CN108776120A - 一种原子荧光分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种原子荧光分析系统及方法，该原子荧光分析系统中包括原子化器、荧光检测单元、光源强度检测单元、光源、光源驱动模块、反馈模块和控制模块；荧光检测单元，用于检测所述原子化器中的荧光强度；光源强度检测单元，用于检测光源强度数值，并将光源强度数值上传至控制模块；光源驱动模块，用于驱动光源工作；反馈模块，用于获取光源驱动模块驱动光源工作时的瞬间电流，并将瞬间电流上传至控制模块；控制模块，用于对光源强度数值和瞬间电流进行匹配，基于匹配结果以控制光源驱动模块。该原子荧光分析系统将光源强度数值和瞬间电流进行匹配，基于匹配结果控制光源驱动模块，从而实现控制调节光源的目的，提高了检测性能。

Description

一种原子荧光分析系统及方法

技术领域

本发明涉及分析化学技术领域，更具体地，涉及一种原子荧光分析系统及方法。

背景技术

碳、氮、氧族元素的氢化物是共价化合物。其中砷、锑、铋、硒、锡、铅等几种元素的氢化物具有挥发性，通常情况下为气态。借助载气流可以方便地将其导入原子光谱分析系统的原子化器中，进行定量光谱测量。

原子荧光光谱检测流程为：酸与硼氢化物反应生成大量的氢气，氢气与样品中的待测金属离子形成氢化物，在载气的作用下，用屏蔽气保护，在原子化器中形成氢氩火焰，从而产生荧光，氢化物产生的荧光强度与浓度具有一定的关系，根据荧光强度定量待测元素的浓度。

现有技术以实验室仪器为主。根据国家环保标准方法要求，重金属水样的预处理流程为：一定体积水样+酸，消解一定时间后，再进行仪器分析。即：预处理需要手工操作，分析采用仪器，整个操作繁琐，且为半自动。

发明内容

为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种原子荧光分析系统及方法。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种原子荧光分析系统，包括：原子荧光分析装置，所述原子荧光分析装置包括原子化器、光源单元、荧光检测单元以及光源强度检测单元；所述光源单元包括光源、光源驱动模块、反馈模块以及控制模块；所述荧光检测单元，用于检测所述原子化器中的荧光强度；所述光源强度检测单元，用于检测光源强度数值，并将所述光源强度数值上传至所述控制模块；所述光源驱动模块，用于驱动所述光源工作；所述反馈模块，用于获取所述光源驱动模块驱动所述光源工作时的瞬间电流，并将所述瞬间电流上传至所述控制模块；所述控制模块，用于对所述光源强度数值和所述瞬间电流进行匹配，基于匹配结果以控制所述光源驱动模块。

其中，还包括气源、混合单元以及气动单元；所述气动单元分别与所述气源、所述混合单元连通，所述气动单元包括至少一组标准计量单位内容积流量可标定的气动装置，所述气动装置可拆卸的连通所述气源，所述气动装置可拆卸的连通所述混合单元。

其中，所述气动装置包括第一恒流气动装置和第二恒流气动装置；其中，所述第一恒流气动装置的出气端和所述第二恒流气动装置的出气端并联连接所述混合单元；

所述第一恒流气动装置和所述第二恒流气动装置单位长度内的容积流量均可以标定。

其中，还包括反应单元；所述反应单元的出气口与所述原子荧光分析装置连接；所述混合单元的出液口和所述反应单元的进液口连接。

其中，还包括取样单元和切换阀单元；其中，所述取样单元连接所述反应单元；所述切换阀单元设置在所述取样单元和所述反应单元之间。

其中，还包括用于控制气体流量的恒流气动控制单元，所述恒流气动控制单元布置在所述气源和所述混合单元之间。

其中，所述恒流气动控制单元为气阻；其中，

所述气阻包括外壳和封装在所述外壳内部的气阻本体，所述气阻本体中心位置设置有气阻内孔。

其中，还包括：冷肼；其中，所述反应单元、所述冷肼以及所述原子荧光分析装置依次连接。其中，还包括：废液排放装置；其中，所述废液排放装置与所述反应单元连接。

其中，还包括：温度检测装置；其中，所述温度检测装置设置在所述原子化器内部。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种原子荧光分析方法，包括：试剂与样品在反应单元初步反应，通过气动单元将初步反应获取的物质输送到混合单元中；通过气动单元将硼氢化合物输送到所述混合单元中；通过载气将所述混合单元中的混合物带入所述反应单元以生成氢化物；在所述载气作用下，使得所述氢化物进入原子荧光分析装置以完成荧光分析。

