CN209707381U

CN209707381U - 一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统

Info

Publication number: CN209707381U
Application number: CN201822046024.7U
Authority: CN
Inventors: 俞洁; 朱淑雯; 陆泉芳; 张志超; 银玲; 冯菲菲
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2028-12-06

Abstract

本实用新型公开了一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统，包括载液池、蠕动泵、缓冲装置、六通阀、与所述六通阀配合使用的注射装置和废液池，所述六通阀上设置定量环，所述载液池与蠕动泵的输入端连接，所述蠕动泵的输出端连接缓冲装置，所述缓冲装置与六通阀连接，所述六通阀连接至液体阴极辉光放电原子发射光谱的激发源系统。本实用新型在蠕动泵和六通阀之间引入缓冲装置，缓冲装置可采用缓冲瓶或脉冲阻尼器，不但可以消除蠕动泵给溶液造成的脉动，而且缓冲装置中的稳定气压也可辅助蠕动泵对毛细管匀速供液，达到提高液体阴极辉光放电稳定性的目的，最大限度地避免外界空气进入流路中，提高了分析的速度和精度。

Description

一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统

技术领域

本实用新型属于原子发射光谱分析和环境检测技术领域，尤其涉及一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统。

背景技术

分析系统的微型化是分析化学的一个重要研究方向，为了满足野外现场的实时、在线、高灵敏快速分析检测的要求，发展低成本、小型化、便携式的分析仪器已成为环境监测领域研究的热点。

微型化液体阴极辉光放电发射光谱分析仪器主要包括进样系统、激发源系统、分光系统和检测系统。分光系统和检测系统的小型化目前已有微型光纤光谱仪实现；激发源系统可以通过金属阳极和毛细管顶端溢出的液体阴极来实现微型化；进样系统的小型化目前虽有各种芯片式进样体系，但仍通过蠕动泵将样品溶液直接引入激发源系统，由于蠕动泵本身的脉动，会引起输送溶液的波动，造成放电等离子体的稳定性差，从而给光谱分析带来较大的误差。

因而获得稳定的等离子体是提高光谱分析结果的必要条件，影响激发光源稳定性的可能因素包括：液面的平稳性、溶液的流速和液体成分等。由于蠕动泵会造成放电等离子体脉动，导致测定精度差；另外，蠕动泵死体积较大，样品消耗较多；再者，每次更换样品时会导致辉光放电等离子体中断，无法进行稳定、连续进样检测，分析速度慢。

本实用新型在蠕动泵和六通阀之间引入缓冲装置，缓冲装置可采用缓冲瓶或脉冲阻尼器，不但可以消除蠕动泵给溶液造成的脉动，而且缓冲装置中的稳定气压也可辅助蠕动泵对毛细管匀速供液，达到提高液体阴极辉光放电稳定性的目的，最大限度地避免外界空气进入流路中，提高了分析的速度和精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统，旨在解决上述背景技术中现有微型化液体阴极辉光放电发射光谱分析仪的进样液面易受蠕动泵影响而产生脉动，降低液面稳定性，且蠕动泵对毛细管供液速度不均匀，影响液体阴极辉光放电稳定性的问题。

本实用新型是这样实现的，一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统，包括载液池、蠕动泵、缓冲装置、六通阀、与所述六通阀配合使用的注射装置和废液池，所述六通阀上设置定量环，所述载液池与蠕动泵的输入端连接，所述蠕动泵的输出端连接缓冲装置，所述缓冲装置与六通阀连接，所述六通阀连接至液体阴极辉光放电原子发射光谱的激发源系统。

优选地，所述缓冲装置采用缓冲瓶或脉冲阻尼器。

优选地，所述缓冲瓶竖直放置，缓冲瓶上端连接蠕动泵胶管，下端连接六通阀，将缓冲瓶竖直放置且载液从缓冲瓶的下端流出后进入蠕动泵中，进一步提高载液流动的均匀性。

优选地，所述注射装置采用注射器或注射泵，注射装置注射样品溶液到六通阀上的定量环，一定程度上减小了样品溶液的损失。

优选地，所述环定量的容量为1-6mL。

优选地，所述的自动进样系统在液体样品的连续、稳定输送仪器的进样系统方面的应用。

相比于现有技术的缺点和不足，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型在蠕动泵和六通阀之间引入缓冲装置，不但可以消除蠕动泵给溶液造成的脉动，而且缓冲装置中的稳定气压也可辅助蠕动泵对毛细管匀速供液，达到提高液体阴极辉光放电稳定性的目的。注射装置注射溶液样品到六通阀的定量环，一定程度上减小了样品溶液的损失。六通阀的连续切换既保证不同样品间的连续进样测试，还可以保证持续产生稳定的放电等离子体(辉光不熄灭)。本实用新型实现了自动定量进样以及进样系统的清洗和平衡的自动化过程，提高了高精度液体阴极放电仪进样的重复性和可靠性，最大限度地避免外界空气进入流路中，避免了样品溶液之间的互相污染，提高了液体阴极辉光放电稳定性，从而提高分析的速度和精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的六通阀进样位置切换的工作原理示意图。

图3是本实用新型实施例提供的自动进样系统与液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置联用图示意。

