CN105866157A - 一种pm2．5重金属在线检测x荧光光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，包括：机柜、采样系统、PM2.5浓度测试系统、X射线发生系统、靶材切换系统、滤光片移动系统、标样移动系统、射线检测系统和自动控制系统，外界空气先流过采样系统中的滤纸带进行采样，然后滤纸带移动至PM2.5浓度测试系统处进行PM2.5浓度测试，最后滤纸带移动至X射线发生系统处，经光线照射产生激发射线，通过射线检测系统对激发射线进行检测。

Description

一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪

技术领域

本发明涉及X荧光光谱仪领域，特别是涉及一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪。

背景技术

随着工业发展推进了社会的现代文明，也带来了相当程度的危害，世界范围的地区都遭到了不同程度的污染，而中国的环境问题也不容乐观，尤其近年来京津冀地区时常笼罩在一片雾霾中。导致阴霾天气的主因被称为细颗粒物，即我们所说的PM2.5。PM2.5颗粒的动力学直径小于或等于2.5微米，在空气中悬浮数天也不会沉降。与粗颗粒相比，PM2.5颗粒直径小，接触面积大，容易附着更多空气中的重金属等有害物质，这种吸附了重金属的PM2.5颗粒可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害极大。所以对人体危害最大的不是颗粒物本身，而是颗粒物上吸附的重金属及各种有害化学物质。所以重金属污染的治理已经刻不容缓。

常见PM2.5自动监测仪器有：河北先河公司的XHPM-2000E型β射线法监测仪、武汉天虹公司的TH-2000PM型β射线法监测仪、美国热电公司的SHARP-5030型β射线法监测仪，美国热电公司的1045F型震荡天平法监测仪等，这些类PM2.5监测仪器只能测试PM2.5浓度，无法测试PM2.5中的有害重金属浓度。本申请为解决该问题提供了一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪。

发明内容

本发明的目的是提供一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，包括：机柜、采样系统、PM2.5浓度测试系统、X射线发生系统、靶材切换系统、滤光片移动系统、标样移动系统、射线检测系统和自动控制系统，外界空气先流过所述采样系统中的滤纸带进行采样，然后所述滤纸带移动至所述PM2.5浓度测试系统处进行PM2.5浓度测试，最后所述滤纸带移动至所述X射线发生系统处，经光线照射产生激发射线，通过所述射线检测系统对所述激发射线进行检测。所述标样移动系统用于移动标样，标样是标准样品，用于在实际测试之前做标定曲线，再将标准样品的测试曲线与实际测试结果进行比较。

所述靶材切换系统包括底座、第一滑轨、第一驱动电机、第一丝杠、第一滑块、第二驱动电机、靶材转动块、靶材和靶材限位装置，所述第一滑块安装在所述第一滑轨上，所述第一驱动电机固定在所述机柜上，所述第一滑轨固定在所述底座上，所述底座固定在所述机柜上，所述第一驱动电机驱动所述第一丝杠转动，所述第一丝杠驱动所述第一滑块在所述第一滑轨上滑动，所述第二驱动电机固定在所述第一滑块上，所述第二驱动电机带动所述靶材转动块转动，所述靶材限位装置在与所述靶材转动块接触时限制所述靶材转动块的转动，所述靶材转动块上安装有至少两个所述靶材且各靶材的安装角度不同。

进一步的，所述机柜由柜内水平安装的两个隔层分为上层、中层和下层，所述机柜前部设有柜门，所述柜门后的机柜上层竖直设置有核心安装板，所述核心安装板和所述柜门间有间隙。

进一步的，所述采样系统包括空气切割器、温度湿度传感装置、滤纸带、滤纸带密封装置、第三驱动电机、空气流量监控阀和抽气泵；所述空气切割器设置在所述机柜外，所述空气流量监控阀和所述抽气泵设置在机柜下层，所述温度湿度传感装置、所述滤纸带密封装置、所述第三驱动电机设置在机柜上层核心安装板上，所述空气切割器通过气管与所述温度湿度传感装置相连，所述温度湿度传感装置通过气管与所述滤纸带密封装置相连，所述滤纸带密封装置通过气管与所述空气流量监控阀相连，所述空气流量监控阀通过气管与所述抽气泵相连，所述滤纸带穿过所述滤纸带密封装置，所述滤纸带两端分别缠绕在转轴上，所述转轴设置在所述机柜上层的核心安装板上，所述第三驱动电机的输出轴与所述滤纸带一端缠绕的所述转轴相连。

