CN106290307A - 液体放电等离子体发射光谱装置及金属元素的测定方法 - Google Patents

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Abstract

一种液体放电等离子体发射光谱装置及金属元素的测定方法，该装置包括进样系统、激发源系统、废液排出系统、分光系统和检测系统。废液池顶部设有碳棒，碳棒内有毛细管；碳棒与电源负极相连，电源正极通过电阻接到阳极铂针上；毛细管下端连接蠕动泵，单色仪通过光电倍增管与PC机相连；阳极铂针电极安装于平移台上。测定时，调节铂电极和毛细管顶端之间的距离，以及毛细管顶端和碳棒顶端之间的距离，开启蠕动泵，待测溶液从毛细管顶端溢出，液面接触铂电极；施加电压，溢出液体产生辉光，调节聚光透镜，分析电信号，完成金属元素的检测。该装置能够连续进样，无需通过液面高度控制放电稳定性，可以原位、实时、在线定性或定量分析检测多种金属元素。

Description

液体放电等离子体发射光谱装置及金属元素的测定方法
技术领域
本发明属于分析化学中原子发射光谱分析测试领域，涉及一种液体放电等离子体激发光源，通过光谱仪接受该激发源发射的特征谱线，可以连续实现原位、实时、在线和多元素同时快速定性和定量分析检测。
背景技术
金属元素检测在许多领域都是十分重要的研究课题。如环境保护和污染防治中各种水体（河流、水库、饮用水）中金属元素的野外现场监测，生物医学工程中血钠、血钾的连续在线测定，食品和饮料中金属元素的快速检测等。目前，用于金属元素检测的主要方法有原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体法（ICP）、电感耦合等离子体质谱法（ICP/MS）等。这些方法或多或少地存在一定的缺陷，如仪器设备体积大，能耗高，操作复杂（激发光源往往需要高功率或高气体消耗，或需在高温或高真空条件下操作）；此外，设备运行成本较高，不适合连续在线监测。因而它们一般固定在实验室，不能用于随意搬动的野外现场分析测试。为了满足野外现场快速分析检测的要求，发展低成本、小型化、便携式的激发源，从而开发金属元素测定的微型化仪器，提高溶液分析检测效率，这对实现野外原位、实时、在线快速分析监测和环境污染治理均具有重要的意义。
分析系统的小型化是分析化学研究的一个重要方向。常见的发射光谱仪器的构造原理包括进样系统、激发源系统、分光系统和检测系统四个部分。以ICP测定金属元素为例，其分析测试过程为样品溶液首先经过进样系统（雾化装置）转变成气溶胶，接着引入到激发源ICP中进行原子化（激发）并产生发射光谱，再经分光系统进入检测系统检测。分光系统和检测系统的小型化目前已有Avaspec的2048以及Ocean Optics的USB4000微型光纤光谱仪；进样系统的小型化虽有蠕动泵或注射泵引入样品溶液，但稳定性不高；而激发源目前还主要以ICP为主，由于其高温、高功率、高气体消耗等特点也限制了仪器的小型化。因此，针对发射光谱仪的小型化，其主要问题是需要解决进样系统和激发源系统的小型化。
近年来兴起的电解液阴极辉光放电等离子体在原子光谱领域引起了科学家们的广泛关注。1993年，Cserfalvi等首次提出将液体做阴极的辉光放电用来进行光谱分析，随后将这种放电命名为电解液阴极放电原子发射光谱法(Electrolyte cathode discharge-atomic emission spectrometry, ELCAD-AES)。在ELCAD装置中，待测溶液在蠕动泵带动下进入毛细管，在毛细管顶端形成“喷泉”状液面，该液面作为液体放电阴极，而在距离液体放电阴极几毫米的位置放置金属电极作为阳极。毛细管顶端溢出的液体流入储液池并通过储液池中插入的石墨碳棒与电源负极导通，从而构建放电系统。然而，Cserfalvi等提出的ELCAD技术中等离子体的不稳定、进样的不连续和高检出限成为制约其野外在线检测发展的重要因素。