CN114324299B - 便携式分析装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了便携式分析装置和分析方法，所述便携式分析装置包括光源、光谱仪和分析单元，光源用于发出激发光；还包括：所述光源、光谱与和分析单元设置在所述壳体内；所述壳体具有允许所述激发光穿过的开口及与其连通的通道，沿着所述激发光的传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口；气瓶和减压模块设置在所述壳体内，所述气瓶提供的气体经过所述减压模块后送所述气体出口；阀门分别设置在所述减压和气体出口之间的管路上；手柄设置在所述壳体的下侧，电池设置在中空的手柄内，为所述光源、光谱仪和分析单元供电。本发明具有体积小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及元素分析，特别涉及便携式分析装置和方法。
背景技术
用于钢铁分析的原子发射类光谱仪器，要求分析C元素等灵敏光谱波长在紫外波段的元素，而紫外光很容易被空气中的氧气和水吸收。所以需要通过充惰性气体，来起到保护紫外光的作用，一般用氩气，因为氩气对等离子体形成有促进作用。
目前此类仪器，大部分为大型台式仪器，在实验室中使用，直接接入外置氩气供气系统。新的激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的不断成熟，使得做手持式仪器，实现C元素分析，成为可能，这项技术可以填补市场空白。但是手持式LIBS光谱仪同样要解决供气系统问题，目前市场上产品的做法是，外接一个小型氩气瓶，仪器内部仅有电磁阀开关和流量检测。外接气瓶是一次性耗材，大约用100次分析，即失效。耗材成本较高，使用不方便，同时使得仪器整体设计笨拙突兀，比如Thermofisher产品，3kg中外置气瓶，如一个大尾巴。
激光等离子体特点是高端低，只有2mm左右，非常微弱，如果供气系统从顶部吹下，会影响火焰形状。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种便携式分析装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
便携式分析装置，所述便携式分析装置包括光源、光谱仪和分析单元，所述光源用于发出激发光；所述便携式分析装置还包括：
壳体，所述光源、光谱与和分析单元设置在所述壳体内；所述壳体具有允许所述激发光穿过的开口及与其连通的通道，沿着所述激发光的传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口；
气瓶和减压模块，所述气瓶和减压模块设置在所述壳体内，所述气瓶提供的气体经过所述减压模块后送所述气体出口；
阀门，所述阀门分别设置在所述减压和气体出口之间的管路上；
手柄和电池，所述手柄设置在所述壳体的下侧，所述电池设置在中空的手柄内，为所述光源、光谱仪和分析单元供电。
本发明的目的还在于提供了一种分析方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
分析方法，所述分析方法为：
将壳体的开口端压紧样品的待测区域；
光源发出的激发光依次穿过通道和开口端，入射到所述待测区域；沿着所述激发光传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口；
所述待测区域内的样品被激发，形成等离子体；气瓶提供的气体经过减压后从所述通道的内壁排出，环绕所述等离子体螺旋移动，并逆着所述传输方向移动，从而托起所述等离子体；
光接收单元接收所述等离子体的出射光，并送光谱仪；
分析单元分析所述光谱仪的输出信号，得到所述样品的信息。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.信噪比高；
利用通道的形状设计，以及气体出口设置，使得气瓶提供的气体环绕并托起等离子体，提高了等离子体的亮度，光谱强度得到提高的同时降低了背景，从而提高了信噪比；
2.体积小；
气瓶、光源、光谱仪、分析单元和电池等器件的合理布局，有效地降低了装置体积，也便于操纵人员握持，提高了装置的便携性；
3.连续工作时间长；
在壳体上设置了充气接头，使得气体根据需要地充入气瓶，延长了装置的使用时间。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例分析方法的流程示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
本发明实施例的便携式分析装置，所述便携式分析装置包括：
光源、光谱仪和分析单元，所述光源用于发出激发光；这些器件均是本领域的现有技术；
壳体，所述光源、光谱与和分析单元设置在所述壳体内；所述壳体具有允许所述激发光穿过的开口及与其连通的通道，沿着所述激发光的传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口；
气瓶和减压模块，所述气瓶和减压模块设置在所述壳体内，所述气瓶提供的气体经过所述减压模块后送所述气体出口，使得从气体出口排出的气体环绕样品上被激发产生的等离子体，随着气体的螺旋移动而托起等离子体；
阀门，所述阀门分别设置在所述减压和气体出口之间的管路上，使得气体脉冲式地排出气体出口，且气体出口依次排出气体；
手柄和电池，所述手柄设置在所述壳体的下侧，便于操作人员握持，所述电池设置在中空的手柄内，为所述光源、光谱仪和分析单元供电。
为了缩小壳体的体积，进一步地，所述气瓶和光源并列设置，所述光谱仪设置在所述光源和气瓶的下侧，所述分析单元设置在所述气瓶和光源的后侧。
为了使排出气体出口的气体环绕和托起产生的等离子体，进一步地，所述气体出口的中心轴线与侧壁间的夹角小于360°/n，所述截面为n边形。
为了延长装置的工作时间，进一步地，所述壳体上设置充气接头，所述充气接头与所述气瓶连接。
图1示意性地给出了本发明实施例分析方法的流程图，如图1所示，所述分析方法为：
