CN206365125U - 一种可拆卸的微波感应等离子体炬管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可拆卸的微波感应等离子体炬管，包括相互独立的外管、中间管和内管，以及用于将所述外管、中间管和内管基本同轴固定在一起的固定装置，所述固定装置包括与外管可拆卸连接的第一夹持体、与中间管可拆卸连接的第二夹持体、以及与内管可拆卸连接的第三夹持体，所述第二夹持体设有让辅助气进入内管与中间管之间的中间气体入口，所述第一夹持体设有让冷却气进入中间管与外管之间的外气体入口。本实用新型的微波感应等离子体炬管，采用相互独立的外管、中间管和内管结构，相对于一体式炬管，分体式炬管加工更简便，且可以对外管、中间管及内管任意更换，避免了外管烧坏需要更换整个矩管的情况，有效降低炬管的替换和维修成本。

Description

一种可拆卸的微波感应等离子体炬管

技术领域

本实用新型涉及光谱分析技术领域，具体涉及一种可拆卸的微波感应等离子体炬管。

背景技术

激发光源作为原子发射光谱法(AES)的核心部件，使待测样品原子化、激发和电离，用于提供待测元素的光谱信息，其性能往往决定着所提供信息的质量。等离子体光源作为AES的激发光源现已得到了广泛的应用，主要分为电感耦合等离子体(ICP)和微波等离子体(MWP)两大类。其中，电感耦合等离子体(ICP)因其具有的检出限低、基体效应小、精密度高、灵敏度高、线性范围宽以及多元素同时分析等诸多优点而得以广泛应用。然而，由于采用ICP的光谱分析仪器要消耗大量的稀有气体—氩气，导致其仪器成本和运转费用高。

微波等离子体(MWP)主要优点是可用氦气作为工作气体来测定包括卤族元素在内的几乎所有元素，且仪器成本和运转费用远远低于电感耦合等离子体(ICP)，按照能量导入工作气体的方法及等离子体形成的方式，MWP通常可分为两类，电容耦合微波等离子体(CMP)和微波感生等离子体(MIP)。

其中，微波感生等离子体(MIP)可采用氮气作为工作气体维持它的等离子体焰炬，在一定条件下它可以形成类似于ICP光源的环形等离子体，因而得到广泛应用。但是，现有的MIP炬管都是采用一体式设计的内管、中间管及外管结构，在使用过程中，外层的石英管由于气体流速、微波功率偏离正常值或其他原因，容易被等离子体烧融损坏，而相对而言结构较外管更为复杂的中心管发生损坏的几率较少。当外管发生损坏时，无法替换新的外管，只能整根炬管替换，从而使得等离子炬管的替换和维修成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可拆卸的微波感应等离子体炬管，采用可拆卸的独立的外管、中管、和内管结构，有效降低等离子炬管的替换和维修成本。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种可拆卸的微波感应等离子体炬管，包括相互独立的外管、中间管和内管，以及用于将所述外管、中间管和内管基本同轴固定在一起的固定装置，所述固定装置包括与外管可拆卸连接的第一夹持体、与中间管可拆卸连接的第二夹持体、以及与内管可拆卸连接的第三夹持体，所述内管用于把载送分析样品的载气注入炬管内产生的等离子体中，所述第二夹持体设有让辅助气进入内管与中间管之间空间的中间气体入口，所述第一夹持体设有让冷却气进入中间管与外管之间空间的外气体入口。

所述固定装置为分体式结构，所述第一夹持体、第二夹持体和第三夹持体同轴可拆卸地连接在一起。

所述第一夹持体、第二夹持体和第三夹持体均为中空圆柱结构，所述第一夹持体的前端外壁设有第一外螺纹，所述第一夹持体的前端内壁设有与外管配合的第一结合部，所述第一夹持体的后端内壁设有第一内螺纹，所述第二夹持体的前端外壁设有与第一内螺纹相匹配的第二外螺纹，所述第二夹持体的前端内壁设有与中间管配合的第二结合部，所述第二夹持体的后端内壁设有第二内螺纹，所述第三夹持体的前端外壁设有与第二内螺纹相匹配的第三外螺纹，所述内管穿设在第三夹持体的内壁上。

