CN202583068U - 现场快速检测原子荧光光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种现场快速检测原子荧光光谱仪，包括：进样系统、气路系统、气液分离系统、原子化系统、光学系统、检测系统、供电系统以及光源；本实用新型解决了原子荧光光谱仪无法进行现场快速检测的难题，通过对原子荧光的进样系统、气路系统、气液分离系统、原子化系统和光路系统进行小体积、轻量化和低功耗设计后，以大容量锂离子电池作为供电电源，实现了重金属高灵敏度现场快速检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及原子光谱分析仪器中的原子荧光光谱仪领域，尤其是涉及用于现场重金属污染快速检测的原子荧光光谱仪。
背景技术
当前环境污染尤其是涉及到与人们生活密切相关的水体污染受到越来越多的关注，对检测数据实时性的要求也越来越高，因此对广大分析工作者尤其是从事应急污染监测为相关政府决策提供参考的分析人员提出了更高的要求。
砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)和汞(Hg)等重金属元素是污染应急监测中最为关注的元素，目前主要采用比色法和电化学的方法进行检测，存在灵敏度低和抗干扰能力差等缺点，在较低浓度的重金属离子测量中受到很大的限制。
原子荧光光谱仪在重金属检测领域已经得到广泛应用，但是常规原子荧光光谱仪由于体积、重量、功耗和氩气消耗等原因无法满足现场监测的需求，因此还不能走出实验室，进行重金属污染的现场分析。
在对原子荧光的进样系统、气路系统、气液分离系统、原子化系统和光路系统进行小体积、轻量化和低功耗设计后，以大容量锂离子电池作为供电电源，即可使得原子荧光光谱仪能够被直接携带到分析现场进行检测，满足重金属高灵敏度现场快速检测的需求。
目前还没有现场快速检测原子荧光光谱仪上市，有鉴于此，为解决上述技术中的不足，本设计人基于相关领域的研发，并经过不断测试及改良，进而有本实用新型的产生。
发明内容
本实用新型的目的在于针对原子荧光光谱仪由于体积、重量和功耗等原因无法进行现场重金属快速检测的问题，对原子荧光的整机系统进行小体积、轻量化和低功耗设计，以大容量锂离子电池作为供电电源，实现重金属的高灵敏度现场快速检测。
为达上述目的，本实用新型提供一种现场快速检测原子荧光光谱仪，其包括：
进样系统，含有：样品杯、载流杯、第一注射泵、第二注射泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、存样环、反应管、四通混合模块和还原剂杯；
气路系统，含有：微型储气罐、气体流量控制器和第四电磁阀；
气液分离系统，含有：气液分离器和废液杯；
原子化系统，含有：原子化器；
光学系统，含有：第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜；
检测系统，含有：光电倍增管；
供电系统，含有：蓄电池，其提供上述各系统工作所需的电能；
光源，含有：第一空心阴极灯和第二空心阴极灯；
其中，第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀均为两位三通型，第一注射泵的进液口与第一电磁阀的端口A相连接，第一电磁阀的端口B通过吸液管与载流杯相连接，存样环分别与第一电磁阀的端口C和第二电磁阀的端口A相连接，第二电磁阀的端口B通过吸液管与样品杯相连接；
第二注射泵的进液口与第三电磁阀的端口A相连接，第三电磁阀的端口C通过吸液管与还原剂杯相连接，四通混合模块的四个端口分别与第二电磁阀的端口C、第三电磁阀的端口B、第四电磁阀的端口B和反应管相连接；
微型储气罐的出口与气体流量控制器的气体入口相连接，气体流量控制器的气体出口与电磁阀的端口A相连接；
反应管的出口与气液分离器的入口相连接，气液分离器的一出口与废液杯相连接，气液分离器的另一出口与原子化器的入口相连接；
第一空心阴极灯和第二空心阴极灯发出的光分别经第一凸透镜和第三凸透镜汇聚后，聚焦在原子化器的正上方，基态原子产生的荧光经过第二凸透镜聚焦在光电倍增管的光阴极面上。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜均为双凸透镜，直径均为2~20mm，焦距均为3~10mm。而且所述的三个凸透镜的焦点汇聚于原子化器中心的正上方，该焦点距离原子化器上边缘的高度为2~10mm。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀的工作电压相同，且均为5V、12V或24V，所述三个电磁阀的内部流体通径均为0.2~2mm。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的第一注射泵和第二注射泵的注射器容量均为1~5mL，行程均为1~6cm，分辨率均为1000~36000步。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的气液分离器的排液方式为连通器式自动排出。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的第一空心阴极灯与光电倍增管的夹角，以及第二空心阴极灯与光电倍增管的夹角均在30°~90°之间。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的光电倍增管为端窗型，响应波长范围为160~320nm。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的微型储气罐存储的气体为氩气或氦气，容量在300~3000cm3之间。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的气体流量控制器为转子流量计或质量流量计，控制流量范围在10~1000mL/min。
