CN109540985A - 电化学沉积装置和x射线荧光光谱分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电化学沉积装置和X射线荧光光谱分析系统，属于电化学沉积技术领域。本发明的电化学沉积装置，包括用于容纳待分析液体的容器，其中，在所述容器内部或在所述容器的部分壁上固定有作为阴极电极的导电的碳基材料层，所述碳基材料层用于在电化学沉积的过程中附着所述待分析液体中的待分析金属元素。
Description
技术领域
本发明属于电化学沉积（Electrochemical Deposition）技术领域，涉及一种使用导电的碳基材料层的电极、碳基材料层的用途、固定有该电极的容器和使用该容器的电化学沉积装置，还涉及使用该电化学沉积装置的X射线荧光光谱分析（X-Ray Fluorescence，XRF）系统和用于分析液体中的金属元素含量的方法。
背景技术
为分析液体（例如水体）中的金属元素（例如Hg、Pb、Cd、As、Ni或Cr等）含量，其中一种常见方式是使用电化学沉积方法来进行。具体而言，通过电化学沉积将水体中的金属元素（通常以离子形式存在）电沉积在阴极电极上，然后采用X射线荧光光谱（X-RayFluorescence，XRF）分析方法检测分析阴极电极上的各种金属元素的量，从而分析出水体中的相应金属元素的含量或浓度。
目前，在电化学沉积过程中使用金属材料的阴极电极。但是，金属电极相对昂贵，且容易受待分析液体的酸性环境影响；并且，在XRF分析过程中，金属电极的金属基体会对被分析的电沉积的金属元素产生干扰或影响，导致被分析的金属元素的结果不准确，因此，存在所谓的“基底效应”问题。
此外，在电化学沉积过程中使用也存在使用导电合成金刚石材料作为阴极电极，同样，导电合成金刚石材料成本高、加工困难（例如需要为实现金刚石的导电特性而掺杂）。
发明内容
本发明的目标是公开一种解决方案，该解决方案消除或至少减轻现有技术方案中出现的如上所述的缺陷。本发明的目标也是实现下面的优点的一个或多个：
- 减小沉积有待测的金属元素的电极在XRF分析中所带来的“基底效应”问题；
- 减小在电化学沉积中用来附着待分析金属元素的阴极电极的成本；
- 有利于在电化学沉积中用来附着待分析金属元素的阴极电极实现一次性使用；
- 有利于操作简单地实现在电化学沉积中用来附着待分析金属元素的阴极电极；
- 有利于实现在线XRF分析，并提高XRF分析的准确度；
为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。
按照本发明的第一方面，提供一种电化学沉积装置，包括用于容纳待分析液体的容器，其中，在所述容器内部或在所述容器的部分壁上固定有作为阴极电极的导电的碳基材料层，所述碳基材料层用于在电化学沉积的过程中附着所述待分析液体中的待分析金属元素。本发明实施例的电化学沉积装置使用导电的碳基材料层作为阴极电极， 减小沉积有待测的金属元素的电极在XRF分析中所带来的“基底效应”问题，尤其适用于在线XRF分析，并且在线XRF分析的准确度高；同时，碳基材料层的阴极电极易于低成本地实现，可以作为耗材一次性使用，这样也时XRF分析过程变得更简单。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层通过贴附的方式固定于所述容器的壁的内表面或外表面上。本发明实施例的电化学沉积装置适合于在线XRF分析应用，不易产生所述“基底效应”，并且贴附操作方便、简单。
根据本发明又一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层通过薄膜沉积方式固定于所述容器的壁的内表面上。本发明实施例的电化学沉积装置适合于在线XRF分析应用，不易产生所述“基底效应”。
根据本发明还一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层固定在所述容器内部的电极载体上。本发明实施例的电化学沉积装置适合于离线XRF分析应用，
