CN111487238A - 一种十字交叉式雾化室及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种十字交叉式雾化室及其制备方法，属于雾化器技术领域，解决了现有雾化器雾化效率低，且载气流量调节范围小，不能同时应用于光谱分析和质谱分析的问题。一种十字交叉式雾化室，包括雾室和雾化器，雾室的顶端设有气溶胶出口、底端设有排液口，雾室的侧壁设有雾化器安装口；雾化器包括雾化管、进液管和进气管，雾化管的一端封闭，另一端与雾化器安装口一体成型；进液管和进气管设于雾化管上，进液管的出液口与进气管的喷气口均位于雾化管内，进液管的中心线与进气管的中心线垂直。本发明的雾化效率高，不易堵塞，稳定性好，且载气流量调节范围大，能够同时应用于光谱分析和质谱分析。
Description
技术领域
本发明涉及雾化器技术领域，尤其涉及一种十字交叉式雾化室及其制备方法。
背景技术
目前，电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP－OES)、电感耦合等离子体质谱(ICP－MS)等当代先进的元素检测分析仪器，在各行各业中的应用非常广泛。气动雾化器则是此类精密仪器设备上的重要关键部件，其主要作用是利用雾化器上气路支管中的高速气流将液路支管中的样品溶液雾化成为细微的气溶胶，用以导入ICP－OES或ICP－MS等分析仪器进行元素成分测定。
在各种类型的气动雾化器之中，如图1所示的同心型雾化器的使用最为广泛，然而同心型雾化器多为进口，成本高昂，而且该类雾化器的进液管细，进液管的内径仅为0.1mm～0.2mm，容易发生盐堵，导致进液管阻塞，清洗难度大，而且同心雾化器的载气流量可调范围小，仅能够用于质谱测试，不能用于光谱测试。另外，同心雾化器与雾室为分体式结构，使用时需要将同心雾化器与雾室连接，操作复杂，残留样品元素记忆干扰影响测试结果准确性。
因此，急需提供一种结构简单、雾化效率高、稳定性好、测试结果准确性好且能够同时用于质谱测试和光谱测试的雾化器。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种十字交叉式雾化室及其制备方法，用以解决现有雾化器雾化效率低，且进气压力调节范围小，不能同时应用于光谱分析和质谱分析的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，提供一种十字交叉式雾化室，包括雾室和雾化器，雾室的顶端设有气溶胶出口、底端设有排液口，雾室的侧壁设有雾化器安装口；雾化器包括雾化管、进液管和进气管，雾化管的一端封闭，另一端与雾化器安装口一体成型；进液管和进气管设于雾化管上，进液管的出液口与进气管的喷气口均位于雾化管内，进液管的中心线与进气管的中心线垂直。
进一步地，雾化管上设有进液管安装口和进气管安装口；进液管的外壁、进气管的外壁分别与进液管安装口、进气管安装口密封焊接。
进一步地，出液口和喷气口间隙设置。
进一步地，喷气口设置为圆弧形凹陷结构，圆弧形凹陷结构的最低点位于进气管的中心线上。
进一步地，进液管包括进液连接段和喷液段，进液连接段的内径大于喷液段的内径，进液连接段与喷液段变径过度连接。
进一步地，喷液段位于雾化管内，进液连接段通过管路与样品瓶连接。
进一步地，进液管安装口的口径大于喷液段的外径，且小于进液连接段的外径。
进一步地，进气管包括变径过度连接的喷气前段、喷气中段和喷气后段，喷气中段的内径大于喷气前段和喷气后段的管径内径。
进一步地，喷气前段位于雾化管内，喷气后段与供气设备连接。
进一步地，进气管安装口的口径大于喷气前段的外径，且小于喷气中段的外径。
进一步地，喷液段的内径R1为0.2～0.4mm，喷气前段的内径R2为 0.2～0.4mm。
进一步地，雾室还设有排液管和气溶胶导出管；排液管与排液口连接，用于引导废液流出；气溶胶导出管用于导出气溶胶。
进一步地，气溶胶导出管通过气溶胶出口伸入雾室内，气溶胶导出管与气溶胶出口密封连接。
进一步地，气溶胶导出管伸入雾室的一端斜切，另一端连接有球碗。
进一步地，雾室、进液管、进气管、雾化管、气溶胶导出管、排液管以及球碗均由石英材质制成。
另一方面，提供一种十字交叉式雾化室的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备进液管、进气管和雾化管；
步骤二：将进液管、进气管、雾化管与雾室安装在烧结模具中，使进液管的中心线和进气管的中心线垂直；
