的设计，空气源为氩氢火焰的燃烧提供稳定的助燃气，解决了野外复杂多变的环境因素影响氩氢火焰稳定性的问题；以安装于原子化室上方的涡轮风扇和尾气净化管作为尾气排放系统，涡轮风扇根据原子化室内外部的压力差选择合适的转速抽取原子化室中产生的废气，解决了原子荧光光谱仪废气排放的现场化问题；利用光学窗作为激发光源的入光口和原子荧光的出光口，兼顾了原子化室的密封和原子荧光光路系统的设计。
本发明结构简单、工作状态稳定可靠，对工作在野外环境复杂多变的便携式原子荧光光谱仪具有较佳的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记说明
1-原子化室；2-尾气排放口；3-涡轮风扇；4-尾气净化管；5-光学窗；6-原子化器；7-空气出气口；8-空气进气口；9-电磁阀；10-原子化器气体入口；11-差压传感器。
具体实施方式
为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。
如图1所示，一种用于便携式原子荧光光谱仪的封闭式原子化系统，包括原子化室1、尾气排放口2、涡轮风扇3、尾气净化管4、光学窗5、原子化器6、空气出气口7、空气进气口8、电磁阀9、原子化器气体入口10和差压传感器11。
所述原子化室1的上方依次安装尾气排放口2和涡轮风扇3。所述涡轮风扇3的出气口与尾气净化管4相连接。
所述差压传感器11安装于原子化室1的侧壁上，安装高度介于尾气排放口2和光学窗5之间，其端口A深入到原子化室1的内部1～10mm，端口B置于原子化室1的外部。所述差压传感器11与涡轮风扇3电连接，涡轮风扇3根据差压传感器11检测到的原子化室1内外部的压力差自动选择合适的转速，抽取原子化室1中产生的废气。
所述光学窗5安装于原子化室1的侧壁上，所述光学窗5可以为多个，所述多个光学窗5在原子化室1侧壁的圆周上均匀排布，安装高度介于差压传感器11的端口A的下边缘和原子化器6的上边缘之间。所述多个光学窗5在本实施例中为八个。
所述原子化器6安装于原子化室1内部的中轴线位置，原子化器6的上边缘比光学窗5的中心点低5～15mm。所述原子化室气体入口10伸出原子化室1的侧壁外，与原子荧光光谱仪的气液分离器出气口相连。
空气管的一端为所述空气出气口7，设于原子化室1内部的中轴线位置，且处于原子化器6的下方，所述空气出气口7向下。空气管的另一端为空气进气口8，通过所述电磁阀9与空气源相连接。
所述原子化室1为圆筒状，内径为20～100mm。
所述涡轮风扇3抽取气体的风量为1～30CFM，风压为1～50mmH2O。
所述差压传感器11的测量范围为-100～100mmH2O。
所述光学窗5为直径为5～30mm圆形石英片。
更进一步地，所述光学窗5为直径为5～30mm圆形石英双凸透镜。
所述原子化室1的内壁加工有消光螺纹并采用亚光发黑处理。
所述电磁阀9为常开型，即在断电状态下，电磁阀处于导通状态。
上述用于便携式原子荧光光谱仪的封闭式原子化系统，分析模式为火焰法时，其工作过程举例说明如下。
(1)经过气液分离后的待测元素的气态物质、氢气和氩气自原子化器气体入口10进入原子化器6；同时空气源提供的空气以既定流量依次经过电磁阀9、空气进气口8和空气出气口7进入原子化室1，为氩氢火焰的燃烧提供助燃空气。
(2)氢气在原子化器6上方被点燃，形成稳定的氩氢火焰，待测元素的气态物质在氩氢火焰中生成基态原子。
(3)一个或多个激发光源的辐射光透过光学窗5，照射在基态原子上，生成原子荧光。
(4)生成的原子荧光透过光学窗5，被光电检测系统所接收，经过放大和后续信号处理后，根据原子荧光的信号强弱就可以定量计算出待测元素的浓度。
(5)在氩氢火焰燃烧的过程中，涡轮风扇3根据差压传感器11反馈的原子化室1内外的压力差自动选择合适的转速抽取废气，使原子化室1内部维持在一个稳定的正压状态，确保既能稳定氩氢火焰又能有效排除废气。
(6)涡轮风扇3抽取的废气通过尾气净化管4后排放至空气中。
上述用于便携式原子荧光光谱仪的封闭式原子化系统，分析模式为冷原子法时，其工作过程举例说明如下。