综上，本发明提供的一种原子荧光分析系统及方法，该原子荧光分析系统通过将光源强度数值和瞬间电流进行匹配，基于匹配结果来控制光源驱动模块，从而实现精准控制调节光源的目的，提高了系统的检测性能。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种原子荧光分析系统中原子荧光分析装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种原子荧光分析系统的结构示意图。

附图标记：

1-取样单元，2-反应单元，3-气动单元，4-混合单元，5-原子化器，6-光源单元，7-光源强度检测单元，8-荧光检测单元，9-冷肼，10-废液排放装置，11-气源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

图1为根据本发明实施例的一种原子荧光分析系统中原子荧光分析装置的结构示意图，如图1所示，所述原子荧光分析装置包括原子化器5、光源单元6、荧光检测单元8以及光源强度检测单元7，其中，

所述光源单元6包括光源、光源驱动模块、反馈模块以及控制模块；

所述荧光检测单元8用于检测所述原子化器中的荧光强度；

所述光源强度检测单元7用于检测光源强度数值，并将所述光源强度数值上传至所述控制模块；

所述光源驱动模块，用于驱动所述光源工作；

所述反馈模块，用于获取所述光源驱动模块驱动所述光源工作时的瞬间电流，并将所述瞬间电流上传至所述控制模块；

所述控制模块，用于对所述光源强度数值和所述瞬间电流进行匹配，基于匹配结果以控制所述光源驱动模块。

待测氢化物的荧光强度受激发光源强度的影响，当激发光源强度越强时，待测氢化物产生的荧光强度越强，但是并非激发光源的强度越强越好，激发光源的强度越强，本底噪声越大且可能导致待测氢化物被强光分解，因此，光源强度的稳定性直接影响原子荧光分析系统检测结果的精确性和重现性。然而，光源老化、环境因素等均会导致光源强度的波动，因此，对光源强度的精准控制变得尤为重要。现有技术中通过检测光源强度变化来调节光源或扣除光源的波动来克服光源的不稳定性，若只利用光能量检测光源强度变化，则会受到炉丝火焰干扰；若只利用荧光检测器检测光源强度，则会增加背景噪声的干扰。本发明提供的一种原子荧光分析系统，通过将光源强度数值和瞬间电流进行匹配，基于匹配结果来控制光源驱动模块，从而实现精准控制调节光源的目的，提高了系统的检测性能。

优选地，光源强度检测单元7为光敏探测器。

其中，光源的聚焦点直线方向安装光源强度检测单元7，光源发出的光经聚焦后，沿直线传播，光源强度检测单元7探测光强强度，光源强度检测单元7可实时反馈光源强度，控制模块根据光源强度调整光源电流，确保激发光源强度的一致性。在检测过程中，光源强度检测单元7安装于光源直线方向，荧光检测的同时，可见光源强度同步检测，实现整个过程监控。

具体地，控制模块发送指令，光源驱动模块驱动光源工作；反馈模块将光源驱动模块驱动光源工作的瞬间电流上传至控制模块，保存为当前光源驱动电流；控制模块读取光源强度检测单元的光强，光源驱动电流与光强进行匹配；当光源强度检测单元检测能量较弱时，适当加大光源驱动电流，根据不同电流应对应光强不一样原则，判断光源是否正常工作；整个测试完成后，关闭原子化器的点火装置，再次读取光强大小，查看初始光强与测试完成后的光强是否一致或者是否在正常误差内，及时判断数据的有效性。

图2为根据本发明实施例的一种原子荧光分析系统的结构示意图，如图2所示，包括：气源11、混合单元4以及气动单元3；其中，

所述气动单元3分别与所述气源11、所述混合单元4连通，所述气动单元3包括至少一组标准计量单位内容积流量可标定的气动装置，所述气动装置可拆卸的连通所述气源11，所述气动装置可拆卸的连通所述混合单元4。

其中，气动装置形成流量容积可计量的连通通道。

进一步地，在上述实施例的基础上，还包括反应单元2；所述反应单元2的出气口与所述原子荧光分析装置连接；

所述混合单元4的出液口和所述反应单元2的进液口连接。

通过反应单元2和混合单元4之间设置的单位计量单位内容积流量已标定的气动装置，无需额外的测量器具，即可直观的获取连接通道内部的流量容积；通过可拆卸设置的连接方式，可灵活的替换不同规格的气动装置；整套装置占用空间小、检修和维护方便，具有稳定性好、可靠性强，其结构简单，无需校准。