步骤三：对装有雾室、进液管、进气管和雾化管的烧结模具整体进行高温烧结，使进液管与进气管均与雾化管固定连接，完成十字交叉式雾化室的制备。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：
a)本发明提供的十字交叉式雾化室，将进液管与进气管设置为十字交叉结构，将进液管、进气管和雾室设置为一体结构，能够降低残留样品元素记忆干扰，提高测试结果准确性；进液管的内径(0.2～0.4mm)，明显大于传统同心型雾化器进液管的内径(0.1mm～0.2mm)，能够避免进液管堵塞，而且载气流量调节范围大，工作稳定性好，同一雾化室能够同时应用于光谱分析和质谱分析。
b)本发明提供的十字交叉式雾化室，进气管的喷气口为圆弧形凹陷结构，能够避免产生积液，显著提高了雾化效率。
c)本发明提供的十字交叉式雾化室，采用石英材质制成，石英的膨胀系数低，材料性质稳定，纯度高，能够通过高温燃烧的方式清除进液管内的积碳，操作方便，清洁效果好，大大缩短常规清洗时间，大大提升测试效率，而且能够彻底避免因清洗不彻底而干扰测试结果，提高了测试结果准确性。
d)本发明提供的十字交叉式雾化室的制备方法，操作简单，加工精准，合格率高，便于大规模生产。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为现有技术中同心型雾化器的结构示意图；
图2为本发明实施例中十字交叉式雾化器的结构示意图；
图3为图2中进液管与进气管的位置关系示意图；
图4为本发明实施例中进气管的结构示意图；
图5为本发明实施例中进液管的结构示意图。
附图标记：
1-雾室；2-进液管；21-进液连接段；22-喷液段；3-进气管；31-喷气前段；32-喷气中段；33-喷气后段；34-圆弧形凹陷结构；4-球碗；5-排液管；6-雾化管。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种十字交叉式雾化室，如图2 至图3所示，包括雾室1和雾化器，雾室1的顶端设有气溶胶出口、底端设有排液口，雾室1的侧壁设有雾化器安装口；雾化器包括雾化管6、进液管2和进气管3，雾化管6的一端封闭，另一端与雾化器安装口一体成型；进液管2和进气管3设于雾化管6上，具体的，雾化管6上设有进液管安装口和进气管安装口，进液管2的外壁、进气管3的外壁分别与进液管安装口、进气管安装口密闭焊接或一体成型；进液管2的中心线与进气管3的中心线垂直，进液管2的出液口与进气管3的喷气口均位于雾化管6内，且出液口和喷气口间隙设置，即进液管2的出液口与进气管3的喷气口不接触，此结构设置能够避免液滴在喷气口聚集成大液滴造成雾化不完全，引起分析结果不准确。
本实施例中，如图5所示，进液管2包括进液连接段21和喷液段22，进液连接段21与喷液段22变径过度连接，进液连接段21的内径大于喷液段22的内径；喷液段22位于雾化管6内，进液连接段21通过管路与样品瓶连接，管路上设有蠕动泵，蠕动泵能够将样品瓶中的待测样品供入进液管2中，并由喷液段22前端的喷液口喷出。其中，雾化管6上的进液管安装口的口径大于喷液段22的外径小于进液连接段21的外径。
本实施例中，如图4所示，进气管3包括喷气前段31、喷气中段32 和喷气后段33，喷气中段32的内径大于喷气前段31和喷气后段33的管径内径，且喷气前段31与喷气中段32、喷气中段32与喷气后段33均为变径过度连接；喷气前段31位于雾化管6内，喷气后段33与质谱载气进气口连接，供气设备向进气管3供入稀有气体(高纯Ar气)，并由喷气前段31前端的喷气口喷出。其中，雾化管6上的进气管安装口的口径大于喷气前段31的外径小于喷气中段32的外径。
由于雾化器为精密部件，为了实现雾化功能，对进液管2和进气管3 的内径、进液管2的喷液口以及进气管3的喷气口的位置关系有着严格的要求。本实施例中，进液连接段21的内径为3mm～5mm，喷液段22 的内径R1为0.2～0.4mm，喷气中段32的内径为3mm～5mm，喷气前段 31的内径R2为0.2～0.4mm，喷气中段32的内径远大于喷气前段31的内径，在空腔内气体形成负压腔体，提高虹吸率，进而提高雾化效率。喷液段22的中心线与喷气前段31的中心线垂直，进液管2位于进气管中心线的一侧，进液管2喷液口的位置不超过进气管中心线，进液管2喷液口的中心点距进气管中心线的垂直距离L1为0～0.2mm，优选的，进液管2喷液口的中心点位于进气管的中心线上，且喷液口中心点至喷气前段31喷气口所在平面的距离L2大于喷液段22的壁厚d，L2＝d+ (0.2mm～0.5mm)。
