CN116419461A - 液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统，涉及水质金属离子检测技术领域，解决了传统金属阴极冷却装置体积较大的问题，其技术方案要点是：包括散热模块、半导体制冷片、冷板、金属电极、进样管、辅助电极、聚四氟乙烯池、镇流电阻、高压电源和开关电源；散热模块、半导体制冷片、冷板和金属电极依次连接，半导体制冷片连接开关电源；聚四氟乙烯池一端嵌设辅助电极，辅助电极通过镇流电阻和高压电源与金属电极连接；进样管贯穿辅助电极和聚四氟乙烯池并与金属电极正对，形成辉光放电区域。采用半导体制冷片对金属电极进行冷却，无需引入惰性气体或外加水箱进行制冷，在保证制冷效果的同时缩小体积，整体结构紧凑。

Description

液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统

技术领域

本发明涉及水质金属离子检测技术领域，更具体地说，它涉及液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统。

背景技术

日趋加剧的水污染对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、社会经济可持续发展的重大障碍，水质重金属检测已经成为一项重要的课题。常用的水质重金属检测方法有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体法等。上述方法分析速度快、应用领域广泛，但体积巨大、功耗高、维护成本高，不利用系统的小型化。相比而言，目前研究的小体积低成本高灵敏的溶液阴极辉光放电原子发射光谱法(SCGD-AES)表现出一定的优势，可以检测几十种元素，但对重金属元素的检出限稍高。近年来，逐渐发展的溶液阳极辉光放电原子发射光谱法(SAGD-AES)具有比SCGD-AES更高的重金属激发效率和更高的灵敏度。然而，SAGD-AES的金属阴极受到等离子体负辉区高能离子的作用，极易出现电极过热损耗、产生附着氧化物过多等现象，还会引起辉光到弧光转换，使得放电不稳定、激发源寿命过短，难以进行长时间的应用。

目前，SAGD-AES为解决金属阴极过热的问题通常采取外加制冷水箱、外加惰性气体吹扫等方法，但外加水箱制冷使得整个装置体积变大，且此种操作下金属棒仍有较多的附着氧化物，造成激发源寿命较短，需要繁琐更换电极，步骤繁琐；外加惰性气体也不利于系统的小型化，整个装置的电流维持在2～45mA，影响元素的激发效率。这些方法的引入提高了检测重金属的灵敏度，但使得整个装置体积变大、操作复杂，存在制冷效果不佳、激发性能不高的问题。

有鉴于此，申请人提出液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统，解决上述问题。

发明内容

本申请的目的是提供液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统，采用半导体制冷片对金属电极进行冷却，无需引入惰性气体或外加水箱进行制冷，在保证制冷效果的同时缩小体积，整体结构紧凑。

本申请首先提供液体阳极辉光放电等离子体激发源，上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：散热模块、半导体制冷片、冷板、金属电极、进样管、辅助电极、聚四氟乙烯池、镇流电阻、高压电源和开关电源；

所述金属电极下方设置所述聚四氟乙烯池，所述聚四氟乙烯池靠近所述金属电极的一端嵌设所述辅助电极，所述辅助电极通过所述镇流电阻和高压电源的正极连接，所述高压电源的负极与所述金属电极连接；

所述进样管贯穿所述辅助电极和聚四氟乙烯池，并位于所述金属电极的正下方，所述金属电极与所述进样管之间的间隙为辉光放电区域；

其中，所述金属电极连接所述冷板，所述冷板连接所述半导体制冷片，所述半导体制冷片连接所述散热模块，所述半导体制冷片由所述开关电源供电。

采用上述技术方案，启动开关电源，通过半导体制冷片对金属电极制冷，在保证制冷效果的同时简化整体结构，有利于系统的小型化；外加半导体制冷片后，金属电极可长时间使用，简化了实验步骤；结构整体体积小，也无需外加惰性气体制冷，可实现大气压下等离子体放电，有效地提升了重金属的激发效率，进而提高溶液阳极辉光放电技术对重金属元素检测灵敏度。