在之后的20多年中，为了提高放电稳定性、改善进样系统和降低检出限，人们对ELCAD的放电结构进行了许多改进，其中最具代表性的有：Webb 等构建的溶液阴极辉光放电技术（SCGD）、Pohl 等构建的直流大气压辉光放电技术（DC-APGD）、Shaltout等构建的液体进样-大气压辉光放电技术（LS-APGD）以及中国地质大学（武汉）朱振利等构建的交流电解液大气压放电技术（AC-EALD）等。申请号为201310072070.3 的专利申请公开了一种液体阴极辉光放电发射光谱检测金属离子装置，申请号为 201410211206.9的专利申请公开了一种用于液体样品在线检测的便携式元素光谱仪。这两种装置都采用双通道蠕动泵，一个进样，一个排液；同时，放电装置中都有一个待测样品溶液储液池，使放电阴极通过储液池中的溶液与毛细管流出的溶液相连，再采用蠕动泵排液的方式使储液池液面的高度维持恒定，从而维持回路导电，获得稳定的放电等离子体。但是上述两种装置存在如下缺点：1）待测样品所需体积大（测试样首先要盛满储液池），不能连续进样；2）需要用储液池中的液面高度控制放电的稳定性和连续性，此过程难度较大；3）使用双通道蠕动泵成本较高，过程繁杂。。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以连续进样、不需要通过液面高度控制放电稳定性的新的液体放电等离子体发射光谱装置。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述装置在线测定水体中金属元素的方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种液体放电等离子体发射光谱装置，包括直流稳压电源、PC机、废液池、聚焦透镜和单色仪；废液池顶部设有废液池盖，废液池盖上竖直设有筒形的碳棒，碳棒的内孔中设有毛细管，毛细管上端伸出碳棒外；碳棒与直流稳压电源的电源负极相连；直流稳压电源的电源正极与分流电阻的一端相连，分流电阻的另一端与阳极铂针相连；阳极铂针的下端和毛细管上端部分同轴，且两者之间的距离为0.5～4 mm；毛细管下端通过胶管与蠕动泵连通，单色仪通过光电倍增管与PC机相连；阳极石英管安装于平移台上。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种利用上述液体放电等离子体发射光谱装置测定水体中金属元素的方法，具体按以下步骤进行：
步骤1：通过平移台调节铂电极和毛细管顶端之间的位置，使锥形铂电极和毛细管顶端同轴，且铂电极与毛细管顶端之间的距离为0.5～4 mm；
步骤2：打开蠕动泵，使待测溶液以1～6 mL/min的流速流入毛细管，并从毛细管顶端部分溢出，形成喷泉状液面，调节平移台使该喷泉状液面与铂电极的尖端面相接触；
步骤3：打开直流稳压电源，此时，步骤2中的喷泉状液面成为液体放电阴极，铂电极成为阳极，两电极间施加600～720V电压、50～120mA电流，毛细管顶端部分溢出的液体形成激发光源，放置聚焦透镜和单色仪，使聚焦透镜位于单色仪和激发光源之间，调节聚焦透镜，使激发光源产生的辉光通过聚焦透镜的透镜中心进入单色仪上的狭缝中；
步骤4：打开单色仪、光电倍增管和PC机；通过狭缝进入单色仪的辉光，经单色仪分光和光电倍增管转换为电信号后，在PC机对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测。
本发明发射光谱装置以针尖铂丝为阳极，毛细管顶端溢出的液体为阴极，毛细管穿入石墨碳棒，构建液体放电系统，删去了储液池，使激发光源更加微型化，避免电解液阴极放电在测定过程中由于大量样品流入储液池而造成损失，使测试所需的样品量锐减，便于环境痕量样品的分析检测；该装置具有优异的放电稳定性，在蠕动泵上打结，可以使待测溶液匀速流出毛细管，用铂针尖做阳极，可以减小溶液的加热溅射，降低功率，从而产生连续的、稳定的辉光，提高放电等离子体的稳定性和光激发效率；该装置只需用单通道蠕动泵进样，废液沿碳棒凹槽自然流入废液池，省去了储液池和双通道蠕动泵。该装置的激发光源装置体积更小、功率更低、无高温环境，无需真空环境及雾化器等进样部分，无需储液池，直接在大气压下使用，便于微型化。多次模拟测试发现，该装置可以原位、实时、在线和快捷地进行多种金属元素的定性或定量分析检测。这种低廉的便携式仪器能够实现野外现场连续分析检测，在环境、医学、食品安全等多个领域金属离子检测方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明液体放电等离子体发射光谱装置的示意图。