所述固定装置还包括套设在外管上的固定件，所述固定件的后端内壁设有与第一外螺纹相匹配的第三内螺纹，所述第一夹持体的前端面设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有套设在外管上的第一弹性件，所述第二夹持体的前端面设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有套设在中间管上的第二弹性件，所述第三夹持体的前端面设有第三凹槽，所述第三凹槽内设有套设在内管上的第三弹性件。

所述外管、中间管和内管均为石英管，所述固定装置由耐热材料制成。

所述外气体入口偏离炬管中心轴线，使冷却气沿外管管壁切向进入中间管与外管之间的空间。

所述外气体入口的出口形成向轴心收缩的倒锥形，用于提高冷却气的流速。

所述中间气体入口的出口形成向周边扩张的正锥形，用于减缓辅助气的流速。

所述内管和中间管的气体出口端水平对齐，所述内管和中间管的出口端距离固定装置前端30～40mm，所述外管的出口端距离固定装置前端90～100mm。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：

1、采用相互独立的外管、中间管和内管结构，相对于一体式炬管，分体式炬管加工更简便，且可以对外管、中间管及内管任意更换，避免了外管烧坏需要更换整个矩管的情况，有效降低炬管的替换和维修成本。

2、采用分体式固定装置固定炬管，保障各管同轴的同时，又可自由组装拆卸，使得炬管的更换、组装十分简便。

3、气路通道设置在由耐热材料制成的固定装置上，气体供应稳定，不会出现堵塞或气路不稳定问题。

附图说明

图1是本实用新型的微波感应等离子体炬管的结构示意图；

图2是本实用新型的微波感应等离子体炬管的冷却气入口示意图；

图3是本实用新型的微波感应等离子体炬管的辅助气入口示意图

附图标记说明：1-外管；2-中间管；3-内管；4-第一夹持体；5-第二夹持体；6-第三夹持体；7-固定件；11-外气体入口；12-外管出口端；21-中间气体入口；22-中间管出口端；31-内管进口端；32-内管出口端；41-第一外螺纹；42-第一结合部；43-第一内螺纹；44-第一凹槽；51-第二外螺纹；52-第二结合部；53-第二内螺纹；54-第二凹槽；61-第三外螺纹；62-第三凹槽；71-第三内螺纹。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，一种可拆卸的微波感应等离子体炬管，包括相互独立的外管1、中间管2和内管3，以及用于将所述外管1、中间管2和内管3基本同轴固定在一起的固定装置，所述固定装置包括用于第一夹持体4、第二夹持体5、以及第三夹持体6，所述内管3用于把载送分析样品的载气注入炬管内产生的等离子体中，所述第二夹持体5设有让辅助气进入内管3与中间管2之间空间的中间气体入口21，所述第一夹持体4设有让冷却气进入中间管2与外管1之间空间的外气体入口11。

其中，外管1、中间管2和内管3均为石英管，外管1进口端与外气体入口11连通，外管1的出口端12距离固定装置前端90～100mm；中间管2进口端与中间气体入口21连通，中间管2的出口端22位于外管1的内部；内管3进口端31伸出固定装置后端一段距离，内管3的出口端32与中间管2的出口端22平齐且距离固定装置前端30～40mm，为了减少内管3出口端32融化的风险，可以将内管3的出口端32稍微靠后以增加与等离子体的距离，从而降低其出口端32的温度。这一温度降低既减少了熔化内管3的风险，又减少了样品过早蒸发的可能性。同时为了提高炬管性能，还需将内管3的出口端32设计成平滑的锥形，即将出口端32的内径设计得更小，以增大载气的流速，从而更容易将待测样品送入到等离子体中。