在一些可能的实施例中，所述金属电极的顶端连接所述冷板，所述冷板通过绝缘陶瓷垫片连接所述半导体制冷片的冷面，所述半导体制冷片的热面连接所述散热模块。

在一些可能的实施例中，所述金属电极贯穿所述冷板，所述冷板两侧通过绝缘陶瓷片分别连接两个所述半导体制冷片的冷面，两个所述半导体制冷片平行设置在所述金属电极两侧，所述半导体制冷片的热面连接所述散热模块。

进一步的，所述散热模块采用风冷散热结构或水冷散热结构；

所述风冷散热结构包括针柱结构或鳍片结构的散热器和风扇；

所述水冷散热器包括水冷板、水冷管道、带有小型水箱的水循环泵和散热水排。

进一步的，所述半导体制冷片的侧壁套设导热垫片，所述导热垫片边缘设置有通孔，所述半导体制冷片通过所述导热垫片上的通孔与所述冷板和散热模块连接。

进一步的，所述半导体制冷片与所述散热模块和绝缘陶瓷片的接触面均涂有导热硅脂。

进一步的，所述进样管采用石英玻璃或陶瓷材质制成。

进一步的，所述高压电源提供400～1500V的直流电压，所述镇流电阻的阻值范围为5～10KΩ。

进一步的，所述金属电极的直径为1.5～4.0mm，所述金属电极靠近辉光放电区域的一端具有15°～70°的尖端；

所述辅助电极穿出所述聚四氟乙烯池的一端呈锥型台体状，所述锥型台体的母线与锥型台体的高呈5°～45°角；

所述进样管的内径为1.0～3.0mm，外径为2.0～6.0mm，所述进样管顶端与所述辅助电极顶端的距离为1.0～4.0mm。

本申请还提供原子发射光谱系统，包括光谱仪、凸透镜、注射器、蠕动泵、三通阀和如上所述的液体阳极辉光放电等离子体激发源；

所述注射器、蠕动泵通过所述三通阀与所述进样管连接，所述光谱仪通过光纤与所述凸透镜连接，所述凸透镜用于收集辉光放电区域的光谱信号。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请采用半导体制冷片对金属电极进行制冷，整体结构紧凑，装置体积小，有利于系统的小型化；根据实际情况可以选用单片半导体制冷片对金属电极制冷，体积更小、功耗更低；选用双片半导体制冷片平行于金属电极进行制冷，制冷效果更好；

本装置降低了金属电极的损耗，且等离子体稳定性好，减少附着氧化物的出现，有利于延长金属电极的寿命；相较于传统的外加惰性气体吹扫制冷，本装置可以在大气压环境下运行，无需额外的进样装置或辅助结构，减少了成本，且无需添加氨水调节电导率，简化了操作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的液体阳极辉光放电等离子体激发源的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的原子发射光谱系统的结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的液体阳极辉光放电等离子体激发源的结构示意图；

图4为本发明实施例4提供的原子发射光谱系统的结构示意图；

图5为本发明提供的半导体制冷片和导热垫片的示意图；

图6为本发明一实施例提供的原子发射光谱系统的发射光谱图；

图7为本发明一实施例提供的原子发射光谱系统金属元素发射强度随时间的变化图；

图8为本发明一实施例提供的Ag、Cd、Hg、Pb的背景(pH为2的HNO₃)与发射光谱图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、散热模块；2、半导体制冷片；3、冷板；4、金属电极；5、进样管；6、辅助电极；7、聚四氟乙烯池；8、镇流电阻；9、高压电源；10、开关电源；11、光谱仪；12、注射器；13、蠕动泵；14、三通阀；15、导热垫片。

具体实施方式

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本申请的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本申请的各种实施例中，表述“或”或“B或/和C中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“B或C”或“B或/和C中的至少一个”可包括B、可包括C或可包括B和C二者。

在本申请的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本申请的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件或与另一组成元件“相连”，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件或与另一组成元件“直接相连”时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本申请的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本申请的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请作进一步的详细说明，本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请，并不作为对本申请的限定。