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层为柔性碳基材料层。本发明实施例的电化学沉积装置中，柔性碳基材料层易于进行电极的贴附、分离等操作，并在该操作过程中不易损坏，也能适用在更多种形状的表面上贴附，适用面广，容易被操作形成电化学沉积装置中的阴极电极。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层借助于第一胶带或粘合剂贴附于所述容器的壁的内表面或外表面上。这样，碳基材料层的贴附操作简单且易于实现。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层通过以下碳基材料的至少一种制成：石墨、石墨烯、有机碳、碳化氮、第一高分子聚合物、碳气凝胶。基于这些碳基材料形成的碳基材料层柔性好，易于制备且易于实现其导电特性，整体成本低廉，非常适合于作为耗材一次性地使用。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层不含有所述待分析金属元素的至少一种。这样，在XRF分析时碳基材料层对XRF分析的干扰小，分析结果更准确。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层的厚度大于或等于50纳米且小于或等于5毫米，或者大于或等于0.05毫米且小于或等于0.1毫米。本发明实施例的电化学沉积装置中，一方面容易形成连续的碳基材料薄膜层，另一方面厚度小，基底效应更小，柔性好且使用更方便。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，被附着有所述金属元素的所述碳基材料层被用于X射线荧光光谱分析。用于X射线荧光光谱分析时，“基底效应”小、分析准确。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层为在所述电化学沉积的过程中一次性地用作阴极电极。这样，为碳基材料层的重复使用而对附着的金属元素进行去除等操作，使用简单、方便且成本低。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述容器的基材为玻璃、石英、塑料或第二高分子聚合物。这样，在进行在线XRF分析时容器的基材对XRF分析的干扰小，分析结果更准确。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层位于所述容器的壁的部分侧壁或部分底壁上。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述待分析金属元素包括Hg。
根据本发明一实施例的电化学沉积装置，其中，所述碳基材料层可拆卸地固定在所述容器内部或在所述容器的部分壁上。这样，碳基材料层一方面方便转移进行离线XRF分析，另一方面方便实现碳基材料层的一次性使用。
按照本发明的第二方面，提供一种柔性的导电的碳基材料层的用途，其中，所述碳基材料层被贴附在容器内部的电极载体上或容器的部分壁上用作电化学沉积中的阴极电极。本发明的用途实现操作简单且适用的容器范围广，有利于方便、快捷地快速构建电化学沉积装置。
按照本发明的第三方面，提供一种X射线荧光光谱分析系统，包括：
X射线荧光光谱分析装置，和
以上任一所述的电化学沉积装置。
本发明实施例的X射线荧光光谱分析系统具有上述相应实施例的电化学沉积装置的优点。
根据本发明一实施例的X射线荧光光谱分析系统，其中，所述碳基材料层固定在所述容器的部分壁上；
其中，所述X射线荧光光谱分析装置发射的X射线从所述容器的外侧大致对准地射入所述容器的壁上的所述碳基材料层。
本发明X射线荧光光谱分析系统有利于实现在线XRF分析，并提高在线XRF分析的准确度。
按照本发明的第四方面，提供一种用于分析液体中的金属元素含量的方法，其包括步骤：
待分析液体在以上任一所述的电化学沉积装置的容器中进行电化学沉积，从而将所述液体中的待分析金属元素至少部分地附着于所述碳基材料层；以及
将所述碳基材料层从所述容器中转移至X射线荧光光谱分析装置上进行离线的X射线荧光光谱分析；或
从所述容器的外侧向所述容器的壁上的碳基材料层射入X射线并在所述容器的外侧接收从所述碳基材料层发射的X射线荧光，从而进行在线的X射线荧光光谱分析。
根据本发明一实施例的方法，其中，在所述电化学沉积的过程中，待分析液体持续地从所述容器的入口流入并持续地从所述容器的出口流出。
根据以下描述和附图本发明的以上特征和操作将变得更加显而易见。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是按照本发明一实施例的电极结构示意图。
图2是按照本发明又一实施例的电极结构示意图。
图3是按照本发明一实施例的容器结构示意图。
图4是按照本发明又一实施例的容器结构示意图。