所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其中，所述的蓄电池为锂离子电池，容量为0.3~5Ah，输出电压为5~24V。
本实用新型的有益效果在于：解决了原子荧光光谱仪无法进行现场快速检测的难题，通过对原子荧光的进样系统、气路系统、气液分离系统、原子化系统和光路系统进行小体积、轻量化和低功耗设计后，以大容量锂离子电池作为供电电源，实现了重金属高灵敏度现场快速检测。
附图说明
图1为本实用新型现场快速检测原子荧光光谱仪的示意图。
附图标记说明：1-样品杯；2-载流杯；3-第一注射泵；4-第一电磁阀；5-第二电磁阀；6-存样环；7-第二注射泵；8-第三电磁阀；9-四通混合模块；10-反应管；11-还原剂杯；12-气液分离器；13-废液杯；14-原子化器；15-第一凸透镜；16-第一空心阴极灯；17-第二凸透镜；18-光电倍增管；19-第二空心阴极灯；20-第三凸透镜；21-微型储气罐；22-气体流量控制器；23-第四电磁阀；24-蓄电池；A、B、C-端口。
具体实施方式
有关本实用新型为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下：
如图1所示，为本实用新型现场快速检测原子荧光光谱仪的示意图。所述的现场快速检测原子荧光光谱仪包括：进样系统、气路系统、气液分离系统、原子化系统、光学系统、检测系统、供电系统和光源等。
进样系统包括：样品杯1、载流杯2、第一注射泵3、第二注射泵7、第一电磁阀4、第二电磁阀5、第三电磁阀8、存样环6、反应管10、四通混合模块9和还原剂杯11；气液分离系统包括：气液分离器12和废液杯13；原子化系统包括：原子化器14；光源包括：第一空心阴极灯16和第二空心阴极灯19；光学系统包括：第一凸透镜15、第二凸透镜17和第三凸透镜20；检测系统包括：光电倍增管18；气路系统包括：微型储气罐21、气体流量控制器22和第四电磁阀23；供电系统包括：蓄电池24。
其中，第一电磁阀4、第二电磁阀5以及第三电磁阀8均为两位三通型，工作电压为5V、12V或24V，其内部流体通径为0.2~2mm。
第一注射泵3的进液口与第一电磁阀4的端口A相连接，第一电磁阀4的端口B通过吸液管与载流杯2相连接，存样环6分别与第一电磁阀4的端口C和第二电磁阀5的端口A相连接，第二电磁阀5的端口B通过吸液管与样品杯1相连接。
第二注射泵7的进液口与第三电磁阀8的端口A相连接，第三电磁阀8的端口C通过吸液管与还原剂杯11相连接，四通混合模块9的四个端口分别与第二电磁阀5的端口C、第三电磁阀8的端口B、第四电磁阀23的端口B和第二存样环10相连接。
微型储气罐21的出口与气体流量控制器22的气体入口相连接，气体流量控制器22的气体出口与电磁阀23的端口A相连接。
第二存样环10的出口与气液分离器12的入口相连接，气液分离器12的一出口与废液杯13相连接，气液分离器12的另一出口与原子化器14的入口相连接。
第一空心阴极灯16和第二空心阴极灯19发出的光分别经第一凸透镜15和第三凸透镜20汇聚后，聚焦在原子化器14的正上方；基态原子产生的荧光经过第二凸透镜17聚焦在光电倍增管18的光阴极面上。
上述所有需要供电的元件均由蓄电池24供电。
此外，所述的第一注射泵3和第二注射泵7的注射器容量为1~5mL，行程为1~6cm，分辨率为1000~36000步。
所述的气液分离器12的排液方式为连通器式自动排出。
所述的第一凸透镜15、第二凸透镜17和第三凸透镜20均为双凸透镜，其直径为2~20mm，焦距为3~10mm。而且所述的三个凸透镜的焦点汇聚于原子化器14中心的正上方，该焦点距离原子化器14上边缘的高度为2~10mm。
所述的第一空心阴极灯16与光电倍增管18的夹角，以及第二空心阴极灯19与光电倍增管18的夹角均在30°~90°之间。
所述的光电倍增管18为端窗型，响应波长范围为160~320nm。
所述的微型储气罐21存储的气体为氩气或氦气，容量在300~3000cm3之间。
所述的气体流量控制器22为转子流量计或质量流量计，控制流量范围在10~1000mL/min。
所述的蓄电池24为锂离子电池，容量为0.3~5Ah，输出电压为5~24V。
本实用新型的现场快速检测原子荧光光谱仪的工作过程如下：
（1）蓄电池24对所有需要供电的元件供电。
（2）第一电磁阀4的端口A和端口B连通，第一注射泵3自载流杯2中吸取载流，并保存在第一注射泵3的注射器中。
（3）第三电磁阀8的端口A和端口C连通，第二注射泵7自还原剂杯13中同步吸取还原剂，并保存在注射泵7的注射器中。
（4）第一电磁阀4的端口A和端口C连通，第二电磁阀5的端口A和端口B连通，第一注射泵3自样品杯1中首先吸取样品，然后再自载流杯2中吸取载流，并保存在存样环6中。