溶液阳极辉光放电原子发射光谱法(SAGD-AES)具有比溶液阴极辉光放电原子发射光谱法(SCGD-AES)更高的重金属激发效率和更高的灵敏度。但SAGD-AES的金属阴极受到等离子体负辉区高能离子的作用，极易出现电极过热的问题，难以进行长时间的应用。为解决SAGD-AES金属阴极过热，目前主要有外加制冷水箱、外加惰性气体吹扫的方法，但均需要引入体积较大的器件，使得整个装置体积过大，不便于操作使用。

为此，申请人提出液体阳极辉光放电等离子体激发源及原子发射光谱系统，在解决金属阴极过热问题的同时保证较小的整体体积。下面结合说明书附图和实施例详细论述液体阳极辉光放电等离子体激发源和原子发射光谱系统。

实施例1

本实施例提供液体阳极辉光放电等离子体激发源；包括：散热模块1、半导体制冷片2、冷板3、金属电极4、进样管5、辅助电极6、聚四氟乙烯池7、镇流电阻8、高压电源9和开关电源10；

所述金属电极4下方设置所述聚四氟乙烯池7，所述聚四氟乙烯池7靠近所述金属电极4的一端嵌设所述辅助电极6，所述辅助电极6通过所述镇流电阻8和高压电源9的正极连接，所述高压电源9的负极与所述金属电极4连接；

所述进样管5贯穿所述辅助电极6和聚四氟乙烯池7，并位于所述金属电极4的正下方，所述金属电极4与所述进样管5之间的间隙为辉光放电区域；

其中，所述金属电极4连接所述冷板3，所述冷板3连接所述半导体制冷片2，所述半导体制冷片2连接所述散热模块1，所述半导体制冷片2由所述开关电源10供电。

参见图1所示，在本实施例中，所述金属电极4的顶端连接所述冷板3，所述冷板3通过绝缘陶瓷垫片连接所述半导体制冷片2的冷面，所述半导体制冷片2的热面连接所述散热模块1。

具体地，半导体制冷片2为片状结构，其上端为热面，下端为冷面。半导体制冷片2的热面装有散热模块1，散热模块1用于及时带走热量；半导体制冷片2的冷面通过绝缘陶瓷片连接冷板3，冷板3的底面中心通过电极座连接金属电极4。半导体制冷片2的两根导线连接开关电源10。开关电源10启动后，半导体制冷片2对金属电极4进行制冷，产生的热量通过散热模块1排出。

辅助电极6嵌设于聚四氟乙烯池7的内部，并从聚四氟乙烯池7靠近金属电极4的一端穿出，作为辅助的阳极；进样管5竖直贯穿辅助电极6和聚四氟乙烯池7，并置于金属电极4的正下方；使用时，从进样管5顶端涌出的样品溶液与金属电极4之间形成辉光放电区域。

本实施例中，所述散热模块1采用风冷散热结构或水冷散热结构；所述风冷散热结构包括针柱结构或鳍片结构的散热器和风扇；所述水冷散热器包括水冷板、水冷管道、带有小型水箱的水循环泵和散热水排。

具体地，对于风冷散热结构而言，半导体制冷片2的热面连接针柱结构或鳍片结构的散热器，散热器顶端通过风扇固定框固定风扇，半导体制冷片2热面的热量传至散热器，并由风扇带走散热器的热量；对于水冷散热结构而言，半导体制冷片2热面连接水冷板，水冷板通过水冷管道连接带有小型水箱的水循环泵和散热水排，水冷管道中加入制冷液进行循环，用于带走半导体制冷片2热面产生的热量。

需要说明的是，优先选用风冷散热结构，在半导体制冷片2的热面采用针柱结构或鳍片结构的散热器，散热表面积较大。散热器的顶端安装风扇，空气直接吹在鳍针上，使得空气在针之间产生强烈的涡流，提高冷却能力。

本实施例中，所述半导体制冷片2的侧壁套设导热垫片15，所述导热垫片15边缘设置有通孔，所述冷板上设置有螺纹孔，所述半导体制冷片2通过所述导热垫片15上的通孔与所述冷板3和散热模块1连接。参见图5所示，导热垫片15用于导热散热。