图5是按照本发明还一实施例的容器结构示意图。
图6是按照本发明一实施例的电化学沉积装置的结构示意图。
图7是按照本发明又一实施例的电化学沉积装置的结构示意图。
图8是按照本发明一实施例的XRF分析系统的结构示意图。
图9是按照本发明又一实施例的XRF分析系统的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更加完全地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。但是，本发明可按照很多不同的形式实现，并且不应该被理解为限制于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开变得彻底和完整，并将本发明的构思完全传递给本领域技术人员。附图中，相同的标号指代相同的元件或部件，因此，将省略对它们的描述；并且，附图中，为了清楚起见，存在夸大了层和区域的厚度的可能。
图1所示为按照本发明一实施例的电极结构示意图。如图1所示，电极10能够在电化学沉积中使用，其可以作为阴极电极，并与阳极电极成对地使用，从而，在电化学沉积的过程中可以收集或附着例如水体中的金属元素，例如，Hg、Pb、Cd、As、Ni或Cr等金属离子；附着在电极10上的金属元素可以以金属单质、也可以为金属化合物的形式存在，其具体存在形式不是限制性的。
电极10为导电的碳基材料层。通过使用碳基材料，在XRF分析的过程中，即使X射线从碳基材料层的一面入射并在另一面上激发金属发射荧光，碳基材料层对入射的或发射出的X射线荧光的透射性好，因此，如果从电极10的背面入射X射线并从电极10的正面上附着的金属发射的X射线荧光来进行XRF分析时，可以大大减小作为附着的金属元素的基底的电极10对附着的金属元素所带来的“基底效应（matrix effect）”，有利于提高XRF分析的准确性。
需要说明的是，电极10的正面是指在电化学沉积的过程中用来附着金属元素的一面，电极10的背面为与所述正面相反的一面。
并且需要说明的是，碳基材料层在待分析的水体中化学惰性好，即使在酸性环境下也不会容易被改性。
在一实施例中，用于形成电极10的碳基材料层为柔性碳基材料层。该柔性碳基材料层区别于刚性的金刚石材料层，其柔性好易于进行电极的贴附、分离等操作，并在该操作过程中不易损坏，也能适用在更多种形状的表面上贴附。因此，这种柔性碳基材料层能适于附着在形状各异的基材110上，容易被操作形成电化学沉积的阴极电极，电极10的适用面广。
用于形成电极10的碳基材料层通过以下碳基材料的至少一种制成：石墨、石墨烯、有机碳、碳化氮、高分子聚合物、碳气凝胶等。这些碳基材料可以通过各种薄膜形成方法制备构图形成碳基材料层。基于这些碳基材料形成的碳基材料层柔性好，易于制备且易于实现其导电特性，整体成本低廉，非常适合于作为耗材使用，例如，鉴于其低成本的优点，可以直接一次性使用，也即在在电化学沉积使用并XRF分析后丢弃，成本低的同时下次使用时也容易形成或搭建新的阴极电极（例如简单贴附即可）。
需要说明的是，碳基材料层可以包含除碳元素之外的其他元素（例如碳化氮中氮），其他元素优选地选自相对X射线穿透性好的元素。碳基材料层也可以掺杂相应的元素，例如用来调整碳基材料层的导电性或电阻率的掺杂元素。
在一实施例中，碳基材料层优选地不含有对应于其将被附着的金属元素的至少一种，也即不含有水体中待分析的金属元素，例如，不含有待分析的Hg、Pb、Cd、As、Ni或Cr等金属元素，从而，在后续XRF分析过程中，碳基材料层并不会对被分析的金属元素产生干扰或影响，不会影响XRF分析的准确度。
继续如图1所示，在一实施例中，在电化学沉积的过程中电极10被固定于基材110上，例如电极10通过与基材110上的导线（图1中未示出）连接至相应的电源的负极。基材110具体可以为玻璃、不锈钢、石英、塑料或高分子聚合物等，采用玻璃、石英、塑料或高分子聚合物时，对从背面射入的X射线的穿透性好，在XRF分析不易产生干扰等。
具体而言，作为基材110的高分子聚合物可以但不限于为聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚酰亚胺（PI）和聚酯的一种或多种。这样，基材110制备成本也低。
具体而言，碳基材料层的电极10可以为薄膜结构，其例如可以通过薄膜沉积方法成形于基材110上，例如，PECVD（等离子增强化学气相沉积）或ALD（原子层沉积）等沉积方法；碳基材料层的电极10也可以先成形，然后通过借助于胶带或粘合剂等固定于基材110上。碳基材料层的电极10在基材110上的具体固定形式不是限制性的。