图2是用本发明装置检测pH=1的HNO3溶液时，在两电极间施加650 V电压后，两电极间形成的液体辉光放电等离子体的示意图。
图3是图2所示液体辉光放电等离子体信号强度随时间变化的关系图。
图4是图2所示液体辉光放电等离子体的发射光谱图。
图5是在实施例1所用HNO3溶液中加入Na、K、Ca、Mg、Zn后，测得的混合金属溶液的发射光谱图。
图6是Ca信号强度随浓度变化的关系图。
图7是Zn信号强度随浓度变化的关系图。
图8是Cu信号强度随浓度变化的关系图。
图1中：1.样品池，2.胶管，3.蠕动泵，4.结，5.毛细管，6.碳棒，7.凹槽，8.废液池，9.废液池盖，10.出气口，11.废液排出口，12.毛细管顶端部分，13.铂针尖电极，14.激发光源，15.石英管，16.平移台，17.分流电阻，18.电源负极，19.电源正极，20.直流稳压电源，21.电流显示屏，22.电压显示屏，23.聚焦透镜，24.单色仪，25.狭缝，26.光电倍增管，27.PC机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明液体放电等离子体发射光谱装置，包括废液池8、直流稳压电源20、聚焦透镜23和单色仪24；废液池8下部设有废液排出口11，废液池8顶部设有废液池盖9，废液池盖9上设有出气口10，废液池盖9上竖直设有筒形的碳棒6，碳棒6的外表面上均匀分布有3～5个与碳棒6轴线相平行的凹槽7，碳棒6的内孔中设有石英制成的毛细管5，毛细管5的上端伸出碳棒6外，形成毛细管露出碳棒部分即毛细管顶端部分12；碳棒6与直流稳压电源20上的电源负极18相连，直流稳压电源20上设有电流显示屏21和电压显示屏22；直流稳压电源20上的电源正极19连接分流电阻17的一端，分流电阻17的另一端与阳极铂针一端相连；阳极铂针由石英管15和封存于石英管15内的针状的铂电极13构成，铂电极13的两端均伸出石英管15外，铂电极13的锥形端朝向毛细管顶端部分12，铂电极13的另一端与分流电阻17的另一端相连；毛细管5下端通过胶管2与蠕动泵3连通，胶管2上打有至少3个结4，蠕动泵3的胶管伸入样品池1的溶液中；单色仪24通过光电倍增管26与PC机27相连。阳极铂针电极安装于精度为微米的三维可调的平移台16上，通过平移台可调节铂电极13针尖与毛细管顶端部分12之间的距离。
毛细管5为石英毛细管，外径为0.8～1.5 mm，内径为0.3～1.3 mm。
毛细管顶端部分12的长度为2～4 mm。
锥形铂电极针尖13的直径为0.2～0.7 mm；锥形铂电极13朝向毛细管顶端部分12的一端伸出石英管15的铂丝长度为0.3～0.6 mm。
蠕动泵胶管2上打的结4能够稳定进样时溶液的流速。
分流电阻17的电阻值为1～1.2 kΩ，能够保护铂电极13和毛细管顶端部分12不会因为电流过大而损坏。
直流稳压电源20采用LW100J2稳压直流电源，提供电压0～1000 V，电流0～500mA。
聚焦透镜23的焦距为5～15 cm，单色仪24上的用于进光的狭缝25的宽度为4 mm。
单色仪24采用1800 grooves/mm 的Zolix Omni-λ500型单色仪；波长响应范围200～800 nm。光电倍增管26的型号为A PMTH-S1-CR131，其负压为0−1500 V，光谱分辨率为0.05 nm，扫描步长0.1 nm，最小积分时间2 ns。
样品池1、胶管2、蠕动泵3、结4和毛细管5构成进样系统。碳棒6外表面上的凹槽7、废液池8、废液池盖9和废液排出口11构成废液排出系统。直流稳压电源20、毛细管顶端部分12、碳棒6和锥形阳极针13构成激发源系统。聚焦透镜23、单色仪24和光电倍增管26构成分光系统。光电倍增管26和PC机27构成检测系统。
本发明还提供了一种利用上述液体放电等离子体发射光谱装置快速检测水体中金属元素的方法，具体按以下步骤进行：