具体地，参见图5所示，导热垫片15可以视为中空的框形结构，其内卡合半导体制冷片2，起安装固定以及导热的作用。导热垫片15一侧设置散热模块1，另一侧设置绝缘陶瓷片和冷板3，散热模块1、导热垫片15(其内卡合半导体制冷片2)、冷板3通过螺钉连接。冷板3通过螺钉连接电极座，进而固定金属电极4；连接后，散热模块1、半导体制冷片2、绝缘陶瓷片、冷板3、电极固定座和金属电极4同轴。

需要说明的是，绝缘陶瓷片面积较小，夹设在半导体制冷片2和冷板3之间。

本实施例中，所述半导体制冷片2与所述散热模块1和绝缘陶瓷片的接触面均涂有导热硅脂。

本实施例中，所述进样管5采用石英玻璃或陶瓷材质制成。优选地，采用陶瓷材质制成。发明人发现，陶瓷材质的进样管5相比于石英玻璃材质的进样管5具有更好的亲水性，在输送溶液时，可以减少进样管5的上端水柱的抖动，更易形成稳定的等离子体，提高了系统的稳定性。

本实施例中，所述高压电源9提供400～1500V的电压，所述镇流电阻8的阻值范围为5～10KΩ。传统装置中通常选用几十千欧的镇流电阻8，在电压源相同的情况下，只能提供40mA左右的电流，而本例选用较小的镇流电阻8可以提供80mA的电流，可以有效地提高金属的激发效率。若整个装置中电阻的阻值较大，想要获得更高的电流，对电压源的要求会特别高，同时也大大增加了成本，若电阻阻值过小，整个回路中电流的变化范围较大，会造成放电不稳的情况，所以本例选择5～10KΩ的镇流电阻8。

需要说明的是，用于激发等离子体的高压电源9应选用直流电流源，为了提供更稳定地放电，需外接一个镇流电阻8，同时也可以防止辉光到弧光的转换。

本实施例中，所述金属电极4整体为钨材料制成的棒状结构，并固定在电极固定座的正下方。金属电极4的直径为1.5～4.0mm，所述金属电极4靠近辉光放电区域的一端具有15°～70°的尖端，更加利于放电；

所述辅助电极6穿出所述聚四氟乙烯池7的一端呈锥型台体状，所述锥型台体的母线与锥型台体的高呈5°～45°角；用于提供电接触点。所述辅助电极6采用不锈钢或石墨材质构成，内径与进样管5外径保持一致。

所述进样管5为熔融石英玻璃或陶瓷材料制成，其内的进样溶液的pH为2。所述进样管5的内径为1.0～3.0mm，外径为2.0～6.0mm，所述进样管5顶端与所述辅助电极6顶端的距离为1.0～4.0mm。

本实施例中提供的液体阳极辉光放电等离子体激发源，通过半导体制冷片2进行制冷，整体结构紧凑，有利于系统的小型化；引入半导体制冷片2减少放电时金属电极4表面产生的附着氧化物，使用时无需频繁更换打磨金属电极4，延长金属电极4的寿命，降低损耗，等离子体稳定性好；与现有的惰性气体吹扫制冷相比，本例无需引入惰性气体，可实现大气压下等离子体放电，有效地提升了重金属的激发效率，提高溶液阳极辉光放电技术对重金属元素检测灵敏度。

实施例2

参见图2所示，本实施例在实施例1提供的液体阳极辉光放电等离子体激发源的基础上提供原子发射光谱系统，实现重金属元素的检测，系统包括：光谱仪11、凸透镜、注射器12、蠕动泵13、三通阀14和实施例1所述的液体阳极辉光放电等离子体激发源；

所述注射器12、蠕动泵13通过所述三通阀14与所述进样管5连接，所述光谱仪11通过光纤与所述凸透镜连接，所述凸透镜用于收集辉光放电区域的光谱信号。

在本实施例中，使用系统进行重金属元素检测包括下步骤：

开启开关电源10，半导体制冷片2对金属电极4进行制冷；

打开蠕动泵13，待测量的样品溶液经由蠕动泵13输送至进样管5的上端；

调节进样管5和金属电极4之间的位置和距离，使得金属电极4位于进样管5的正上方，两者之间的距离在1.5～5.0mm之间；

高压电源9正极经一个镇流电阻8后连接到聚四氟乙烯池7，负极一端连接到金属电极4，开启高压电源9，在金属电极4与聚四氟乙烯池7的进样管5之间形成大气压微等离子体，产生光谱信号；