进一步的，本发明还包括触摸屏和屏幕滑动组件，所述屏幕滑动组件带动所述触摸屏上下滑动。

进一步的，所述滤光片移动系统包括滤光片、第二滑轨、第二滑块、第二丝杠和第四驱动电机，所述滤光片安装在所述第二滑块上，所述第二滑块安装在所述第二滑轨上，所述第四驱动电机安装在所述核心安装板上，所述第二滑轨安装在所述核心安装板上，所述第四驱动电机驱动所述第二丝杠转动，所述第二丝杠驱动所述第二滑块在所述第二滑轨上滑动。

进一步的，所述标样移动系统包括标样、第三滑轨、第三滑块、第四滑块、第五驱动电机和第六驱动电机，所述第三滑块安装在所述第二滑轨上，所述第三滑块上设有与所述第二滑轨方向平行的齿条I，所述第三滑块上设有与所述齿条I方向垂直的第三滑轨，所述第四滑块安装在所述第三滑轨上，所述第四滑块上设有与所述齿条I方向垂直的齿条II，所述第五驱动电机通过齿轮与所述第三滑块上的齿条I啮合，所述第六驱动电机通过齿轮与所述第四滑块上的齿条II啮合。

进一步的，所述X射线发生系统包括光管组件、X光管高压电源和油冷系统，所述光管组件固定在所述核心安装板上，所述光管组件外部套装有油冷系统，所述X光管高压电源安装在所述机柜上层的底板上，所述光管组件与X光管高压电源连接。

进一步的，本发明还包括探测器准直器和光管准直器，所述光管准直器上设有对准孔I和对准孔II，所述对准孔I和对准孔II相互垂直，所述对准孔I与所述光管组件的出射光线对准，光管的出射光线通过所述对准孔I照射到所述靶材上，激发所述靶材产生射线，所述靶材激发的射线通过所述对准孔II照射样品，所述光管准直器上设有对准孔III，所述样品激发出来的射线通过所述对准孔III被所述射线检测系统接收，所述滤光片位于所述对准孔II与所述样品之间。

进一步的，所述PM2.5浓度测试系统包括β射线源和探测器I，所述β射线源采用C14放射源，且活度小于100μCi，所述探测器I采用光电倍增管，通过计数值反映β射线强度。

进一步的，本发明还包括第四滑轨、第五滑轨、第五滑块、第七驱动电机和第三丝杠，所述第四滑轨和所述第五滑轨安装在所述核心安装板上，所述滤纸带密封装置安装在所述第四滑轨上端，所述第五滑块同时安装在所述第四滑轨上和所述第五滑轨上，所述第五滑块与所述滤纸带密封装置间安装有弹簧，所述核心安装板上安装有第七驱动电机和第三丝杠，所述第七驱动电机驱动所述第三丝杠转动，所述第三丝杠驱动所述第五滑块在所述第四滑轨和所述第五滑轨上滑动。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明可以同时监测PM2.5浓度，和PM2.5中重金属含量，弥补了市场和技术上的空缺；本发明利用的二次靶技术具有消除了散射背景，可选择激发，测试精度高，能解决普通能谱所不能解决的特殊样品测试等优异功能，具有很强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例靶材切换系统示意图；