步骤1：通过平移台16调节铂电极13和毛细管顶端部分12之间的位置，使铂电极13与毛细管顶端部分12在同一轴线上，且铂电极13与毛细管顶端部分12之间的距离为0.5～3 mm；
步骤2：将待测溶液加入样品池1内，打开蠕动泵3，使待测溶液以1～6 mL/min的流速流入毛细管5，并从毛细管顶端部分12溢出，形成喷泉状液面，调节平移台16使该喷泉状液面恰好与锥形铂电极13的下端铂丝面相接触；
步骤3：打开直流稳压电源20，此时，步骤2中的喷泉状液面成为液体放电阴极，铂电极13成为阳极，两电极间施加600～720 V电压、50～120 mA电流，毛细管顶端部分12溢出的液体被气化、击穿，产生辉光，形成稳定的激发光源14，该激发光源14为辉光放电等离子体；放置聚焦透镜23和单色仪24，使聚焦透镜23位于单色仪24和激发光源14之间，调节聚焦透镜23的位置，使激发光源14产生的辉光通过聚焦透镜23的透镜中心进入单色仪24上的狭缝25中；
毛细管顶端部分12溢出的液体沿碳棒6外表面的凹槽7流入废液池8内。出气口10用于保持废液池8内外的压力平衡。
步骤4：打开单色仪24、光电倍增管26和PC机27；辉光通过狭缝25进入单色仪24，经单色仪24分光和光电倍增管26转换为电信号后，在PC机27上对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测；
步骤5：连续测定许多样品时，只需不断地更换待测溶液，然后将蠕动泵3的胶管2移入待测样品溶液中即可，不需要重新开关电源，极大地提高了检测效率。
采用本发明液体放电等离子体发射光谱装置分析元素的特征谱线，就可以获得被测液体中金属元素的成分和浓度信息，从而实现溶液中金属元素的检测。该液体放电等离子体发射光谱装置可以在线定量和定性检测液体中的金属元素及其含量，也可实时在线监控环境水体中的金属离子。
实施例1
通过平移台16调节铂电极13和毛细管顶端部分12之间的位置，使铂电极13和毛细管顶端部分12在同一轴线上，且铂电极13与毛细管顶端12的距离为2mm；毛细管顶端部分12的长度为3mm；将pH=1的HNO3溶液加入样品池1内，打开蠕动泵3，使待测溶液以4.5 mL/min的流速流入毛细管5，并从毛细管顶端部分12溢出，形成喷泉状液面，调节平移台16使该喷泉状液面恰好与铂电极13下端面相接触；打开直流稳压电源20，此时，喷泉状液面成为液体放电阴极，铂电极13成为阳极，两电极间施加650V电压、70mA电流，毛细管顶端部分12溢出的液体被气化、击穿，产生辉光，形成激发光源14；放置聚焦透镜23和单色仪24，使聚焦透镜23位于单色仪24和激发光源14之间，调节聚焦透镜23的位置，使激发光源14产生的辉光通过聚焦透镜23的透镜中心进入单色仪24上的狭缝25中；打开单色仪24、光电倍增管26和PC机27；辉光通过狭缝25进入单色仪24，经单色仪24分光和光电倍增管26转换为电信号后，在PC机27上对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测。
在两电极间施加650 V电压后，形成如图2所示的激发光源（辉光放电等离子体）14，从图2可以看出，施加650V电压后，毛细管顶端部分12溢出的pH=1的HNO3溶液被击穿，产生明亮的放电等离子体。图3是图2所示放电等离子体的信号强度随时间的变化关系图，从图3可以看出，随放电时间的延长（0～1800min），该放电等离子体的信号强度基本不变，为一条平行于时间轴的直线。说明本发明液体放电等离子体发射光谱装置产生的放电等离子体信号强度稳定，可以实现溶液中金属元素的测定。