其中，外气体入口11向外管1与中间管2之间提供冷却气，对炬管内产生的等离子体形成隔离层，使等离子体与外管1的内壁分开，阻止外管1熔化。对偏离炬管中心轴线的外气体入口11，会使冷却气沿炬管长度方向移动时发生螺旋，螺旋气流有助于稳定等离子体并保持其均匀的管状形态。

进一步地，请参照图2所示，外气体入口11的出口形成向轴心收缩的倒锥形，较小的出口可以提高冷却气的注入速度，高速的螺旋气流能够使得隔离层“变硬”，从而更好地约束等离子体。

其中，中间气体入口21向中间管2与内管3之间提供用于维持等离子体的辅助气，该气流同时用来控制等离子体的轴向位置。

进一步地，请参照图3所示，中间气体入口21的出口形成向周边扩张的正锥形，较大的出口可以减缓辅助气的流速，使炬管内的等离子体更稳定。

其中，固定装置采用耐热材质加工而成，如聚甲醛、尼龙、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯等，其热膨胀系数较小，不会因热变形而影响到设置在其上的气体通道。固定装置可以采用一体式结构，外管1、中间管2和内管3可以采用紧配合分别插入在第一夹持体4、第二夹持体5以及第三夹持体6中，其中紧配合可以采用O-ring配合方式，或其他的可拆卸方式，以保证能够随时更换其中任意的一根石英管。

作为本实用新型的另一改进点，将固定装置设计成分体式结构，其中第一夹持体4、第二夹持体5以及第三夹持体6均为独立的构件，通过法兰或螺纹配合方式，实现同轴可拆卸地连接在一起。下面对本实施例较佳的实现方式--螺纹连接进行具体描述。

其中，第一夹持体4、第二夹持体5和第三夹持体6均为中空圆柱结构，第一夹持体4的前端外壁设有第一外螺纹41，所述第一夹持体4的前端内壁设有与外管1配合的第一结合部42，所述第一夹持体4的后端内壁设有第一内螺纹43，所述第二夹持体5的前端外壁设有与第一内螺纹43相匹配的第二外螺纹51，所述第二夹持体5的前端内壁设有与中间管配合的第二结合部52，所述第二夹持体5的后端内壁设有第二内螺纹53，所述第三夹持体6的外壁设有与第二内螺纹53相匹配的第三外螺纹61，所述内管3穿设在第三夹持体6的内壁上。

固定装置还包括套设在外管1上的固定件7，该固定件用于将炬管固定到微波谐振腔当中。所述固定件7的后端内壁设有与第一外螺纹41相匹配的第三内螺纹71，所述第一夹持体4的前端面设有第一凹槽44，所述第二夹持体5的前端面设有第二凹槽54，所述第三夹持体6的前端面设有第三凹槽62，所述第一凹槽44、第二凹槽54和第三凹槽62内均设有套设在相应管外壁上的弹性件(图中未示出)，如硅胶或氟橡胶垫圈等。当第一夹持体4的前端面接近固定件8的第三内螺纹71的底端面时，位于第一凹槽44中弹性件将受压产生向周边的变形，从而紧箍住外管1，以将外管1固定。同理，中间管2和内管3都采用相同的方式进行固定，这样设计的好处在于能够保持整个装置的气密性。

本实用新型的微波感应等离子体炬管，通过固定件7将等离子体炬管固定到谐振腔上，使等离子体炬管与谐振腔内磁场最大处轴向对齐，等离子辅助气体通过中间气体入口21进入内管3与中间管2之间的空间，在微波的电场分量与磁场的分量作用下，使其在出口端22和32的前方形成椭圆形剖面中空的等离子体，这是发射光谱中通常应用的一种等离子体产生的方式。通过外气体入口11沿外管1内壁切向进入中间管2与外管1之间的空间的冷却气，在外管1与中间管2之间的空间螺旋流动，形成高流速的冷却气体，有效地约束等离子体，防止外管1烧融。与内管3进口端31相连通的雾化系统将待测液质样品雾化，携带着雾化的样品的载气通过内管3的出口端32注入到等离子体进行激发。