光谱信号经凸透镜进行汇聚，由光纤传输至光谱仪11，测得的光谱信息在计算机端显示。

具体地，蠕动泵13选用双通道蠕动泵，一个通道输送样品，把待测样品送至进样管5的顶端，另外一个通道运输废液，将参与放电后的废液及时排出，蠕动泵13的转速为2～8mL/min。

在本实例中，三通阀14的两个端口接传输溶液的管道，一个端口连接蠕动泵13传输待测溶液，另一个端口接注射器12传输待测溶液。注射器12内部盛装待测溶液，在接通高压电源9的情况下，可以通过推动注射器12使待测溶液与金属电极4接触，从而产生等离子体。整体更加简单易于操作，无需外加其他结构，比如通过按压金属棒使其与待测溶液接触，简化了整体结构。

具体地，为了说明系统可用于重金属的检测，下面通过具体实验举例：

金属电极4选择钨棒，进样管5选择石英玻璃管，辅助电极6选择不锈钢导电结构，外加的镇流电阻8的阻值为8KΩ。开关电源10对半导体制冷片2供电，半导体制冷片2正常工作后对钨棒制冷；调节石英玻璃管顶部和钨棒的位置，使两者正对，并保持二者之间的距离为2.0mm；钨棒的直径为2.0mm，长度为20mm；石英玻璃管的内径为2.0mm，外径为4.0mm；蠕动泵13的流速设置为2～8mL/min；高压电源9产生的电压在400～1500V,电流在40～85mA；光谱仪11的波长范围为200～400nm。

A、首先基于原子发射光谱系统对系统的稳定性进行测量，步骤如下：

1、准备实验要用的样品溶液。

2、打开开关电源10，使半导体制冷片2开始正常工作。

3、调节钨棒和石英玻璃管之间的距离为2.0mm，打开蠕动泵13，调节流速为3.8mL/min,使样品溶液在蠕动泵13的运行下以稳定的流速运行，输送待测溶液至液体阳极石英玻璃管顶端并溢出。

5、检查高压电源9的正极是否已连接至溶液一端，负极连接至钨棒一端，检查完毕后，打开开关施加直流高压，设置电流为75mA。

6、推动注射器12使待测溶液从石英玻璃管的顶端溢出，液体样品顶端与钨棒间距小于一定值后，高电压引起液体样品顶端与钨棒电极之间的空气发生击穿，产生等离子体，调节光路完成光谱信号的采集，连续采集20min。SAGD-AES的全谱图参见图6所示，系统稳定性图参见图7所示。

实验对Ag、Cd、Hg和Pb四种元素的稳定性进行了测量，相对标准偏差均在2％左右。

B、基于原子发射光谱系统测量Ag、Cd、Hg、Pb，步骤如下：

1、准备实验要用的样品溶液和背景溶液。

2、打开开关电源10，使半导体制冷片2开始正常工作。

3、调节钨棒和石英玻璃管之间的距离为2.0mm,打开蠕动泵13，调节流速为3.8mL/min,使样品溶液在蠕动泵13的运行下以稳定的流速运行，输送待测溶液至液体阳极石英玻璃管顶端并溢出。

5、检查高压电源9的正极是否已连接至溶液一端，负极连接至钨棒一端，检查完毕后，打开开关施加直流高压，设置电流为75mA。

6、推动注射器12使待测溶液从石英玻璃管的顶端溢出并与钨棒接触，产生等离子体，调节光路完成光谱信号的采集，Ag、Cd、Hg、Pb的背景与发射光谱图参见图8所示。

实验测得Ag、Cd、Hg和Pb的检出限分别为0.030μg/L、1.6μg/L、7.2μg/L和17μg/L，相比于液体阴极辉光放电原子放射光谱检出限降低了1.2～66倍，具有一定的优越性。

实施例3

本实施例提供液体阳极辉光放电等离子体激发源；包括：散热模块1、半导体制冷片2、冷板3、金属电极4、进样管5、辅助电极6、聚四氟乙烯池7、镇流电阻8、高压电源9和开关电源10；