测定实施例1中所用pH=1的HNO3溶液（空白溶液），得到图4所示的该空白溶液的发射光谱图。取实施例1所用pH=1的HNO3溶液，将该HNO3溶液配制成混合溶液，每升该混合溶液中含有50mg钠（Na）、50mg钾（K）、50mg钙（Ca）、50mg镁（Mg）和50mg锌（Zn），测定该混合溶液得到图5所示的发射光谱图。从图4和图5可以看到，空白溶液的发射光谱图中波长283.0～309nm范围内最强的谱线为OH(A-X)跃迁谱带；波长486.1 nm和波长656.3 nm处出现的是H原子的两条谱线Hβ和Hα，这是由于高能电子激发气化的水分子产生大量HO和H线；波长315～406nm处的谱带属于N2的分子带C3 Πu→B3 Πg，这是因为放电在空气气氛中进行，空气中的氮气被激发；同时，波长589.6 nm处有Na线，说明去离子水和HNO3中仍含有一定量的杂质Na元素。图5所示的发射光谱图中，除了出现与空白溶液一致的特征谱线外，还产生了5条新的谱线，分别位于波长213.8 nm、285.2 nm、422.7 nm、766.5 nm和766.9 nm处，它们分别归属于Zn、Mg、Ca、K和K的原子谱线。另外，对比图4和图5可以看出，图5中波长589.6 nm处的谱线强度显著增强，暗示b溶液中含有Na元素。上述结果说明，用本发明液体放电等离子体发射光谱装置可以定性测定溶液中的金属元素。
用本发明液体放电等离子体发射光谱装置测定溶液中的Ca元素：用pH=1的硝酸溶液配制Ca标准储备液，每升Ca标准储备液中含有1000mg的Ca。测定时，用pH=1的硝酸溶液稀释Ca标准储备液到每升液体中含有1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg、10mg钙的系列标准溶液。按实施例1的方法，对该系列标准溶液中不同钙浓度溶液进行检测。用单色仪分光，光电倍增管放大转化后在PC机上422.7 nm处在线测量光谱信号，每个浓度测量10次，取信号强度平均值，以信号强度和浓度做图，结果见图6，可以看出，随着待测溶液中钙浓度的增大，光谱的信号强度逐渐增大。线性拟合后相关参数见表1。由表1可以看出，Ca的相关系数为0.9974，接近于1，检出限为0.35 mg/L，RSD=3.06%，具有较高的精密度。
用本发明液体放电等离子体发射光谱装置测定溶液中的Zn元素：用pH=1的硝酸溶液配制Zn标准储备液，每升该Zn标准储备液中含锌1000 mg。然后用pH=1的硝酸溶液配置质量百分比浓度为0.5%的甲酸（HCOOH）溶液（研究表明，甲酸对Zn的信号强度有增强效应），然后用此溶液将Zn标准储备液稀释成每升溶液中分别含锌1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg、10mg的系列溶液。按照实施例1的方法，在Zn的213.8 nm处测定信号强度，由信号强度和浓度做图，结果见图7，可以看出，随着待测溶液中锌浓度的增大，光谱的信号强度依次增大。线性拟合后相关参数见表1。由表1可以看出，Zn的相关系数为0.9990，接近于1，检出限为0.05 mg/L，RSD=1.35%，具有较高的精密度。由表1还可以看出，用本发明液体放电等离子体发射光谱装置测定所得Zn的检出限低于饮用水标准中Zn的最高限定浓度，因而可用于饮用水中Zn的安全测定。
用本发明液体放电等离子体发射光谱装置测定溶液中的Cu元素：用pH=1的硝酸溶液配制Cu标准储备液，每升该Cu标准储备液含铜1000 mg。然后用pH=1的硝酸溶液将该Cu标准储备液稀释成每升溶液中分别含铜1 mg、2mg、3mg、5mg、7mg、8mg、9mg的系列溶液。按照实施例1的方法，在Cu的324.8 nm处测定信号强度，由信号强度和浓度做图，结果见图8，可以看出，随着待测溶液中铜浓度的增大，光谱的信号强度依次增大。线性拟合后相关参数见表1。由表1可以看出，Cu的相关系数为0.9967，接近于1，检出限为0.38 mg/L，RSD=1.37%，具有较高的精密度。由表1还可以看出，用液体放电等离子体光谱装置测定所得Cu的检出限低于饮用水标准中Cu的最高限定浓度，因而可用于饮用水中Cu的安全测定。
表1 Ca、Zn和Cu的线性方程、灵敏度、检出限、相关系数、相对标准偏差和饮用水标准
实施例2