可以理解的是，气源11用于提供屏蔽气和/或载气。屏蔽气的主要作用是保护氢化物气体不被空气中的氧化性物质氧化，同时提供氩气，与氢化物形成氢氩火焰，屏蔽气流量一般为：300mL/min-1100mL/min，屏蔽气体流速的稳定性对整个反应有很重要的影响。屏蔽气不稳定直接影响燃烧过程火焰在原子化器上端的高度，火焰高度不一致，将影响荧光强度的变化。

在本发明优选的实施方式中，气动装置可以为各种适当的结构，优选地，气动装置标准计量单位内，容积流量可定量即可。例如，可以为带有容积流量刻度的软管；或者没有刻度，但通过长度可实现容积流量标定的连通管道；还可以是其它连通部件或者组件，只需满足其长度可实现其内部容积流量标定即可。

取样单元将样品和试剂定量取至反应单元中，通过过程程序升温控制以及紫外光照射对样品进行消解，消解完成后，按照标准分析方法中的要求加入还原剂，反应一段时间后，通过气动单元将消解处理后的样品抽取至混合单元中；硼氢化合物同样通过气动单元输送至混合单元中。通过载气将混合单元中混合物带入反应单元以生成氢化物，氢化物在载气的带动下带入原子化器，形成氢氩火焰，通过荧光检测单元检测荧光强度大小。本发明实施例提供的原子荧光分析系统，高度集成化，将自动进样、水样消解、样品分析集成于一体，整个操作全部可以自动完成。

在上述实施例的基础上，所述气动装置包括第一恒流气动装置和第二恒流气动装置；其中，

所述第一恒流气动装置的出气端和所述第二恒流气动装置的出气端并联连接所述混合单元4；

所述第一恒流气动装置和所述第二恒流气动装置单位长度内的容积流量均可以标定。

具体地，在本实施例中样品与试剂在反应单元初步反应后，被输送到第一恒流气动装置中；硼氢化钾溶液也被输送到第二恒流气动装置中，然后两者在气源提供的气体的作用下被输送到混合单元进行反应生成氢化物，然后被输送到反应单元进一步反应，废液在反应单元的废液排放装置排出，混合单元和反应单元反应产生的氢化物被载气输送到原子荧光分析单元。

本实施例提供的原子荧光分析系统，第一恒流气动装置和第二恒流气动装置由于流经其内部的流量容积可通过其单位计量单位直接换算，可根据实际测试需要的流量容积换算成不同长度的连通部件进行替换，无需校准即可定量取样，其结构简单、空间占用小，操作便捷，可靠性和稳定性强，简化了原子荧光分析系统的结构，缩小了整套装置的占用空间小，且整套系统后期的检修和维护方便。

优选地，第一恒流气动装置和第二恒流气动装置单位长度内的容积流量可标定；以通过第一恒流气动装置和第二恒流气动装置的长度关系，无需借助其它计量器具，可直接换算出流经第一恒流气动装置和第二恒流气动装置内部的流量容积。

可以理解的是，还包括气源为第一恒流气动装置和第二恒流气动装置提供载气，在载气恒定压力的驱动下，实现流量容积可计量的样品溶液与反应剂同时进入混合单元内，从而实现同步进样。

值得一提的是，为了确保进入混合单元内各测试试剂平稳的进行反应，还包括布置在气源和气动装置之间，且保持连通设置的气动控制单元。

优选地，所述气源包括第一子气源和第二子气源；所述气动控制单元包括第一恒流气动控制单元和第二恒流气动控制单元；其中，第一恒流气动控制单元的进气端与第一子气源相连接，第一恒流气动控制单元的出气端与第一恒流气动装置连接；第二恒流气动控制单元的进气端与第二子气源相连接，第二恒流气动控制单元的出气端与第二恒流气动装置连接。

优选地，第一恒流气动控制单元和第二恒流气动控制单元为稳流阀，可以根据需求调节流量大小，根据使用要求恒定在某一流量大小，且该流量值可以反馈至上位机控制系统。

在本实施例中，气动装置还可以为包括：第三恒流气动装置、第四恒流气动装置、第一定量杯和第二定量杯，其中，第三恒流气动装置的出气端与第一定量杯相连，第一定量杯和混合单元相连；第四恒流气动装置的出气端与第二定量杯，第二定量杯和混合单元相连；以此，分别流经第三恒流气动装置和第四恒流气动装置后，再分别进入第一定量杯和第二定量杯中进行试剂或样液的定量，第三恒流气动装置和第四恒流气动装置分别通过第一恒流气动控制单元和第二恒流气动控制单元与气源接通，继而在切换阀的切换调控与在气源存储的气体的作用下，第一定量杯和第二定量杯中的试剂或样液可同时进入混合单元参与反应。