所述金属电极4下方设置所述聚四氟乙烯池7，所述聚四氟乙烯池7靠近所述金属电极4的一端嵌设所述辅助电极6，所述辅助电极6通过所述镇流电阻8和高压电源9的正极连接，所述高压电源9的负极与所述金属电极4连接；

所述进样管5贯穿所述辅助电极6和聚四氟乙烯池7，并位于所述金属电极4的正下方，所述金属电极4与所述进样管5之间的间隙为辉光放电区域；

其中，所述金属电极4连接所述冷板3，所述冷板3连接所述半导体制冷片2，所述半导体制冷片2连接所述散热模块1，所述半导体制冷片2由所述开关电源10供电。

参见图3所示，在本实施例中，所述金属电极4贯穿所述冷板3，所述冷板3两侧通过绝缘陶瓷片分别连接两个所述半导体制冷片2的冷面，两个所述半导体制冷片2平行设置在所述金属电极4两侧，所述半导体制冷片2的热面连接所述散热模块1。

具体地，冷板3为板状结构，其内贯穿固定金属电极4，冷板3的左右两侧连接半导体制冷片2，半导体制冷片2为片状结构且成对设置在冷板3的左右两侧，与金属电极4平行；半导体制冷片2靠近冷板3的一端为冷面，远离冷板3的一端为热面；半导体制冷片2的热面装有散热模块1，散热模块1用于及时带走热量；半导体制冷片2的冷面通过绝缘陶瓷片连接冷板3。两侧半导体制冷片2的导线均连接开关电源10。开关电源10启动后，半导体制冷片2对金属电极4进行制冷，产生的热量通过散热模块1排出。

辅助电极6嵌设于聚四氟乙烯池7的内部，并从聚四氟乙烯池7靠近金属电极4的一端穿出，作为辅助的阳极；进样管5竖直贯穿辅助电极6和聚四氟乙烯池7，并置于金属电极4的正下方；使用时，从进样管5顶端涌出的样品溶液与金属电极4之间形成辉光放电区域。

本实施例中，所述散热模块1采用风冷散热结构或水冷散热结构；所述风冷散热结构包括针柱结构或鳍片结构的散热器和风扇；所述水冷散热器包括水冷板、水冷管道、带有小型水箱的水循环泵和散热水排。

具体地，对于风冷散热结构而言，半导体制冷片2的热面连接针柱结构或鳍片结构的散热器，散热器通过风扇固定框固定风扇，半导体制冷片2热面的热量传至散热器，并由风扇带走散热器的热量；对于水冷散热结构而言，半导体制冷片2热面连接水冷板，水冷板通过水冷管道连接带有小型水箱的水循环泵和散热水排，水冷管道中加入制冷液进行循环，用于带走半导体制冷片2热面产生的热量。

需要说明的是，优先选用风冷散热结构，简化系统结构。在半导体制冷片2的热面采用针柱结构或鳍片结构的散热器，散热表面积较大。散热器上安装风扇，空气直接吹在鳍针上，使得空气在针之间产生强烈的涡流，提高冷却能力。

本实施例中，所述半导体制冷片2的侧壁套设导热垫片15，所述导热垫片15边缘设置有通孔，所述冷板上设置有螺纹孔，所述半导体制冷片2通过所述导热垫片15上的通孔与所述冷板3和散热模块1连接。参见图5所示，导热垫片15用于导热散热。

具体地，参见图5所示，导热垫片15可以视为中空的框形结构，其内卡合半导体制冷片2，起安装固定以及导热的作用。导热垫片15一侧设置散热模块1，另一侧通过绝缘陶瓷片连接冷板3，散热模块1、导热垫片15(其内卡合半导体制冷片2)、冷板3通过螺钉连接。冷板3贯穿固定金属电极4；连接后，散热模块1、半导体制冷片2、绝缘陶瓷片、冷板3、金属电极4平行。