（5）第一电磁阀4的端口A和端口C连通，第二电磁阀5的端口A和端口C连通，第三电磁阀8的端口A和端口B连通，第四电磁阀23的端口A和端口B连通。
（6）第一注射泵3推动存样环6中的样品、第二注射泵7推动还原剂与通过第四电磁阀23的载气通过四通混合模块9混合反应后，通过反应管10进入气液分离器12。
（7）经过气液分离后，液体组分自动排出，进入废液杯13，生成的气态物质在载气的携带下原子化器14进行原子化。
（8）气态物质经过原子化为基态原子后，在第一和第二空心阴极灯16、19的照射下发出共振荧光，为光电倍增管18所接收，转换为电流信号，电流信号再转换为数字信号后得到荧光强度值。
（9）依据荧光信号的大小，即可达到定量检测的目的。
综上所述，现场快速检测原子荧光光谱仪采用注射泵吸取样品和还原剂，进行蒸气发生反应，生成的气态物质经过气液分离后，在微型储气罐提供的氩气携带下，在原子化器上方的氩氢火焰中进行原子化，生成基态原子。基态原子在空心阴极灯的照射下生成的共振荧光被光电倍增管所接收后，转换为电流信号，电流信号再转换为数字信号后得到荧光强度值。依据荧光信号的大小，即可达到定量检测的目的。鉴于现场快速检测原子荧光光谱仪对现场检测的特殊要求，采用大容量高性能的锂离子电池作为供电电源。本实用新型采用高度集成的低功耗、轻量化和小型化设计，能够被直接携带到污染现场，实现重金属污染的快速检测。
以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，包括：
进样系统，含有：样品杯、载流杯、第一注射泵、第二注射泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、存样环、反应管、四通混合模块和还原剂杯；
气路系统，含有：微型储气罐、气体流量控制器和第四电磁阀；
气液分离系统，含有：气液分离器和废液杯；
原子化系统，含有：原子化器；
光学系统，含有：第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜；
检测系统，含有：光电倍增管；
供电系统，含有：蓄电池，其提供上述各系统工作所需的电能；
光源，含有：第一空心阴极灯和第二空心阴极灯；
其中，第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀均为两位三通型，第一注射泵的进液口与第一电磁阀的端口A相连接，第一电磁阀的端口B通过吸液管与载流杯相连接，存样环分别与第一电磁阀的端口C和第二电磁阀的端口A相连接，第二电磁阀的端口B通过吸液管与样品杯相连接；
第二注射泵的进液口与第三电磁阀的端口A相连接，第三电磁阀的端口C通过吸液管与还原剂杯相连接，四通混合模块的四个端口分别与第二电磁阀的端口C、第三电磁阀的端口B、第四电磁阀的端口B和反应管相连接；
微型储气罐的出口与气体流量控制器的气体入口相连接，气体流量控制器的气体出口与电磁阀的端口A相连接；
反应管的出口与气液分离器的入口相连接，气液分离器的一出口与废液杯相连接，气液分离器的另一出口与原子化器的入口相连接；
第一空心阴极灯和第二空心阴极灯发出的光分别经第一凸透镜和第三凸透镜汇聚后，聚焦在原子化器的正上方，基态原子产生的荧光经过第二凸透镜聚焦在光电倍增管的光阴极面上。
2.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的第一凸透镜、第二凸透镜和第三凸透镜均为双凸透镜，直径均为2~20mm，焦距均为3~10mm。而且所述的三个凸透镜的焦点汇聚于原子化器中心的正上方，该焦点距离原子化器上边缘的高度为2~10mm。
3.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀的工作电压相同，且均为5V、12V或24V，所述三个电磁阀的内部流体通径均为0.2~2mm。
4.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的第一注射泵和第二注射泵的注射器容量均为1~5mL，行程均为1~6cm，分辨率均为1000~36000步。
5.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的气液分离器的排液方式为连通器式自动排出。
6.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的第一空心阴极灯与光电倍增管的夹角，以及第二空心阴极灯与光电倍增管的夹角均在30°~90°之间。
7.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的光电倍增管为端窗型，响应波长范围为160~320nm。
8.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的微型储气罐存储的气体为氩气或氦气，容量在300~3000cm3之间。
9.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的气体流量控制器为转子流量计或质量流量计，控制流量范围在10~1000mL/min。
10.根据权利要求1所述的现场快速检测原子荧光光谱仪，其特征在于，所述的蓄电池为锂离子电池，容量为0.3~5Ah，输出电压为5~24V。
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