(1)经过气液分离后的待测元素的原子态物质、微量氢气和氩气自原子化器气体入口进入原子化器；冷原子法分析状态下不需要形成氩氢火焰，空气源不再提供空气，同时电磁阀关闭。
(2)待测元素的原子态物质流动至原子化器上方时，形成一个形状类似于氩氢火焰，但是肉眼不可视的原子云。
(3)一个或多个激发光源的辐射光透过光学窗5，照射在基态原子上，生成原子荧光。
(4)生成的原子荧光透过光学窗5，被光电检测系统所接收，经过放大和后续信号处理后，根据原子荧光的信号强弱就可以定量计算出待测元素的浓度。
(5)在检测过程中，涡轮风扇3根据差压传感器11反馈的原子化室1内外的压力差自动选择合适的转速抽取废气，使原子化室1内部维持在一个稳定的正压状态，确保既能稳定原子云又能有效排除废气。
(6)涡轮风扇3抽取的废气通过尾气净化管4后排放至空气中。
本发明通过空气源输入封闭式原子化室的设计，解决了野外复杂多变的环境因素影响氩氢火焰稳定性的问题；以直接安装于原子化器上方的涡轮风扇作为排风系统，根据差压传感器反馈的压差数据实时调整原子化室内的压力稳定，在确保火焰稳定的前提下，有效排出分析过程中生成的废气；以光学窗作为激发光源的入光口和原子荧光的出光口，可以满足原子荧光任意光路系统的设计要求，同时又保证了原子化室的密封型。本发明以封闭式原子化系统的设计解决了了原子荧光光谱仪现场检测时氩氢火焰不稳定和废气排放问题，结构紧凑，占用空间小，自动化程度高，完全能够满足便携式原子荧光光谱仪现场快速检测的要求，确保分析结果准确可靠，具有较佳的应用和推广价值。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种封闭式原子化系统，其特征在于，包括原子化室，所述原子化室的上方安装有尾气排放口，光学窗安装于所述原子化室的侧壁上，原子化器安装于所述原子化室内部，所述原子化器的上边缘比所述光学窗的中心点低，原子化室气体入口伸出所述原子化室的侧壁外，用于与原子荧光光谱仪的气液分离器出气口相连。
2.如权利要求1所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述尾气排放口上安装有涡轮风扇，所述涡轮风扇的出气口与尾气净化管相连接。
3.如权利要求2所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述涡轮风扇抽取气体的风量为1～30CFM，风压为1～50mmH2O。
4.如权利要求2所述的封闭式原子化系统，其特征在于，差压传感器安装于所述原子化室的侧壁上，所述差压传感器的端口A深入到所述原子化室的内部，端口B置于所述原子化室的外部，所述差压传感器与所述涡轮风扇电连接。
5.如权利要求4所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述差压传感器的安装高度介于所述尾气排放口和所述光学窗之间，测量范围为-100～100mmH2O。
6.如权利要求1所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述光学窗为多个，且均匀排布于所述原子化室的侧壁上。
7.如权利要求1所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述光学窗为直径为5～30mm的圆形石英双凸透镜。
8.如权利要求1所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述原子化器的上边缘比所述光学窗的中心点低5～15mm。
9.如权利要求1所述的封闭式原子化系统，其特征在于，所述原子化室为圆筒状，内径为20～100mm，所述原子化器安装于所述原子化室内部的中轴线位置。
10.如权利要求1所述的封闭式原子化系统，其特征在于，还包括空气管，所述空气管的一端为空气出气口，设于所述原子化器的下方，所述空气出气口向下，所述空气管的另一端为空气进气口，用于与空气源相连接。
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