需要说明的是，绝缘陶瓷片面积较小，夹设在半导体制冷片2和冷板3之间。

本实施例中，所述半导体制冷片2与所述散热模块1和绝缘陶瓷片的接触面均涂有导热硅脂。

本实施例中，所述进样管5采用石英玻璃或陶瓷材质制成。优选地，采用陶瓷材质制成。发明人发现，陶瓷材质的进样管5相比于石英玻璃材质的进样管5具有更好的亲水性，在输送溶液时，可以减少进样管5的上端水柱的抖动，更易形成稳定的等离子体，提高了系统的稳定性。

本实施例中，所述高压电源9提供400～1500V的电压，所述镇流电阻8的阻值范围为5～10KΩ。传统装置中通常选用几十千欧的镇流电阻8，在电压源相同的情况下，只能提供40mA左右的电流，而本例选用较小的镇流电阻8可以提供超过80mA的电流，可以有效地提高金属的激发效率。若整个装置中电阻的阻值较大，想要获得更高的电流，对高压电源的电压和功率要求会特别高，将大大增加了成本，若电阻阻值过小，整个回路中电流的变化范围较大，会造成放电不稳的情况，所以本例选择5～10KΩ的镇流电阻。

需要说明的是，用于激发等离子体的高压电源9应选用直流电流源，为了提供更稳定地放电，需外接一个镇流电阻8，同时也可以防止辉光到弧光的转换。

本实施例中，所述金属电极4整体为钨材料制成的棒状结构，并贯穿冷板3。金属电极4的直径为1.5～4.0mm，所述金属电极4靠近辉光放电区域的一端具有15°～70°的尖端，更加利于放电；

所述辅助电极6穿出所述聚四氟乙烯池7的一端呈锥型台体状，所述锥型台体的母线与锥型台体的高呈5°～45°角；用于提供电接触点。所述辅助电极6采用不锈钢或石墨材质构成，内径与进样管5外径保持一致。

所述进样管5为熔融石英玻璃或陶瓷材料制成，其内的进样溶液的pH为2。所述进样管5的内径为1.0～3.0mm，外径为2.0～6.0mm，所述进样管5顶端与所述辅助电极6顶端的距离为1.0～4.0mm。

本实施例中提供的液体阳极辉光放电等离子体激发源，金属电极4与半导体制冷片2平行放置，金属电极4贯穿于冷板3而被固定，在此种情况下，金属电极4可为实心也可为空心结构。实心金属电极4可通过下方进样管5进样，空心金属电极4可用于连接氢化物发生、超声雾化、光化学蒸汽发生等进样方式，进样方式更加灵活，检测灵敏度更高；且半导体制冷片2分别位于金属电极4的两侧，相比于实施例1-2中只有一片半导体制冷片2，此种结构可以达到更好的制冷效果，但功耗较高。

实施例4

参见图4所示，本实施例在实施例3提供的液体阳极辉光放电等离子体激发源的基础上提供原子发射光谱系统，实现重金属元素的检测，系统包括：光谱仪11、凸透镜、注射器12、蠕动泵13、三通阀14和实施例1所述的液体阳极辉光放电等离子体激发源；

所述注射器12、蠕动泵13通过所述三通阀14与所述进样管5连接，所述光谱仪11通过光纤与所述凸透镜连接，所述凸透镜用于收集辉光放电区域的光谱信号。

在本实施例中，使用系统进行重金属元素检测包括下步骤：

开启开关电源10，半导体制冷片2对金属电极4进行制冷；

打开蠕动泵13，待测量的样品溶液经由蠕动泵13输送至进样管5的上端；

调节进样管5和金属电极4之间的位置和距离，使得金属电极4位于进样管5的正上方，两者之间的距离在1.5～5.0mm之间；

高压电源9正极经一个镇流电阻8后连接到聚四氟乙烯池7，负极一端连接到金属电极4，开启高压电源9，在金属电极4与聚四氟乙烯池7的进样管5之间形成大气压微等离子体，产生光谱信号；

光谱信号经凸透镜进行汇聚，由光纤传输至光谱仪11，测得的光谱信息在计算机端显示。

具体地，蠕动泵13选用双通道蠕动泵，一个通道输送样品，把待测样品送至进样管5的顶端，另外一个通道运输废液，将参与放电后的废液及时排出，蠕动泵13的转速为2～8mL/min。