作为一种较佳的实施方式，第三恒流气动装置包括第一进液部和第一出液部；第四恒流气动装置包括第二进液部和第二出液部，其中，第一进液部的进气端与反应单元连接，第一进液部的出气端与第一定量杯连接；第二进液部的进气端与反应单元连接，第二进液部的出气端与第二定量杯连接；第一出液部的进气端与第一定量杯连接，第二出液部的进气端与第二定量杯连接，第一出液部的出气端和第二出液部的出气端并联连接混合单元。

进一步地，第一进液部和第二进液部的内部容积流量，在标准计量单位内可标定；优选地，第一进液部和第二进液部的内部容积流量，在单位长度内可标定；以此，通过调整第一进液部和/或第二进液部的长度，可实现不同定量的样液和/试剂的取样。

进一步地，第一出液部与第二出液部的内部容积流量相等；以确保从第一定量杯和第二定量杯中的样液和/试剂同时抵达混合单元，实现同步进样。

在上述实施例的基础上，还包括取样单元1和切换阀单元；其中，

所述取样单元1通过所述反应单元2与所述气动单元连接，所述切换阀单元设置在所述反应单元和所述取样单元之间。

取样单元与第一切换阀连接，第一切换阀与第二切换阀连接，第二切换阀与反应单元连接；取样单元与第一切换阀连接，第一切换阀与第三切换阀连接，第三切换阀与反应单元连接。

可以理解的是，所述取样单元1与所述气动单元连接，硼氢化钾溶液通过取样单元之后被输送到第二恒流气动装置中。

其中，取样单元1用于对样品、试剂储存单元中的样品和试剂进行准确计量并输送到反应单元2中。

在上述实施例的基础上，还包括用于控制气体流量的恒流气动控制单元，所述恒流气动控制单元布置在所述气源11和所述混合单元4之间。

优选地，所述恒流气动控制单元为蓝宝石气阻；其中，

所述蓝宝石气阻包括外壳和封装在所述外壳内部的蓝宝石气阻本体，所述蓝宝石气阻本体中心位置设置有气阻内孔。

其中，原子荧光检测中需要用到两路气源：屏蔽气及载气。载气的主要作用是将产生的氢化物气体带出反应单元，流速一般控制在200mL/min-600mL/min，屏蔽气的主要作用是保护氢化物气体不被空气中的氧化性物质氧化，同时提供氩气，与氢化物形成氢氩火焰，屏蔽气流量一般为：300mL/min-1100mL/min，两种气体流速的稳定性对整个反应有很重要的影响。若载气过小，则氢化物不能及时带出反应单元，导致荧光延迟，屏蔽气不稳定直接影响燃烧过程火焰在原子化器上端的高度，火焰高度不一致，将影响荧光强度的变化。

可以理解的是，气源与原子化器连接用于提高屏蔽气。

其中，本实施例中采用蓝宝石气阻，通过特定气阻内孔的孔径大小，选择需要的气量，不会受使用时间、环境温度等影响。

其中，采用蓝宝石气阻调节载气与屏蔽气流量，减少仪器体积，延长关键部件使用年限，降低仪器成本。

在上述实施例的基础上，还包括：冷肼9；其中，

所述反应单元2、所述冷肼9以及所述原子荧光分析装置依次连接。

其中，冷肼9与原子荧光分析装置中的原子化器5连接。

具体地，样品在氢化物形成过程中会有大量的水以蒸汽方式随氢化物气体被载气带出，若是直接进入原子化器，则水蒸气很有可能变成小水滴，水滴具有反射性，容易将光源的光反射到荧光检测单元，给荧光检测带来影响。因此，采用冷肼脱水方式，去除氢化物反应过程中生成的水气对荧光检测的影响。

在上述实施例的基础上，还包括：废液排放装置10；所述废液排放装置10与反应单元2连接。

具体地，采用强对流正压排气方式，将产生的废气排出，避免反应过程产生的废气对仪器的腐蚀及周围环境的污染。采用正压排气，相比负压排气，正压排气具有如下优势：第一、腐蚀性气体不经过风机，长久使用后避免对风机的腐蚀；第二、避免由于排气不畅导致原子荧光分析系统气路的堵塞。