图2为本发明实施例核心安装板示意图；

图3为本发明实施例标样移动系统示意图；

图4为本发明实施例滤光片移动系统示意图；

图5为本发明实施例屏幕滑动组件示意图；

图6为本发明实施例机柜中层示意图；

图7为本发明实施例机柜下层示意图；

图8为本发明实施例重金属含量检测原理示意图；

图9为本发明实施例光管准直器示意图；

图10为本发明实施例光管准直器A向向视图；

图11为本发明实施例探测器准直器示意图；

图12为本发明实施例探测器准直器剖视图。

图中，包括：底座101、第一滑轨102、第一滑块103、第一驱动电机104、第二驱动电机105、靶材转动块106、靶材107、靶材限位装置108、第一丝杠109、核心安装板21、滤纸带22、转轴23、第三丝杠24、第五滑轨25、第四滑轨26、第五滑块27、弹簧28、滤纸带密封装置29、第四驱动电机31、第二丝杠32、第二滑块33、滤光片34、第二滑轨35、第五驱动电机41、第三滑轨42、标样43、第四滑块44、第六驱动电机45、第三滑块46、机柜51、触摸屏52、屏幕滑动组件53、散热器组件71、抽气泵72、空气流量监控阀73、风扇74和油泵75。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，包括：机柜、采样系统、PM2.5浓度测试系统、X射线发生系统、靶材切换系统、滤光片移动系统、标样移动系统、射线检测系统和自动控制系统，外界空气先流过采样系统中的滤纸带进行采样，然后滤纸带移动至PM2.5浓度测试系统处进行PM2.5浓度测试，最后滤纸带移动至X射线发生系统处，经光线照射产生激发射线，通过射线检测系统对激发射线进行重金属浓度检测。

外部空气在图7中抽气泵72的作用下通过吸气管路进入PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，图2上部管路中的流入空气流过滤纸带22进入下部管路，并通过滤纸带密封装置29对滤纸带22与流入空气接触部分密封，第三驱动电机带动转轴23转动，从而使完成采样的滤纸带先后经过PM2.5浓度测试系统和射线检测系统进行PM2.5浓度测试和重金属浓度检测。

如图5所示，机柜51由柜内水平安装的两个隔层分为上层、中层和下层，机柜前部设有柜门，柜门后的机柜上层竖直设置有核心安装板，核心安装板上安装有核心组件，核心安装板四周包围有屏蔽系统，核心安装板和柜门间有间隙；如图6所示，机柜中层包括各个开关电源、驱动器以及电路板；如图7所示，机柜下层包括散热器组件71、抽气泵72、流量监控阀73、风扇74和油泵75。

在实际测试之前，标样移动系统移动标样进行标定曲线测试，再将标准样品的测试曲线与实际测试结果进行比较。

PM2.5浓度测试系统包括β射线源和探测器，β射线源采用C14放射源，活度小于100μCi，探测器采用光电倍增管，通过计数值反映β射线强度。

目前市场上主流EDXRF仪器的基本结构为二维设计，X射线管被激发产生射线入射样品，继而产生样品荧光被探测器接收，再经谱处理分析，得到测试结果。有效X射线的传播被约束在一个二维平面内，这样的结构具有探测效率高，散射干扰小等优点，一直以来被业界所广泛采纳，但这种二维光路结构由于本身的技术缺陷——散射背景高，导致其在微量元素检测受到很大的限制。在此基础上，深圳华唯公司技术人员发明了一种偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪(授权公告：2014年12月17日，专利号：ZL 201210060257.7)，其基本结构如图8所示，该发明专利能够大幅降低散射背景，也可以切换滤光片达到准单色选择激发的目的，显著提高样品中微量元素的检测精度。

但是对于能量色散型X射线荧光光谱仪，经常会遇到一些类似于薄膜的样品，比如富集空气的滤膜中的有害金属元素检测，由于样品本身太薄(厚度40—50um)，金属元素含量低(10ng—1ug)，对于此类样品采用常规二维设计，由于背景的干扰，精度无法满足需求，只有采用偏正二次靶技术大幅降低散射背景，但由于偏振二次靶技术需要空间三维立体光路，光路太长对能量损失严重。

本发明中采用靶材切换系统，采用驱动电机和带有靶材的从动部件再不同位置做切换运动，避免占用空间大、因靶材与限位装置无法贴合所造成的光程加大的问题。

靶材切换系统包括底座101、第一滑轨102、第一滑块103、第一驱动电机104、第二驱动电机105、靶材转动块106、靶材107、靶材限位装置108和第一丝杠109，第一滑块103安装在第一滑轨102上，第一驱动电机104固定在机柜51上，第一滑轨102固定在机柜51上，第一驱动电机104驱动第一丝杠109转动，第一丝杠109驱动第一滑块103在第一滑轨102上滑动，第二驱动电机105固定在第一滑块103上，第二驱动电机105带动靶材转动块106转动，靶材限位装置108在与靶材转动块106接触时限制靶材转动块106的转动，靶材转动块106上安装有至少两个靶材107且各靶材107的安装角度不同。

