CN108872080B - 一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,解决了现有技术光谱仪的前光路系统结构复杂、操作不便,使用过程中窗口片污染严重造成光信号损失大、检测效率低的技术问题。本发明提供一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其设有主管和进气支管,主管为中空的直管,其两端开口分别设有采光口和出气口;采光口处设有窗口片,采光口通过窗口片封闭;进气支管一端设有进气口,另一端与主管固定连接,进气支管与主管呈Y型管路设置;进气支管与主管的接口处和出气口之间的主管上设有等离子体激发区,等离子体激发区的外壁上设有等离子体激发装置,使等离子体激发区内产生等离子体。本发明广泛应用于分析仪器的光谱仪领域。
Description
技术领域
本发明涉及分析仪器的光谱仪领域,具体涉及一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统。
背景技术
现有等离子体原子发射光谱仪的前光路系统主要采取将光先通过透镜聚焦到光纤中,再由光纤传输到光谱仪里,如侯贤灯团队采用的方式(Anal.Chem.2014,86,5220-5224)。然而使用透镜聚焦及光纤传输,一方面会降低信号光的收集效率,损失掉部分能量,另一方面光路结构较复杂,尤其是光纤很难应用到便携式仪器当中。现有技术中也有采用了透镜的方案,以分光检测系统代替了光谱仪,省掉了光纤。然而,在出气口端进行光收集存在一个难以克服的缺陷,当检测固体及其他浓度较高的液体样品时,原子化的样品气流中将会包含很多固体杂质,随气流出射很容易污染聚光镜。因此以上方案都采用在透镜前放置一片高透型的窗口片,对透镜进行保护,因此在每次测试前需要都对窗口片进行清洁,操作极为不便,增加了成本,也降低了效率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足,提供一种结构简单合理、操作方便、无需反复清洗窗口片、光信号损失小、检测效率高的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,等离子体原子发射光谱仪包括分光检测系统、显示控制模块、气路系统和电池,分光检测系统包括光电转换及信号处理模块,分光检测系统与显示控制模块连接,并受显示控制模块控制,气路系统设有工作气源,其设有主管和进气支管,主管为中空的直管,其两端开口分别设有采光口和出气口;采光口处设有窗口片,采光口通过窗口片封闭;进气支管一端设有进气口,另一端与主管固定连接,进气支管与主管呈Y型管路设置,进气支管与靠近采光口一端的所述主管在所述采光口的方向上的夹角范围为(0°,90°),进气支管的内部与主管的内部相连通;进气支管与主管的接口处和出气口之间的主管上设有等离子体激发区,等离子体激发区的外壁上设有等离子体激发装置和供电单元,等离子体激发装置设有放电电极,供电单元与放电电极连接,通过供电单元对放电电极施加高压脉冲电压,使等离子体激发区内产生等离子体。
优选的,进气支管与靠近采光口一端的所述主管之间的夹角为5~45°。
优选的,主管和进气支管的材质均为石英玻璃。
优选的,窗口片与采光口处密封固定连接。
优选的,窗口片的材质为高透射型光学材料。
优选的,等离子体激发装置采用介质阻挡放电等离子体激发装置。
优选的,窗口片到进气支管与所述主管的接口处的距离为8~30mm。
优选的,光谱仪的进光口上设有与其固定连接的准直器,准直器内部设有聚焦透镜,聚焦透镜的中心轴线与所述主管的中心轴线相重合。
优选的,聚焦透镜的参数与光谱仪狭缝参数相匹配。
优选的,聚焦透镜为紫外熔融石英透镜。
本发明的有益效果:本发明提供一种结构简单合理、操作方便、无需反复清洗窗口片、光信号损失小、检测效率高的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统。
(1)本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统的使用工作原理是通过工作气源从进气口通入进气支管中,将载有待测样品的气体在工作气源的带动下从进气支管的进气口进入主管中,再进入等离子体激发区后,被等离子体激发区内的等离子体激发,金属原子被等离子体激发后由基态跃迁至不稳定的激发态,由激发态回到基态时产生相应金属元素的特征光信号,特征光信号沿着主管内部通过窗口片传出,经过准直器,进入光谱仪中,被收集和处理,最终获得待测样品元素的光谱信息,从而实现对待测样品元素成分的分析。同时样品中的残留物在工作气源的带动下经出气口排出。
与传统结构的前光路系统中将窗口片固定于出气口前端,然后在出气口前端收集光的方式相比,本发明中采用Y型管路设计,在与出气口相反的采光口处收集光,可以避免气流中杂质对窗口片的污染,省去了检测前需要清洁窗口片的繁琐步骤,同时也降低了设备使用过程中的损耗,降低维护费用。