将壳体的开口端压紧样品的待测区域；
光源发出的激发光依次穿过通道和开口端，入射到所述待测区域；沿着所述激发光传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口；
所述待测区域内的样品被激发，形成等离子体；气瓶提供的气体经过减压后从所述通道的内壁排出，环绕所述等离子体螺旋移动，并逆着所述传输方向移动，从而托起所述等离子体；
光接收单元接收所述等离子体的出射光，并送光谱仪；
分析单元分析所述光谱仪的输出信号，得到所述样品的信息。
为了方便地应用本分析方法，进一步地，在壳体内，所述气瓶和光源并列设置，所述光谱仪设置在所述光源和气瓶的下侧，所述分析单元设置在所述气瓶和光源的后侧；
手柄设置在所述壳体的下侧，电池设置在中空的手柄内，为所述光源、光谱仪和分析单元供电。
为了提高工作时间，进一步地，所述壳体上设置充气接头，所述充气接头与所述气瓶连接。
为了使排出气体出口的气体更好地环绕产生的等离子体，进一步地，所述气体出口的中心轴线与侧壁间的夹角小于360°/n，所述截面为n边形。
为了使排出气体出口的气体更好托起产生的等离子体，进一步地，气体脉冲式地排出气体出口，沿着顺时针或逆时针方向，至少二个气体出口依次排出气体。
实施例2：
根据本发明实施例1的便携式分析装置和方法在金属分析中的应用例。
在本应用例中，在壳体内，气瓶和光源并列设置，光谱仪设置在所述光源和气瓶的下侧，分析单元设置在所述气瓶和光源的后侧；减压模块、电磁阀和流量传感器依次设置，并处于光源和气瓶之间；减压模块的出口分别连接二个电磁阀，每个电磁阀的出口依次连接流量传感器和气体出口；中空的手柄倾斜地设置在所述壳体的下侧，电池设置在所述手柄内，为光源、光谱仪、分析单元和电磁阀等供电；壳体上设置充气接头，所述充气接头和压力传感器分别与所述气瓶连接；
壳体具有允许所述激发光穿过的开口及与其连通的通道，沿着所述激发光的传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为正六边形，所述通道的位置相对且平行的二个内壁分别具有气体出口，气体出口的中心轴线与内壁间的夹角小于60度，如15度、30度、45度，所述中心轴线垂直于激发光的传输方向。
本发明实施例分析方法，也即本实施例便携式分析装置的工作方法，如图1所示，所述分析方法为：
操作人员握持手柄，并将壳体的开口端压紧样品的待测区域；
光源发出的激发光依次穿过通道和开口端，入射到所述待测区域；
所述待测区域内的样品被激发，形成等离子体；在电磁阀的控制下，气瓶提供的气体经过减压后依次从(沿着顺时针方向排列的)气体出口排出，且气体是脉冲式地排出气体出口，使得气体环绕所述等离子体螺旋移动，并逆着所述传输方向移动，从而托起所述等离子体；
光接收单元接收所述等离子体的出射光，并送光谱仪；
分析单元分析所述光谱仪的输出信号，得到所述样品的信息，如铁的含量。
上述实施例举例说明了截面是正六边形，并设置二个气体出口，当然还可以是其它情况，如截面是正八边形，并设置四个气体出口，每个气体出口的中心轴线与侧壁的夹角小于45度。
Claims (8)
1.便携式分析装置，所述便携式分析装置包括光源、光谱仪和分析单元，所述光源用于发出激发光；其特征在于，所述便携式分析装置还包括：
壳体，所述光源、光谱仪和分析单元设置在所述壳体内；所述壳体具有允许所述激发光穿过的开口及与其连通的通道，沿着所述激发光的传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口，所述气体出口的中心轴线与侧壁间的夹角小于360°/n，所述截面为n边形；
气瓶和减压模块，所述气瓶和减压模块设置在所述壳体内，所述气瓶提供的气体经过所述减压模块后送所述气体出口；
阀门，所述阀门分别设置在所述减压模块和气体出口之间的管路上；
手柄和电池，所述手柄设置在所述壳体的下侧，所述电池设置在中空的手柄内，为所述光源、光谱仪和分析单元供电。
2.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其特征在于，所述气瓶和光源并列设置，所述光谱仪设置在所述光源和气瓶的下侧，所述分析单元设置在所述气瓶和光源的后侧。
3.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其特征在于，所述中心轴线垂直于所述传输方向。
4.根据权利要求1所述的便携式分析装置，其特征在于，所述壳体上设置充气接头，所述充气接头与所述气瓶连接。
5.分析方法，所述分析方法为：
将壳体的开口端压紧样品的待测区域；
光源发出的激发光依次穿过通道和开口端，入射到所述待测区域；沿着所述激发光传输方向，所述通道的内径逐渐变小；在垂直于所述激发光的方向上，所述通道的截面为多边形，所述通道的内壁具有至少二个气体出口，所述气体出口的中心轴线与侧壁间的夹角小于360°/n，所述截面为n边形；
所述待测区域内的样品被激发，形成等离子体；气瓶提供的气体经过减压后从所述通道的内壁排出，环绕所述等离子体螺旋移动，并逆着所述传输方向移动，从而托起所述等离子体；
光接收单元接收所述等离子体的出射光，并送光谱仪；
分析单元分析所述光谱仪的输出信号，得到所述样品的信息。
6.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，在壳体内，所述气瓶和光源并列设置，所述光谱仪设置在所述光源和气瓶的下侧，所述分析单元设置在所述气瓶和光源的后侧；
手柄设置在所述壳体的下侧，电池设置在中空的手柄内，为所述光源、光谱仪和分析单元供电。
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述壳体上设置充气接头，所述充气接头与所述气瓶连接。
8.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，气体脉冲式地排出气体出口，沿着顺时针或逆时针方向，至少二个气体出口依次排出气体。
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