通过平移台16调节铂电极13和毛细管顶端部分12之间的位置，使铂电极13和毛细管顶端部分12同轴，且铂电极13与毛细管顶端部分12之间的距离为1mm；毛细管顶端部分12的长度为2mm；将待测溶液加入样品池1内，打开蠕动泵3，使待测溶液以1mL/min的流速流入毛细管5，并从毛细管顶端部分12溢出，形成喷泉状液面，调节平移台16使该喷泉状液面恰好与锥形铂电极13的下端铂丝面相接触；打开直流稳压电源20，此时，喷泉状液面成为液体放电阴极，铂电极13成为放电阳极，向两电极间施加640 V电压、95 mA电流，毛细管顶端部分12溢出的液体被气化、击穿，产生辉光，形成激发光源14；放置聚焦透镜23和单色仪24，使聚焦透镜23位于单色仪24和激发光源14之间，调节聚焦透镜23的位置，使激发光源14产生的辉光通过聚焦透镜23的透镜中心进入单色仪24上的狭缝25中；打开单色仪24、光电倍增管26和PC机27；辉光通过狭缝25进入单色仪24，经单色仪24分光和光电倍增管26转换为电信号后，在PC机27上对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测。
实施例3
通过平移台16调节铂电极13和毛细管顶端部分12之间的位置，使铂电极13和毛细管顶端部分12同轴，且铂电极13与毛细管12之间的距离为3mm；毛细管顶端部分12的长度为4mm；将待测溶液加入样品池1内，打开蠕动泵3，使待测溶液以6 mL/min的流速流入毛细管5，并从毛细管顶端部分12溢出，形成喷泉状液面，调节平移台16使该喷泉状液面恰好与铂电极13下端面相接触；打开直流稳压电源20，此时，喷泉状液面成为液体放电阴极，铂电极13成为放电阳极，向两电极间施加700 V电压、120 mA电流，毛细管顶端12溢出的液体被气化、击穿，产生辉光，形成激发光源14；放置聚焦透镜23和单色仪24，使聚焦透镜23位于单色仪24和激发光源14之间，调节聚焦透镜23的位置，使激发光源14产生的辉光通过聚焦透镜23的透镜中心进入单色仪24上的狭缝25中；打开单色仪24、光电倍增管26和PC机27，辉光通过狭缝25进入单色仪24，经单色仪24分光和光电倍增管26转换为电信号后，在PC机27上对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测。

Claims (6)

1. 一种液体放电等离子体发射光谱装置，包括直流稳压电源（20）和PC机（27），其特征在于，该放电等离子体发射光谱装置还包括废液池（8）、聚焦透镜（23）和单色仪（24）；废液池（8）顶部设有废液池盖（9），废液池盖（9）上竖直设有筒形的碳棒（6），碳棒（6）的内孔中设有毛细管（5），毛细管（5）上端伸出碳棒（6）外；碳棒（6）与直流稳压电源（20）的电源负极（18）相连；直流稳压电源（20）的电源正极（19）与分流电阻（17）的一端相连，分流电阻（17）的另一端与阳极铂针（13）相连；阳极铂针（13）的下端和毛细管上端部分（12）同轴，且两者之间的距离为0.5～4 mm；毛细管（5）下端通过胶管（2）与蠕动泵（3）连通，单色仪（24）通过光电倍增管（26）与PC机（27）相连；阳极石英管（15）安装于平移台（16）上。
2.根据权利要求1所述的液体放电等离子体发射光谱装置，其特征在于，所述碳棒（6）的外表面上均布有3～5个与碳棒轴线相平行的凹槽（7）。
3.根据权利要求1所述的液体放电等离子体发射光谱装置，其特征在于，所述的阳极由石英管（15）和封存于石英管（15）内的针状的铂电极（13）构成，铂电极（13）的两端均伸出石英管（15）外，铂电极（13）的锥形一端朝向毛细管顶端部分（12），铂电极（13）的另一端与分流电阻（17）的另一端相连。
4.根据权利要求1所述的液体放电等离子体发射光谱装置，其特征在于，胶管（2）上打有至少2个结（4）。
5.一种利用权利要求1所述的液体放电等离子体发射光谱装置测定水体中金属元素的方法，其特征在于，该测定方法具体按以下步骤进行：
步骤1：通过平移台（16）调节铂电极（13）和毛细管顶端（12）之间的位置，使锥形铂电极（13）和毛细管顶端部分（12）同轴，且铂电极（13）与毛细管顶端部分（12）之间的距离为0.5～4 mm；
步骤2：打开蠕动泵（3），使待测溶液（1）以1～6 mL/min的流速流入毛细管（5），并从毛细管顶端部分（12）溢出，形成喷泉状液面，调节平移台（16）使该喷泉状液面与铂电极（13）的尖端面相接触；