在一实施例中，薄膜结构的电极10的厚度大于或等于50纳米且小于或等于5毫米，例如，具体地为约100纳米、0.01毫米、0.1毫米或1毫米；可选地，电极10的厚度0.05毫米且小于或等于0.1毫米（例如，约0.08毫米），这样，电极10在制备时，一方面容易形成连续的碳基材料薄膜层，另一方面厚度小，基底效应更小，柔性好且使用更方便。
图2所示为按照本发明又一实施例的电极结构示意图。在图2所示实施例中，碳基材料层的电极10与图1中的碳基材料层的电极10基本相同，其可以被固定于如图1所示的基材110上之前可以被密封在两条胶带120a和120b之间，胶带120a和120b也为柔性的，这样，电极10保存方便，或在电化学沉积的阴极电极搭建过程中操作使用非常简易。
需要说明的是，电极10在电化学沉积中用作阴极电极时，其具体形状不是限制性的，例如，其可以是三角形、四方形、圆形等；电极10的具体面积大小也不是限制性的。
电极10在电化学沉积中收集了水体中的金属元素后，其可以被用来进行XRF分析，从而确定收集的金属元素的量，进一步确定水体中的金属离子浓度。需要理解是，电极10可以从水体中取出来，对其正面的金属元素进行离线的XRF分析，该分析并不是实时的；电极10也可以不从水体中取出来，对其正面的金属元素进行在线的XRF分析，其具体实现方式将在以下进行示例说明。
图3所示为按照本发明一实施例的容器结构示意图。如图3所示，容器20是通过基材定形来形成壁210，从而形成腔体，腔体可以用于容纳待分析液体，例如水体；容器20的壁210例如具有侧壁211和底壁212，如图3所示，在至少部分侧壁21的内表面上固定有电极10。电极10可以是以上图1和图2所示实施例的电极10，即导电的碳基材料层，在此不再对电极10详细赘述。
容器20被构造为上端开口的柱状容器，柱状容器可以为方形柱状或圆形柱状，其内部口径的尺寸可以设计为小于或等于5厘米。在其他可选实施例中，容器20也可以被构造为上端开口的球形状容器或立方体状容器；容器20具体形状不是限制性的。将理解，由于电极10可以为柔性的碳基材料层，其较好的柔性可以适于贴附在各种形状的壁210上，甚至易于实现密封贴附，防止水体进入电极10与壁表面之间。
容器20的壁210的基材可以选择X射线的穿透性好的材料，例如玻璃、石英、塑料或高分子聚合物，不但成本低，而且在XRF分析过程中，X射线从容器20的外侧射向容器20的壁210的内表面上的电极10，以及从容器20的壁210的内表面上的电极10向容器20的外侧发射的X射线荧光，此时壁210的基材穿透性好，不易对电极10的正面的金属元素的XRF分析产生干扰等。
在一实施例中，作为电极10的柔性的碳基材料层可以借助于胶带或粘合剂等贴附于容器20的侧壁211的内表面上，此时，在电极10使用结束后（例如电化学沉积结束后或在线XRF分析结束后），可以通过撕去或剥离去除该电极10，因此，电极10可以在容器10中一次性地使用（用作阴极电极），成本低且使用方便。具体而言，用作电极10的碳基材料层在被贴附于容器20的壁210上之前被密封在如图2所示的两条胶带120a和120b之间，撕去胶带120a和/或120b后，可以通过胶带或粘合剂等贴附于容器20的侧壁211的内表面上。
电极10采用贴附的方式固定时，电极10是可拆卸的，从而方便在电化学沉积后从壁210上拆卸电极10，既方便对电极10进行离线XRF分析（如果是离线XRF分析应用），也方便作为一次性使用的耗材从容器20上去除（例如如果是在线XRF分析应用）。
在又一实施例中，作为电极10的碳基材料层可以通过薄膜沉积法（例如PECVD等）沉积于容器20的壁210的内表面上，具体可以采用保形覆盖的沉积方式来沉积形成电极10。作为电极10的碳基材料层在沉积在例如一玻璃容器的部分内壁表面上后，即可形成本发明实施例的容器20。电极10相对容器20的壁210粘附性好，在使用后（例如电化学沉积结束后或在线XRF分析结束后）相对难以去除，因此，容器20可以在一次使用后更换。
在一实施例中，如图3所示，电极10位于容器20的壁210的部分侧壁211上，例如，位于侧壁211的中部。电极10的具体形状可以但不限于为圆形、三角形或四方形等，其面积大小也不是限制性的。
图4所示为按照本发明又一实施例的容器结构示意图。相比于图3所示实施例的容器20，容器30中的电极10置于容器20的壁210的底壁212的部分内表面上。