在上述实施例的基础上，还包括：温度检测装置；其中，

所述温度检测装置设置在所述原子化器5内部。

具体地，原子化器内部采用温度检测装置监控加热过程中原子化器的温度，根据温度反馈信息，通过调整加热功率，以保持每次原子反应过程中温度的一致性。

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种原子荧光分析方法，包括：

试剂与样品在反应单元初步反应，通过气动单元将初步反应获取的物质输送到混合单元中；

通过气动单元将硼氢化合物输送到所述混合单元中；

通过载气将所述混合单元中的混合物带入所述反应单元以生成氢化物；

在所述载气作用下，使得所述氢化物进入原子荧光分析装置以完成荧光分析。

在本实施例中，取样单元将样品和试剂定量取至反应单元中，通过过程程序升温控制以及紫外光照射对样品进行消解，消解完成后，按照标准分析方法中的要求加入还原剂，反应一段时间后，通过气动单元将消解处理后的样品抽取至混合单元中；硼氢化合物同样通过气动单元输送至混合单元中。通过载气将混合单元中混合物带入反应单元以生成氢化物，氢化物在载气的带动下带入原子化器，形成氢氩火焰，通过荧光检测单元检测荧光强度大小。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种原子荧光分析系统，其特征在于，包括：原子荧光分析装置，所述原子荧光分析装置包括原子化器、光源单元、荧光检测单元以及光源强度检测单元；

所述光源单元包括光源、光源驱动模块、反馈模块以及控制模块；

所述荧光检测单元，用于检测所述原子化器中的荧光强度；

所述光源强度检测单元，用于检测光源强度数值，并将所述光源强度数值上传至所述控制模块；

所述光源驱动模块，用于驱动所述光源工作；

所述反馈模块，用于获取所述光源驱动模块驱动所述光源工作时的瞬间电流，并将所述瞬间电流上传至所述控制模块；

所述控制模块，用于对所述光源强度数值和所述瞬间电流进行匹配，基于匹配结果以控制所述光源驱动模块。

2.根据权利要求1所述的原子荧光分析系统，其特征在于，还包括气源、混合单元以及气动单元；

所述气动单元分别与所述气源、所述混合单元连通，所述气动单元包括至少一组标准计量单位内容积流量可标定的气动装置，所述气动装置可拆卸的连通所述气源，所述气动装置可拆卸的连通所述混合单元。

3.根据权利要求2所述的原子荧光分析系统，其特征在于，所述气动装置包括第一恒流气动装置和第二恒流气动装置；其中，

所述第一恒流气动装置的出气端和所述第二恒流气动装置的出气端并联连接所述混合单元；

所述第一恒流气动装置和所述第二恒流气动装置单位长度内的容积流量均可以标定。

4.根据权利要求2所述的原子荧光分析系统，其特征在于，还包括反应单元；

所述反应单元的出气口与所述原子荧光分析装置连接；

所述混合单元的出液口和所述反应单元的进液口连接。

5.根据权利要求4所述的原子荧光分析系统，其特征在于，还包括取样单元和切换阀单元；其中，

所述取样单元连接所述反应单元；所述切换阀单元设置在所述取样单元和所述反应单元之间。

6.根据权利要求2所述的原子荧光分析系统，其特征在于，还包括用于控制气体流量的恒流气动控制单元，所述恒流气动控制单元布置在所述气源和所述混合单元之间。

7.根据权利要求6所述的原子荧光分析系统，其特征在于，所述恒流气动控制单元为气阻；其中，

所述气阻包括外壳和封装在所述外壳内部的气阻本体，所述气阻本体中心位置设置有气阻内孔。

8.根据权利要求4所述的原子荧光分析系统，其特征在于，还包括：冷肼；其中，

所述反应单元、所述冷肼以及所述原子荧光分析装置依次连接。

9.根据权利要求1所述的原子荧光分析系统，其特征在于，还包括：温度检测装置；其中，

所述温度检测装置设置在所述原子化器内部。

10.一种原子荧光分析方法，其特征在于，包括：

试剂与样品在反应单元初步反应，通过气动单元将初步反应获取的物质输送到混合单元中；

通过气动单元将硼氢化合物输送到所述混合单元中；

通过载气将所述混合单元中的混合物带入所述反应单元以生成氢化物；

在所述载气作用下，使得所述氢化物进入原子荧光分析装置以完成荧光分析。