步骤3：打开直流稳压电源（20），此时，步骤2中的喷泉状液面成为液体放电阴极，铂电极（13）成为阳极，两电极间施加600～720V电压、50～120mA电流，毛细管顶端部分（12）溢出的液体形成激发光源（14），放置聚焦透镜（23）和单色仪（24），使聚焦透镜（23）位于单色仪（24）和激发光源（14）之间，调节聚焦透镜（23），使激发光源（14）产生的辉光通过聚焦透镜（23）的透镜中心进入单色仪（24）上的狭缝（25）中；
步骤4：打开单色仪（24）、光电倍增管（26）和PC机（27）；通过狭缝（25）进入单色仪（24）的辉光，经单色仪（24）分光和光电倍增管（26）转换为电信号后，在PC机（27）上对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测。
6.根据权利要求5所述测定水体中金属元素的方法，其特征在于，连续测定许多样品时，只需不断地更换待测溶液，然后将蠕动泵（3）的胶管（2）移入待测样品溶液中即可，不需要重新开关电源，极大地提高了检测效率。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107084973A (zh) * 2017-05-31 2017-08-22 华中科技大学 等离子体发射光谱法检测水中痕量金属离子污染物的方法
CN109507170A (zh) * 2018-12-06 2019-03-22 西北师范大学 一种微型化电解液接触辉光放电发射光谱装置
CN110658182A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种便携式金属离子水质分析仪及其检测方法
CN111215636A (zh) * 2020-01-17 2020-06-02 西北师范大学 一种Ag纳米粒子的制备方法
CN112630208A (zh) * 2019-10-09 2021-04-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种用于原子光谱或质谱的进样系统
CN113630950A (zh) * 2021-07-28 2021-11-09 中国地质大学（武汉） 一种液体阳极辉光放电微等离子体激发源及激发方法
CN113720811A (zh) * 2021-08-19 2021-11-30 中国地质大学（武汉） 一种基于超声雾化进样的微等离子体激发源及激发方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102288594A (zh) * 2011-08-18 2011-12-21 重庆邮电大学 水体金属元素实时在线光学测量装置及测量方法
CN103969244A (zh) * 2014-05-19 2014-08-06 重庆邮电大学 一种用于液体样品在线检测的便携式元素光谱仪
CN204154648U (zh) * 2014-11-10 2015-02-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有快速点火装置的液体阴极辉光放电光谱仪
CN105628854A (zh) * 2015-12-31 2016-06-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种用于同时检测多种阴离子的分析装置及分析方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102288594A (zh) * 2011-08-18 2011-12-21 重庆邮电大学 水体金属元素实时在线光学测量装置及测量方法
CN103969244A (zh) * 2014-05-19 2014-08-06 重庆邮电大学 一种用于液体样品在线检测的便携式元素光谱仪