(2)本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统中采用准直器直接与光谱仪相连,缩短了光路,显著降低光信号的损失,提高了光的传输和收集效率,从而提升了整个仪器的检测效率和灵敏度。
(3)本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,操作简单、检测速度快,能够实现现场快速检测;通过对等离子体激发光谱的检测分析,采用准直器直接与光谱仪相连,直接将光信号传输到光谱仪中进行检测,去掉了光纤,缩短了光路,显著降低光信号的损失,提高了光的传输和收集效率,,对金属元素的测定误差小、精密度高、准确度好。,从而提升了整个光仪器的检测效率和灵敏度。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图中标记:1.主管,2.进气支管,3.进气口,4.出气口,5.采光口,6.等离子体激发区,7.窗口片,8.准直器,9.光谱仪,10.放电电极,11.供电单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定,均为常规的生产方法;所使用的原料,如无特殊规定,均为常规的市售产品。
由图1所示,本发明的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统中,等离子体原子发射光谱仪包括前光路系统、分光检测系统、显示控制模块、气路系统和电池,分光检测系统包括光电转换及信号处理模块,分光检测系统与显示控制模块连接,并受显示控制模块控制;电池分别与分光检测系统、显示控制模块连接,并分别为分光检测系统、显示控制模块供电;气路系统设有工作气源和气流控制阀,其中气流控制阀与工作气源连接。
本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其设有主管1和进气支管2,主管1和进气支管2的材料均采用石英玻璃。主管1为中空的直管,其两端开口分别设有采光口5和出气口4;采光口5出口处还设有窗口片7,采光口5通过窗口片7封闭,使主管1形成采光口5一端与外界封闭,出气口4一端与外界连通的结构。进气支管2一端设有进气口3,另一端与主管1通过熔融固定连接,进气支管2与主管1呈Y型设置,进气支管2的内部与主管1的内部相连通,进气支管2与主管1的接口处和出气口4之间的主管1上设有等离子体激发区6;进气支管2与靠近采光口5一端的主管1之间的夹角α为20°,倾斜夹角α为锐角,确保使用过程中工作气源的气流更顺畅的从进气支管2进入主管1中的等离子体激发区6,将有利于载有待测样品的气流的传输。同时,窗口片7到进气支管2与主管1的接口处的距离为10mm,在主管1内靠近采光口5处的一端形成一定的气流死区,既有利于保持窗口片7和气流死区内的长期清洁,又降低杂质对检测结果的影响。
等离子体激发区6的外壁上设有介质阻挡放电等离子体激发装置和供电单元11,等离子体激发装置设有放电电极10,供电单元11与放电电极10连接,通过供电单元11对等离子体激发装置中的放电电极10施加高压脉冲电压,使等离子体激发区6内产生等离子体;等离子体激发装置采用介质阻挡放电的激发方式,具有结构简单、体积小、成本低,能够对样品中的金属元素进行更方便、快捷的定性和定量。
光谱仪9上设有与其固定连接的准直器8,准直器8直接安装在光谱仪9的进光口上,安装方便。准直器8内部设有聚焦透镜,材质为紫外熔融石英透镜,透镜的中心轴线与主管的中心轴线相重合,透镜的参数与光谱仪狭缝参数相匹配,准直器8能够将光完全地聚焦进入光谱仪9中,针对海洋光学系列光谱仪9,透镜焦距为10mm。
窗口片7与采光口5处密封固定连接;窗口片依据测定元素选择,当不限制检测元素种类时,大多数重金属元素的特征峰集中在紫外区,采用紫外高透型石英玻璃片,使金属元素的特征峰中的紫外区光线具有较高的透射率,最大限度的降低测定过程中金属原子的特征光损失,检测误差小,测定准确度更高。
本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统的使用方法及工作原理如下:
(1)打开气路系统的气流控制阀,将工作气源从进气口3通入进气支管2中,再依次进入主管1、等离子体激发区6,最后从出气口4排出;
(2)先通过供电单元11对等离子体激发装置中的放电电极10施加高压脉冲电压,使放电电极10之间产生稳定的等离子体,即等离子体激发区6内产生稳定的等离子体;
(3)将载有待测样品的气体在工作气源的带动下从进气支管2的进气口3带入主管1中,然后进入等离子体激发区6后被等离子体激发,待测样品的气体中的金属原子被等离子体激发后由基态变成不稳定的激发态,再由激发态回到基态时产生相应特征光信号,然后特征光信号沿着主管1内部通过采光口5透过窗口片7传出,经过准直器8,进入光谱仪9中,被收集和处理,最终获得待测样品元素的光谱信息,从而实现对待测样品元素成分的分析;同时样品中的残留物在工作气源的带动下经出气口4排出。