图5所示为按照本发明还一实施例的容器结构示意图。相比于图3所示实施例的容器20，容器40中的电极10置于容器20的壁210上但是贴附于壁210（例如侧壁211）的外表面上。对应于电极10的贴附位置，在壁210上开有孔213，从而，电极10的正面可以与容器40的内腔相通并在电化学沉积过程中可以收集其容纳的水体中的金属离子。电极10可以采用如图2所示实施例中的胶带120b贴附在壁210上，电极10和胶带120b可以一起防止容器40中的水体流出。
图6所示为按照本发明一实施例的电化学沉积装置的结构示意图。图6所示实施例的电化学沉积装置使用如图3所示实施例的容器20，在此省略对容器20详细赘述。
继续如图6所示的电化学沉积装置，除容器20外，对应容器20还设置有用于实现电化学沉积的组件，例如，还包括：在容器20中的阳极电极21、电源23、盖子24、进口221和出口222。阳极电极21与电极10的正面相对地设置，阳极电极21电连接电源23的正极、电极10电连接电源23的负极（例如通过容器20的壁上的导线电连接至电源23的负极），电源23用于向电极10和阳极电极21之间施加用于实现电化学沉积的电压。阳极电极21具体可以为棒状、板状等，可以但不限于通过Pt（铂）、Rh（铑）或石墨等制成，并且可以重复使用。容器20中容纳有待分析液体，例如水体90。水体90可以从进口221持续地补充并可以从出口222持续地排出。水体90可能含有例如待分析的金属离子（例如汞离子），并且需要测定这些金属离子在水体90中的浓度值。其中，水体90的体积可以通过计量等方式测定。
图6所示实施例的电化学沉积装置是适于在线XRF分析的，其具体应用将在下文示例说明。
图7所示为按照本发明又一实施例的电化学沉积装置的结构示意图。图7所示实施例的电化学沉积装置使用的容器50可以是各种常规的玻璃容器，其壁上并不贴附碳基材料层的电极10，碳基材料层的电极10是固定在容器50内部，例如固定在容器50内部的电极载体130上。电极载体130具体可以板状，其可以为导电的金属材料等形成，也可以为非导电的材料形成。电极载体130为导电材料时，电极载体130的在水体90中的部分的表面被绝缘材料包覆并暴露窗口用于固定电极10，电极10固定在暴露的窗口处并与其导电接触；电极载体130为绝缘材料时，电极载体130上可以布置导线电连接其上固定的电极10。电极10具体可以为如图1或图2所示实施例的电极，在使用时，例如可以通过贴附的方式固定在电极载体130的表面，从而可以快速、简单地搭建形成阴极电极。
继续如图7所示的电化学沉积装置，除容器50和电极载体130外，对应容器50还设置有用于实现电化学沉积的其他组件，例如，还包括：在容器50中的阳极电极21、电源23、盖子24。阳极电极21与电极10的正面相对地设置，阳极电极21电连接电源23的正极、电极10电连接电源23的负极。在电化学沉积过程中，水体90中的例如汞离子会沉积在电极10的正面上。
需要说明的是，图7所示实施例的电化学沉积装置非常适于离线XRF分析，例如，沉积有金属元素的电极10可以方便地拆卸分离，并转移至XRF分析装置上离线地进行XRF分析，从而测得沉积的金属元素的量，并计算出水体的相应金属元素的浓度。以上拆卸、转移过程都容易实现，电极10可以一次性使用，使用方便并且成本低。
需要说明的是，图4和图5所示实施例的容器也可以用来形成类似如图6所示实施例的电化学沉积装置。
图8所示为按照本发明一实施例的XRF分析系统的结构示意图。该实施例的XRF分析系统200为一种能够实现在线XRF分析的系统，其中示例地使用了本发明图6所示实施例的电化学沉积装置来对容器20中的水体90进行在线XRF分析。
如图8所示，XRF分析系统200包括XRF分析装置40，XRF分析装置40用于发射X射线并接收从电极10发射的X射线荧光、并且基于接收的X射线进行XRF分析，从而确定电极10上（例如电极10正面上）的相应的金属元素的含量。
具体而言，XRF分析装置40包括X射线发射部件41、X射线探测器42和分析处理部件43。其中，X射线发射部件41可以发射相应的X射线，X射线发射部件41具体包括X射线源和高压发生器等；X射线探测器42用于接收从电极10发射的X射线荧光，分析处理部件43可以测定接收的X射线的荧光光谱、并基于该光谱计算输出电极10的正面上附着的金属元素的含量。
相应地，容器20的电极10作为XRF分析装置40的X射线窗口，X射线荧光光谱分析装置40上可以对应地设置有用于安装容器20及其组件的安装平台（图8中未示出），该安装平台被构造为能够容易地向其上安装容器20及其组件、并容易地拆卸容器20及其组件。