CN204154648U (zh) * 2014-11-10 2015-02-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有快速点火装置的液体阴极辉光放电光谱仪
CN105628854A (zh) * 2015-12-31 2016-06-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种用于同时检测多种阴离子的分析装置及分析方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PEICHAO ZHENG等: "A Pulsed atmospheric-pressure discharge generated in contact with flowing electrolyte solutions for metal element analysis by optical emission spectrometry", 《ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY》 *
R.SHEKHAR等: "Determination of Elemental Constituents in Different Matrix Materials and Flow Injection Studies by the Electrolyte Cathode Glow Discharge Technique with a New Design", 《ANAL.CHEM》 *
杨恕修等: "液相辉光放电原子发射光谱法测定溶液中Cd的方法研究", 《分析测试学报》 *
盖荣银等: "液体阴极辉光光谱仪在陶瓷材料分析中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *
郑培超等: "液体电极放电光谱检测水体中的金属元素", 《光谱试验室》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107084973A (zh) * 2017-05-31 2017-08-22 华中科技大学 等离子体发射光谱法检测水中痕量金属离子污染物的方法
CN110658182A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种便携式金属离子水质分析仪及其检测方法
CN109507170A (zh) * 2018-12-06 2019-03-22 西北师范大学 一种微型化电解液接触辉光放电发射光谱装置
CN109507170B (zh) * 2018-12-06 2021-01-19 西北师范大学 一种微型化电解液接触辉光放电发射光谱装置
CN112630208A (zh) * 2019-10-09 2021-04-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种用于原子光谱或质谱的进样系统
CN111215636A (zh) * 2020-01-17 2020-06-02 西北师范大学 一种Ag纳米粒子的制备方法
CN111215636B (zh) * 2020-01-17 2022-07-12 西北师范大学 一种Ag纳米粒子的制备方法
CN113630950A (zh) * 2021-07-28 2021-11-09 中国地质大学（武汉） 一种液体阳极辉光放电微等离子体激发源及激发方法
CN113630950B (zh) * 2021-07-28 2022-08-23 中国地质大学（武汉） 一种液体阳极辉光放电微等离子体激发源及激发方法
CN113720811A (zh) * 2021-08-19 2021-11-30 中国地质大学（武汉） 一种基于超声雾化进样的微等离子体激发源及激发方法
CN113720811B (zh) * 2021-08-19 2022-12-30 中国地质大学（武汉） 一种基于超声雾化进样的微等离子体激发源及激发方法

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