采样系统包括空气切割器、温度湿度传感装置、滤纸带22、滤纸带密封装置29、第三驱动电机、抽气泵72和空气流量监控阀73；空气切割器设置在机柜51外，抽气泵72和空气流量监控阀73设置在机柜51下层，温度湿度传感装置、滤纸带密封装置29、第三驱动电机设置在机柜上层核心安装板21上，空气切割器通过气管与温度湿度传感装置相连，温度湿度传感装置通过气管与滤纸带密封装置29相连，滤纸带密封装置29通过气管与空气流量监控阀73相连，空气流量监控阀73通过气管与抽气泵72相连，滤纸带22穿过滤纸带密封装置29，滤纸带22两端分别缠绕在转轴23上，转轴23设置在机柜51上层的核心安装板21上，第三驱动电机的输出轴与滤纸带22一端缠绕的转轴23相连。

如图5所示，本实施例还包括触摸屏52和屏幕滑动组件53，所述屏幕滑动组件53带动所述触摸屏52上下滑动。

滤光片移动系统包括第四驱动电机31第二丝杠32、第二滑块33、滤光片34、和第二滑轨35，滤光片34安装在第二滑块33上，第二滑块33安装在第二滑轨35上，第四驱动电机31安装在核心安装板21上，第二滑轨35安装在核心安装板21上，第四驱动电机31驱动第二丝杠32转动，第二丝杠32驱动第二滑块33在第二滑轨35上滑动。

标样移动系统包括第五驱动电机41、第三滑轨42、标样43、第四滑块44、第六驱动电机45和第三滑块46，第三滑块46安装在第二滑轨35上，第三滑块46上设有与第二滑轨35方向平行的齿条I，第三滑块46上设有与齿条I方向垂直的第三滑轨42，第四滑块44安装在第三滑轨42上，第四滑块44上设有与齿条I方向垂直的齿条II，第五驱动电机41通过齿轮与第三滑块46上的齿条I啮合，第六驱动电机45通过齿轮与第四滑块44上的齿条II啮合。

X射线发生系统包括光管组件、X光管高压电源和油冷系统，光管组件固定在核心安装板21上，光管组件外部套装有油冷系统，X光管高压电源安装在机柜51上层的底板上，光管组件与X光管高压电源连接。

本实施例还包括探测器准直器和光管准直器，如图9和图10所示，光管准直器上设有对准孔I和对准孔II，对准孔I和对准孔II相互垂直，对准孔I与光管组件的出射光线对准，光管的出射光线通过对准孔I照射到靶材107上，激发靶材107产生射线，靶材107激发的射线通过对准孔II照射样品，光管准直器上设有对准孔III，样品激发出来的射线通过对准孔III被射线检测系统接收，滤光述探测器I采用光电倍增管，通过计数值反映β射线强度。

本实施例还包括第三丝杠24、第五滑轨25、第四滑轨26、第五滑块27、和第七驱动电机，第四滑26和第五滑轨25安装在核心安装板21上，滤纸带密封装置29安装在第四滑轨26上端，第五滑块27同时安装在第四滑轨26上和第五滑轨25上，第五滑块27与滤纸带密封装置29间安装有弹簧28，核心安装板21上安装有第七驱动电机和第三丝杠24，第七驱动电机驱动第三丝杠24转动，第三丝杠24驱动第五滑块27在第四滑轨26和第五滑轨25上滑动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，包括：机柜、采样系统、PM2.5浓度测试系统、X射线发生系统、靶材切换系统、滤光片移动系统、标样移动系统、射线检测系统和自动控制系统，所述采样系统使用滤纸带对外界空气进行采样，所述PM2.5浓度测试系统对采样后的所述滤纸带进行PM2.5浓度测试，所述X射线发生系统对所述靶材切换系统中的靶材进行光线照射产生激发射线，所述激发射线对PM2.5浓度测试后的滤纸带进行照射，所述射线检测系统对照射过滤纸带的所述激发射线进行检测；所述靶材切换系统包括底座、第一滑轨、第一驱动电机、第一丝杠、第一滑块、第二驱动电机、靶材转动块、靶材和靶材限位装置，所述第一滑块安装在所述第一滑轨上，所述第一驱动电机固定在所述机柜上，所述第一滑轨固定在所述底座上，所述底座固定在所述机柜上，所述第一驱动电机驱动所述第一丝杠转动，所述第一丝杠驱动所述第一滑块在所述第一滑轨上滑动，所述第二驱动电机固定在所述第一滑块上，所述第二驱动电机带动所述靶材转动块转动，所述靶材限位装置在与所述靶材转动块接触时限制所述靶材转动块的转动，所述靶材转动块上安装有至少两个所述靶材且各靶材的安装角度不同。