XRF分析系统200中，待分析的水体90可以从进口221持续地补充并可以从出口222持续地排出，因此，不但可以在线地测量水体90的金属离子的浓度，还可以实时地测量出电沉积在电极上的金属离子浓度的变化。
以上图8所示实施例的XRF分析系统200中，可以在容器20中的电化学沉积过程结束后，通过XRF分析装置40在线地测定电极10的正面上收集的金属元素的量，从而可以换算出水体90中的相应金属元素的浓度值。也可以在容器20中的电化学沉积过程中，一边进行电化学沉积，一边通过XRF分析装置40实时地在线测定电极10的正面上收集的金属元素的量的变化，从而可以换算出水体90中的待测金属元素的浓度值的变化。
因此，以上图8所示实施例的XRF分析系统200可以实现在线分析水体90中的金属元素含量，其中电极10并不需要从待分析的水体90中拿出再转移至XRF分析装置40下进行分析，避免了转移过程，也不需要为转移电极10而设置相应的支架等装置。在线XRF分析过程中，从容器20的外侧向容器20的壁210上的电极10射入X射线并在容器10的外侧接收从电极10的正面发射的X射线荧光，电极10和容器20的壁210基材等所产生的“基底效应”小，金属元素的浓度值测量准确。
在线XRF分析完成后，鉴于电极10的低成本、易于从容器20上去除、易于贴附形成阴极电极的特点，可以直接更换电极10，从而准备下一次的XRF分析。因此，每次XRF分析的电极成本低，并且操作简单。
同时需要说明的是，图8所示实施例的XRF分析系统200也可以实现离线XRF分析。示例地，在容器20中的电化学沉积过程结束后，将贴附在容器20的壁上的电极10拆卸，置于XRF分析装置40中进行XRF分析，此时，X射线可以从电极10的正面射入、也可以从电极10的背面射入。XRF分析后的电极10不用作下次电化学沉积使用，每次在线XRF分析的电极成本低、操作使用简单。
图9所示为按照本发明又一实施例的XRF分析系统的结构示意图。该实施例的XRF分析系统300为一种能够实现在线XRF分析的系统，相比于图8所示实施例的XRF分析系统200，XRF分析系统300示例地使用了本发明图5所示实施例的容器40来实现在线XRF分析。这样，从容器20的外侧向容器20的壁上的电极10射入X射线并在容器10的外侧接收从电极10的正面发射的X射线荧光时，X射线并不需要穿过容器40的基材，干扰相对更小，分析的准确性更好。
将理解，以上本发明的各方面上述实施例中还公开了一种柔性的导电的碳基材料层的用途，其中，柔性碳基材料层被贴附在容器内部的电极载体上或容器的部分壁上用作电化学沉积中的阴极电极。
将理解，以上本发明的各方面上述实施例中还公开了一种用于分析液体中的金属元素含量的方法，包括步骤：
待分析液体在图6或图7任一所示的电化学沉积装置的容器中进行电化学沉积，从而将所述液体中的待分析金属元素至少部分地附着于碳基材料层；以及
将所述碳基材料层从所述容器中转移至XRF分析装置上进行离线的X射线荧光光谱分析。
将理解，以上本发明的各方面上述实施例中还公开了一种用于分析液体中的金属元素含量的方法，包括步骤：
待分析液体在类似如图6所示的电化学沉积装置的容器中进行电化学沉积，从而将所述液体中的待分析金属元素至少部分地附着于碳基材料层；以及
从所述容器的外侧向所述容器的壁上的碳基材料层射入X射线并在所述容器的外侧接收从所述碳基材料层发射的X射线荧光，从而进行在线的X射线荧光光谱分析。
以上例子主要说明了本发明的电极、柔性碳基材料层的用途、容器、电化学沉积装置、XRF分析系统以及分析液体中的金属元素含量的方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (20)
1.一种电化学沉积装置，包括用于容纳待分析液体的容器，其特征在于，在所述容器内部或在所述容器的部分壁上固定有作为阴极电极的导电的碳基材料层，所述碳基材料层用于在电化学沉积的过程中附着所述待分析液体中的待分析金属元素。
2.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层通过贴附的方式固定于所述容器的壁的内表面或外表面上。
3.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层通过薄膜沉积方式固定于所述容器的壁的内表面上。