本实用新型的微波感应等离子体炬管，采用相互独立的外管、中间管和内管结构，可以更换任意一根石英管，对比一体化的炬管，本实用新型的石英管加工更简便，加工成本低。在仪器开发试验过程中，诸多不确定的因素容易损坏炬管，分体式设计能够避免因其中一根石英管烧坏需要更换整个矩管的情况，有效降低炬管的替换和维修成本。

采用分体式固定装置固定炬管，保障各管同轴的同时，又可自由组装拆卸，不但可以更换石英管，还可以更换出现缺陷的夹持体，使得炬管的更换、组装更加简便。

一般MIP炬管利用橡胶面与炬管固定装置连接，气体必须通过橡胶面进入矩管，在炬管的长时间使用过程中，橡胶面会由于高温体积膨胀，对于内径较细的气孔而言，膨胀的橡胶面会使气孔的内径缩小，甚至堵塞，影响等离子体的稳定性。而本实用新型的固定装置直接与石英管相连，辅助气和冷却气通过固定装置的气孔直接进入到了石英管之间的间隙当中，固定装置采用耐热材质加工而成，热膨胀系数较小，可以有效防止气孔堵塞。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，包括相互独立的外管、中间管和内管，以及用于将所述外管、中间管和内管基本同轴固定在一起的固定装置，所述固定装置包括与外管可拆卸连接的第一夹持体、与中间管可拆卸连接的第二夹持体、以及与内管可拆卸连接的第三夹持体，所述内管用于把载送分析样品的载气注入炬管内产生的等离子体中，所述第二夹持体设有让辅助气进入内管与中间管之间空间的中间气体入口，所述第一夹持体设有让冷却气进入中间管与外管之间空间的外气体入口。

2.根据权利要求1所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述固定装置为分体式结构，所述第一夹持体、第二夹持体和第三夹持体同轴可拆卸地连接在一起。

3.根据权利要求2所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述第一夹持体、第二夹持体和第三夹持体均为中空圆柱结构，所述第一夹持体的前端外壁设有第一外螺纹，所述第一夹持体的前端内壁设有与外管配合的第一结合部，所述第一夹持体的后端内壁设有第一内螺纹，所述第二夹持体的前端外壁设有与第一内螺纹相匹配的第二外螺纹，所述第二夹持体的前端内壁设有与中间管配合的第二结合部，所述第二夹持体的后端内壁设有第二内螺纹，所述第三夹持体的外壁设有与第二内螺纹相匹配的第三外螺纹，所述内管穿设在第三夹持体的内壁上。

4.根据权利要求3所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述固定装置还包括套设在外管上的固定件，所述固定件的后端内壁设有与第一外螺纹相匹配的第三内螺纹，所述第一夹持体的前端面设有第一凹槽，所述第一凹槽内设有套设在外管上的第一弹性件，所述第二夹持体的前端面设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有套设在中间管上的第二弹性件，所述第三夹持体的前端面设有第三凹槽，所述第三凹槽内设有套设在内管上的第三弹性件。

5.根据权利要求2所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述外管、中间管和内管均为石英管，所述固定装置由耐热材料制成。

6.根据权利要求1-5任一所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述外气体入口偏离炬管中心轴线，使冷却气沿外管内壁切向进入中间管与外管之间的空间。

7.根据权利要求1-5任一所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述外气体入口的出口形成向轴心收缩的倒锥形，用于提高冷却气的流速。

8.根据权利要求1-5任一所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述中间气体入口的出口形成向周边扩张的正锥形，用于减缓辅助气的流速。

9.根据权利要求2所述的可拆卸的微波感应等离子体炬管，其特征在于，所述内管和中间管的气体出口端水平对齐，所述内管和中间管的出口端距离固定装置前端30～40mm，所述外管的出口端距离固定装置前端90～100mm。