由于传统同心型雾化器进液管的内径若超过0.2mm，则雾化效率非常低甚至无法实现雾化功能，因此传统同心型雾化器进液管内径非常细，仅为0.1～0.2mm，如此细的进液管容易发生盐堵，导致进液管阻塞，清洗难度大。而本实施例的雾化器进液管2的内径为0.2～0.4mm，能够达到传统雾化器进液管内径的2-4倍，由于进液管2的喷液方向与进气管3的喷气方向垂直，不仅能够实现对样品的雾化，较传统同心型雾化器的雾化效率高，还能够避免进液管的堵塞，而且由于进液管2的内径大，载气流量及载气压力调节范围大，同一雾化室能够应用于光谱分析和质谱分析，大大降低了耗材成本。
本实施例中，雾室1的形状为球形结构或规则的多边形立体结构，雾室1还设有排液管5和气溶胶导出管，排液管5与排液口连接，用于引导废液流出；气溶胶导出管用于导出气溶胶，气溶胶导出管为斜切管，气溶胶导出管通过气溶胶出口伸入雾室1内，气溶胶导出管与气溶胶出口密封连接，气溶胶导出管伸入雾室1的一端斜切，另一端连接有球碗4，生成的气溶胶经球碗4进入质谱分析仪或光谱分析仪。通过设置斜切的气溶胶导出管，增大了气溶胶进入气溶胶导出管的进口面积，便于雾化的气溶胶导出。
为了提高雾化效率，避免产生积液，进气管3的喷气口设置为圆弧形凹陷结构34，喷气前段31为漏斗形结构，如图4所示，喷气前段31 前端的喷气口为圆弧形凹陷结构34，圆弧形凹陷结构34的最低点位于进气管3的中心线上，进气管3中的稀有气体沿圆弧形凹陷结构34的内壁面喷出，圆弧形凹陷结构设置，不仅增大了喷气口的气体喷出面积，增大了雾化时的气液接触面积，而且进液管2喷出的液体不会因张力而吸附在喷气口的内壁，从而避免产生积液，显著提高了雾化效率。
由于在测试过程中，进液管2内会产生积碳，采用传统化学试剂清洗方式，清洗时间长，清洁效率低。本实施例中，雾室1、进液管2、进气管2、雾化管6、气溶胶导出管、排液管5以及球碗4均由石英材质制成，由于石英的膨胀系数低，材料性质稳定，纯度高，能够通过高温燃烧的方式清除进液管2内的积碳，大大缩短了清洗时间，提高了清洁效率。
实施时，将雾化室与样品瓶、供气设备连接，启动蠕动泵和供气设备，调节供液压力和供气压力，样品溶液经进液管2喷出进入雾化管6，稀有气体经进气管3喷出进入雾化管6，喷出的溶液样品与稀有气体在雾化管6中垂直冲击，形成均匀的气溶胶，气溶胶由雾化管6进入雾室1 内，并在雾室1内旋转流动，雾室1中的气溶胶通过气溶胶导出管导出进入质谱分析仪或光谱分析仪，产生的废液通过排液管5排出。
与现有技术相比，本实施例提供的十字交叉式雾化室，将进液管与进气管设置为十字交叉结构，将进液管、进气管和雾室设置为一体结构，能够降低残留样品元素记忆干扰，提高测试结果准确性；进液管的内径 (0.2～0.4mm)，明显大于传统同心型雾化器进液管的内径 (0.1mm～0.2mm)，能够避免进液管堵塞，而且载气流量调节范围大，工作稳定性好，同一雾化室能够同时应用于光谱分析和质谱分析。另外，进气管的喷气口为圆弧形凹陷结构，能够避免产生积液，显著提高了雾化效率。此外，十字交叉式雾化室采用石英材质制成，石英的膨胀系数低，材料性质稳定，纯度高，能够通过高温燃烧的方式清除进液管内的积碳，操作方便，清洁效果好，大大缩短常规清洗时间，大大提升测试效率，而且能够彻底避免因清洗不彻底而干扰测试结果，提高了测试结果准确性。
实施例2
本发明的又一实施例，公开了实施例1中的十字交叉式雾化室的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：制备进液管2、进气管3和雾化管6。
制备进液管2、进气管3先将雾化管6与雾室1连接，优选采用烧结连接的方式，使雾化管6一体成型于雾室1的侧壁。
步骤二：将进液管2、进气管3、雾化管6与雾室1安装在烧结模具中，使进液管2的中心线和进气管3的中心线垂直。
将进液管2和进气管3分别安装在雾化管6上的进液管安装口和进气管安装口，使进液管2的中心线和进气管3的中心线垂直；将安装完的雾室1、雾化管6、进液管2和进气管3安装在烧结模具中，其中，利用移动平台将雾室1、雾化管6、进液管2和进气管3进行定位，对进液管2和进气管3进行垂直校正，定位并校正后进行烧制。
其中，烧结模具包括雾室腔、进液管腔和进气管腔，将雾室1、进液管2和进气管3分别安装在雾室腔、进液管腔和进气管腔中，将进液管2 的出液口和进气管3的喷气口分别伸入进液管安装口和进气管安装口中，也即喷液口与喷气口位于雾化管6中，调整进液管2和进气管3伸入雾化管6中的长度，使进液管2出液口的中心点距离进气管3中心线的距离在0～0.3mm之间，进液管2的外壁与进气管3的外壁不接触，优选地，进液管2喷液口的中心点位于进气管的中心线上，且喷液口中心点至喷气前段31喷气口所在平面的距离L2大于喷液段22的壁厚d，L2＝d+ (0.2mm～0.5mm)。