2.根据权利要求1所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，所述机柜由柜内水平安装的两个隔层分为上层、中层和下层，所述机柜前部设有柜门，所述柜门后的机柜上层竖直设置有核心安装板，所述核心安装板和所述柜门间有间隙。

3.根据权利要求2所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，所述采样系统包括空气切割器、温度湿度传感装置、滤纸带、滤纸带密封装置、第三驱动电机、空气流量监控阀和抽气泵；所述空气切割器设置在所述机柜外，所述空气流量监控阀和所述抽气泵设置在机柜下层，所述温度湿度传感装置、所述滤纸带密封装置、所述第三驱动电机设置在机柜上层核心安装板上，所述空气切割器通过气管与所述温度湿度传感装置相连，所述温度湿度传感装置通过气管与所述滤纸带密封装置相连，所述滤纸带密封装置通过气管与所述空气流量监控阀相连，所述空气流量监控阀通过气管与所述抽气泵相连，所述滤纸带穿过所述滤纸带密封装置，所述滤纸带两端分别缠绕在转轴上，所述转轴设置在所述机柜上层的核心安装板上，所述第三驱动电机的输出轴与所述滤纸带一端缠绕的所述转轴相连。

4.根据权利要求2所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，还包括触摸屏和屏幕滑动组件，所述屏幕滑动组件带动所述触摸屏上下滑动。

5.根据权利要求2所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，所述滤光片移动系统包括滤光片、第二滑轨、第二滑块、第二丝杠和第四驱动电机，所述滤光片安装在所述第二滑块上，所述第二滑块安装在所述第二滑轨上，所述第四驱动电机安装在所述核心安装板上，所述第二滑轨安装在所述核心安装板上，所述第四驱动电机驱动所述第二丝杠转动，所述第二丝杠驱动所述第二滑块在所述第二滑轨上滑动。

6.根据权利要求2所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，所述标样移动系统包括标样、第三滑轨、第三滑块、第四滑块、第五驱动电机和第六驱动电机，所述第三滑块安装在所述第二滑轨上，所述第三滑块上设有与所述第二滑轨方向平行的齿条I，所述第三滑块上设有与所述齿条I方向垂直的第三滑轨，所述第四滑块安装在所述第三滑轨上，所述第四滑块上设有与所述齿条I方向垂直的齿条II，所述第五驱动电机通过齿轮与所述第三滑块上的齿条I啮合，所述第六驱动电机通过齿轮与所述第四滑块上的齿条II啮合。

7.根据权利要求2所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，所述X射线发生系统包括光管组件、X光管高压电源和油冷系统，所述光管组件固定在所述核心安装板上，所述光管组件外部套装有油冷系统，所述X光管高压电源安装在所述机柜上层的底板上，所述光管组件与X光管高压电源连接。

8.根据权利要求5所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，还包括探测器准直器和光管准直器，所述光管准直器上设有对准孔I和对准孔II，所述对准孔I和对准孔II相互垂直，所述对准孔I与所述光管组件的出射光线对准，光管的出射光线通过所述对准孔I照射到所述靶材上，激发所述靶材产生射线，所述靶材激发的射线通过所述对准孔II照射样品，所述光管准直器上设有对准孔III，所述样品激发出来的射线通过所述对准孔III被所述射线检测系统接收，所述滤光述探测器I采用光电倍增管，通过计数值反映β射线强度。

9.根据权利要求2所述的一种PM2.5重金属在线检测X荧光光谱仪，其特征在于，还包括第四滑轨、第五滑轨、第五滑块、第七驱动电机和第三丝杠，所述第四滑轨和所述第五滑轨安装在所述核心安装板上，所述滤纸带密封装置安装在所述第四滑轨上端，所述第五滑块同时安装在所述第四滑轨上和所述第五滑轨上，所述第五滑块与所述滤纸带密封装置间安装有弹簧，所述核心安装板上安装有第七驱动电机和第三丝杠，所述第七驱动电机驱动所述第三丝杠转动，所述第三丝杠驱动所述第五滑块在所述第四滑轨和所述第五滑轨上滑动。