与传统结构的前光路系统中将窗口片7固定于出气口4处,最后在出气口4处收集的光信号的方式相比,本发明采用Y型管路设计中,光信号在与出气口4相反的采光口5处被收集,可以避免气流中杂质对窗口片7的污染,省去了检测前需要清洁窗口片7的繁琐步骤,同时金属元素被等离子体激发后产生的特征光信号直接通过沿着主管1内部通过采光口5透过窗口片7传出,经过准直器8,进入光谱仪9中,被收集和处理,不需要经过传统的光纤传递,显著降低了特征光信号传递过程中的损耗,降低检测误差,提高检测的准确度,实现对待测样品中待测金属元素的实时定性与定量检测。
本发明中采用准直器8直接与光谱仪9相连,缩短了光路,显著降低光信号的损失,提高了光的传输和收集效率,从而提升了整个光仪器9的检测效率和灵敏度。
本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,操作简单、检测速度快,能够实现现场快速检测;通过对等离子体激发光谱的检测分析,采用准直器直接与光谱仪相连,直接将光信号传输到光谱仪中进行检测,去掉了光纤,缩短了光路,显著降低光信号的损失,提高了光的传输和收集效率,,对金属元素的测定误差小、精密度高、准确度好。从而提升了整个光仪器的检测效率和灵敏度。
以上仅为本发明的具体实施例而已,例如进气支管2与靠近采光口5一端的主管9之间的夹角α为0°~90°的任何锐角,优选的5°~45°;优选的,窗口片7到进气支管2与主管1的接口处的距离为8~30mm;窗口片7可以根据元素检测需求选择所需的滤波片,例如紫外滤光片、截止滤光片等;主管1和进气支管2的材料均可以采用可以在内部激发等离子体的其他绝缘介质;可在等离子体激发区6内产生等离子体的其他任何激发方式均可采用该前光路系统也可实现本发明的等离子体原子发射光谱仪的前光路系统。
惟以上所述者,仅为本发明的具体实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,所述等离子体原子发射光谱仪包括分光检测系统、显示控制模块、气路系统和电池,所述分光检测系统包括光电转换及信号处理模块,所述分光检测系统与显示控制模块连接,并受显示控制模块控制,所述气路系统设有工作气源,其特征在于,其设有主管和进气支管,所述主管为中空的直管,其两端开口分别设有采光口和出气口;所述采光口处设有窗口片,所述采光口通过所述窗口片封闭;所述进气支管一端设有进气口,另一端与主管固定连接,所述进气支管与所述主管呈Y型管路设置,所述进气支管与靠近所述采光口一端的所述主管在所述采光口的方向上的夹角范围为(0°,90°),所述进气支管的内部与所述主管的内部相连通;所述进气支管与所述主管的接口处和所述出气口之间的所述主管上设有等离子体激发区,所述等离子体激发区的外壁上设有等离子体激发装置和供电单元,所述等离子体激发装置设有放电电极,所述供电单元与所述放电电极连接,通过所述供电单元对所述放电电极施加高压脉冲电压,使所述等离子体激发区内产生等离子体。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述进气支管与靠近所述采光口一端的所述主管之间的夹角为5~45°。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述主管和所述进气支管的材质均为石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述窗口片与所述采光口处密封固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述窗口片的材质为高透射型光学材料。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述等离子体激发装置采用介质阻挡放电等离子体激发装置。
7.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述窗口片到所述进气支管与所述主管的接口处的距离为8~30mm。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述光谱仪的进光口上设有与其固定连接的准直器,所述准直器内部设有聚焦透镜,所述聚焦透镜的中心轴线与所述主管的中心轴线相重合。
9.根据权利要求8所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述聚焦透镜的参数与所述光谱仪狭缝参数相匹配。
10.根据权利要求8所述的一种等离子体原子发射光谱仪的前光路系统,其特征在于,所述聚焦透镜为紫外熔融石英透镜。
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