通过紧固件锁定进液管2和进气管3的位置，保证进气管3的出气方向和进液管2的出液方向垂向。
步骤三：对装有雾室1、进液管2、进气管3和雾化管6在移动平台调试后整体焊接，使进液管2与进气管3均与雾化管6固定连接，完成十字交叉式雾化室的制备。
本实施例中，焊接温度2000℃～8000℃，，烧结模、紧固件均由耐高温材质制成。
与现有技术相比，本实施例提供的十字交叉式雾化室的制备方法，操作简单，加工精准，合格率高，便于大规模生产。制备材质为石英，石英的膨胀系数低，材料性质稳定，纯度高，能够通过高温燃烧的方式清除进液管内的积碳，操作方便，清洁效果好，大大缩短常规清洗时间，大大提升测试效率，而且能够彻底避免因清洗不彻底而干扰测试结果，提高了测试结果准确性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种十字交叉式雾化室，其特征在于，包括雾室(1)和雾化器，所述雾室(1)的顶端设有气溶胶出口、底端设有排液口，所述雾室(1)的侧壁设有雾化器安装口；
所述雾化器包括雾化管(6)、进液管(2)和进气管(3)，所述雾化管(6)的一端封闭，另一端与所述雾化器安装口一体成型；
所述进液管(2)和进气管(3)设于所述雾化管(6)上，所述进液管(2)的出液口与所述进气管(3)的喷气口均位于雾化管(6)内，所述进液管(2)的中心线与进气管(3)的中心线垂直。
2.根据权利要求1所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述雾化管(6)设有进液管安装口和进气管安装口；
所述进液管(2)的外壁、进气管(3)的外壁分别与进液管安装口、进气管安装口密封焊接。
3.根据权利要求1所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述喷气口设置为圆弧形凹陷结构(34)，所述圆弧形凹陷结构(34)的最低点位于进气管(3)的中心线上。
4.根据权利要求3所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述进液管(2)包括进液连接段(21)和喷液段(22)，进液连接段(21)的内径大于喷液段(22)的内径，所述进液连接段(21)与喷液段(22)变径过度连接。
5.根据权利要求4所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述进气管(3)包括变径过度连接的喷气前段(31)、喷气中段(32)和喷气后段(33)，所述喷气中段(32)的内径大于喷气前段(31)和喷气后段(33)的管径内径。
6.根据权利要求5所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述喷液段(22)的内径R1为0.2～0.4mm，所述喷气前段(31)的内径R2为0.2～0.4mm。
7.根据权利要求1至6任一项所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述雾室(1)还设有排液管(5)和气溶胶导出管；
所述排液管(5)与所述排液口连接，用于引导废液流出；所述气溶胶导出管用于导出气溶胶。
8.根据权利要求7所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述气溶胶导出管通过气溶胶出口伸入雾室(1)内，所述气溶胶导出管与气溶胶出口密封连接。
9.根据权利要求8所述的十字交叉式雾化室，其特征在于，所述雾室(1)、进液管(2)、进气管2、雾化管(6)、气溶胶导出管、排液管(5)以及球碗4均由石英材质制成。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的十字交叉式雾化室的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备进液管(2)、进气管(3)和雾化管(6)；
步骤二：将进液管(2)、进气管(3)、雾化管(6)与雾室(1)安装在烧结模具中，使进液管(2)的中心线和进气管(3)的中心线垂直；
步骤三：对装有雾室(1)、进液管(2)、进气管(3)和雾化管(6)的烧结模具整体进行高温烧结，使进液管(2)与进气管(3)均与雾化管(6)固定连接，完成十字交叉式雾化室的制备。
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