在本实例中，三通阀14的两个端口接传输溶液的管道，一个端口连接蠕动泵13传输待测溶液，另一个端口接注射器12传输待测溶液。注射器12内部盛装待测溶液，在接通高压电源9的情况下，可以通过推动注射器12，当液体样品顶端与钨棒电极4间距小于一定值后，高电压引起液体样品顶端与钨棒电极4之间的空气发生击穿，从而产生等离子体。整体更加简单易于操作，无需外加其他结构，比如通过按压金属棒使其与待测溶液接触，简化了整体结构。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，包括：散热模块(1)、半导体制冷片(2)、冷板(3)、金属电极(4)、进样管(5)、辅助电极(6)、聚四氟乙烯池(7)、镇流电阻(8)、高压电源(9)和开关电源(10)；

所述金属电极(4)下方设置所述聚四氟乙烯池(7)，所述聚四氟乙烯池(7)靠近所述金属电极(4)的一端嵌设所述辅助电极(6)，所述辅助电极(6)通过所述镇流电阻(8)和高压电源(9)的正极连接，所述高压电源(9)的负极与所述金属电极(4)连接；

所述进样管(5)贯穿所述辅助电极(6)和聚四氟乙烯池(7)，并位于所述金属电极(4)的正下方，所述金属电极(4)与所述进样管(5)之间的间隙为辉光放电区域；

其中，所述金属电极(4)连接所述冷板(3)，所述冷板(3)连接所述半导体制冷片(2)，所述半导体制冷片(2)连接所述散热模块(1)，所述半导体制冷片(2)由所述开关电源(10)供电。

2.根据权利要求1所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述金属电极(4)的顶端连接所述冷板(3)，所述冷板(3)通过绝缘陶瓷垫片连接所述半导体制冷片(2)的冷面，所述半导体制冷片(2)的热面连接所述散热模块(1)。

3.根据权利要求1所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述金属电极(4)贯穿所述冷板(3)，所述冷板(3)两侧通过绝缘陶瓷片分别连接两个所述半导体制冷片(2)的冷面，两个所述半导体制冷片平行设置在所述金属电极(4)两侧，所述半导体制冷片(2)的热面连接所述散热模块(1)。

4.根据权利要求2-3任一所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述散热模块(1)采用风冷散热结构或水冷散热结构；

所述风冷散热结构包括针柱结构或鳍片结构的散热器和风扇；

所述水冷散热器包括水冷板、水冷管道、带有小型水箱的水循环泵和散热水排。

5.根据权利要求4所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述半导体制冷片(2)的侧壁套设导热垫片(15)，所述导热垫片(15)边缘设置有通孔，所述半导体制冷片(2)通过所述导热垫片(15)上的通孔与所述冷板(3)和散热模块(1)连接。

6.根据权利要求4所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述半导体制冷片(2)与所述散热模块(1)和绝缘陶瓷片的接触面均涂有导热硅脂。

7.根据权利要求4所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述进样管(5)采用石英玻璃或陶瓷材质制成。

8.根据权利要求4所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述高压电源(9)提供400～1500V的直流电压，所述镇流电阻(8)的阻值范围为5～10KΩ。

9.根据权利要求4所述的一种液体阳极辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述金属电极(4)的直径为1.5～4.0mm，所述金属电极(4)靠近辉光放电区域的一端具有15°～70°的尖端；

所述辅助电极(6)穿出所述聚四氟乙烯池(7)的一端呈锥型台体状，所述锥型台体的母线与锥型台体的高呈5°～45°角；

所述进样管(5)的内径为1.0～3.0mm，外径为2.0～6.0mm，所述进样管(5)顶端与所述辅助电极(6)顶端的距离为1.0～4.0mm。

10.原子发射光谱系统，其特征在于，包括光谱仪(11)、凸透镜、注射器(12)、蠕动泵(13)、三通阀(14)和如权利要求1-9任一所述的液体阳极辉光放电等离子体激发源；

所述注射器(12)、蠕动泵(13)通过所述三通阀(14)与所述进样管(5)连接，所述光谱仪(11)通过光纤与所述凸透镜连接，所述凸透镜用于收集辉光放电区域的光谱信号。

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