4.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层固定在所述容器内部的电极载体上。
5.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层为柔性碳基材料层。
6.如权利要求2所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层借助于第一胶带或粘合剂贴附于所述容器的壁的内表面或外表面上。
7.如权利要求1或5所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层通过以下碳基材料的至少一种制成：石墨、石墨烯、有机碳、碳化氮、第一高分子聚合物、碳气凝胶。
8.如权利要求1或5所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层不含有所述待分析金属元素的至少一种。
9.如权利要求1所述的容电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层的厚度大于或等于50纳米且小于或等于5毫米，或者大于或等于0.05毫米且小于或等于0.1毫米。
10.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，被附着有所述金属元素的所述碳基材料层被用于X射线荧光光谱分析。
11.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层为在所述电化学沉积的过程中一次性地用作阴极电极。
12.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述容器的基材为玻璃、石英、塑料或第二高分子聚合物。
13.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层位于所述容器的壁的部分侧壁或部分底壁上。
14.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述待分析金属元素包括Hg。
15.如权利要求1所述的电化学沉积装置，其特征在于，所述碳基材料层可拆卸地固定在所述容器内部或在所述容器的部分壁上。
16.一种柔性的导电的碳基材料层的用途，其中，所述碳基材料层被贴附在容器内部的电极载体上或容器的部分壁上用作电化学沉积中的阴极电极。
17.一种X射线荧光光谱分析系统，包括：
X射线荧光光谱分析装置，和
如权利要求1至15中任一所述的电化学沉积装置。
18.如权利要求17所述的X射线荧光光谱分析系统，其特征在于，所述碳基材料层固定在所述容器的部分壁上；
其中，所述X射线荧光光谱分析装置发射的X射线从所述容器的外侧大致对准地射入所述容器的壁上的所述碳基材料层。
19.一种用于分析液体中的金属元素含量的方法，其特征在于，包括步骤：
待分析液体在如权利要求1至15中任一所述电化学沉积装置的容器中进行电化学沉积，从而将所述液体中的待分析金属元素至少部分地附着于所述碳基材料层；以及
将所述碳基材料层从所述容器中转移至X射线荧光光谱分析装置上进行离线的X射线荧光光谱分析；或
从所述容器的外侧向所述容器的壁上的碳基材料层射入X射线并在所述容器的外侧接收从所述碳基材料层发射的X射线荧光，从而进行在线的X射线荧光光谱分析。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述电化学沉积的过程中，待分析液体持续地从所述容器的入口流入并持续地从所述容器的出口流出。
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104641226A (zh) * | 2012-08-14 | 2015-05-20 | 六号元素技术有限公司 | 原位电化学沉积和x射线荧光光谱 |
| CN106769695A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 大气颗粒物水溶性重金属快速测量系统和方法 |
| CN207181357U (zh) * | 2017-09-21 | 2018-04-03 | 赛默飞世尔（上海）仪器有限公司 | 电极、容器、电化学沉积装置和x射线荧光光谱分析系统 |
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