图4是本实用新型实施例提供的用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统检测pH＝1的HNO₃空白溶液和空白溶液中加入20mg/L铅、铜、镉混合金属离子的发射光谱图。

图5是本实用新型实施例提供的用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统的稳定性测试图。

图6是本实用新型实施例提供的用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统检测Pb、Cu和Cd的发射强度随浓度的变化关系图。

图中：1-载液池；2-蠕动泵；3-缓冲装置；4-六通阀；5-注射装置；6-定量环；7-废液池7；8-石英毛细管下端；9-石英毛细管上端；10-石墨碳棒；11-凹槽；12-废液回收池；13-废液排出口；14-盖子；15-排气口；16-石英管；17-针状铂丝；18-辉光放电等离子体；19-直流稳压稳流电源；20-电阻；21-透镜；22-单色仪；23-狭缝；24-光电倍增管；25-PC机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统，包括载液池1、蠕动泵2、缓冲装置3、六通阀4、与六通阀4配合使用的注射装置5和废液池7，六通阀4上设置定量环6，载液池1与蠕动泵2的输入端连接，蠕动泵2的输出端连接缓冲装置3，缓冲装置3与六通阀4连接，六通阀4连接至液体阴极辉光放电原子发射光谱的激发源系统。通过在蠕动泵2和六通阀4之间引入缓冲装置3，不但可以消除蠕动泵2给溶液造成的脉动，而且缓冲装置3中的稳定气压也可辅助蠕动泵2对毛细管匀速供液，达到提高液体阴极辉光放电稳定性的目的，同时，还最大限度地避免了外界空气进入流路中，从而进一步提高分析的速度和精度。

在实际使用时，蠕动泵2的流速0.2-6.0mL/min，缓冲装置3可采用缓冲瓶或脉冲阻尼器，以消除蠕动泵2给溶液造成的脉动，缓冲装置3中的稳定气压也可辅助蠕动泵2对毛细管匀速供液，达到提高液体阴极辉光放电稳定性的目的。缓冲装置3采用缓冲瓶时，缓冲瓶竖直放置，缓冲瓶的上端连接蠕动泵2的胶管，下端连接六通阀4。注射装置5采用注射器或注射泵，注射器体积为8-10mL，注射泵用普通实验室注射泵TYD01-01即可。注射装置5注射样品溶液到六通阀4上的定量环6，一定程度上减小了样品溶液的损失，实现连续稳定进样，环定量6的容量为1-6mL。

本实用新型的自动进样系统也可在液体样品的连续、稳定输送仪器中作为其进样系统使用。

本实用新型的的工作过程如下：当六通阀4的手柄在装载(Load)位置时，载液池1中的载液在蠕动泵2的带动下经过缓冲装置3和六通阀4(⑤→④)，最后进入激发源系统。样品溶液由注射器或注射泵沿六通阀4的(①→⑥)注射到定量环6中，定量环6充满后，多余的样品溶液经过六通阀4的(③→②)排入到废液池7中；然后当六通阀手柄转动至进样(Inject)位置时，定量环6中的样品溶液被载液沿六通阀(⑤→⑥→③→④)推进到激发源，完成样品溶液的输送；接着将六通阀手柄转动至装载位置时，注射器或注射泵将定量环6中的载液推入到废液池7而进行样品溶液再次注射(①→⑥→③→②)，而载液池1中的载液在蠕动泵2的带动下经过缓冲装置3和六通阀4(⑤→④)重新输入到激发源。这样循环往复，完成载液和样品溶液的连续切换。

本实用新型自动进样系统的六通阀进样位置切换示意图如图2所示，当六通阀4手柄在装载(Load)位置时，用注射装置5将样品溶液注射到六通阀4的定量环6中(①→⑥→③→②)，载液在蠕动泵带动下输入到激发源(⑤→④)，如图2位置A；然后将六通阀4的手柄转动至进样(Flow)位置时，定量环6中的溶液被载液推进到激发源(⑤→⑥→③→④)，完成样品溶液的输送(图4位置B→位置C)；接着将六通阀4手柄转动至装载位置时，注射装置5将定量环6中的载液推入到废液池7中进行样品溶液再次注射(①→⑥→③→②)，而载液在蠕动泵带动下重新输入到激发源(⑤→④)(图4位置D)。这样循环往复，完成载液和样品溶液的连续切换和实现辉光放电的持续稳定。

实施例1

本实用新型自动进样系统与液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置联用的结构示意图如图3所示，包括进样系统、激发源系统、分光系统和检测系统，激发源系统包括：石英毛细管下端8、石英毛细管上端9、石墨碳棒10、凹槽11、废液回收池12、废液排出口13、盖子14、排气口15、石英管16、针状铂丝17、辉光放电等离子体18、直流稳压稳流电源19、电阻20。样品溶液经过六通阀4流到石英毛细管下端8的入口，然后从石英毛细管上端9溢出，形成液体阴极。毛细管穿入石墨碳棒10中，石墨碳棒10固定于废液回收池12的盖子14上；盖子14上开了一个直径0.3cm的小孔，便于平衡内外气压，废液最后沿废液排出口13排出，石墨碳棒10上开3-5个凹槽11，使石英毛细管上端9溢出的液体沿石墨碳棒10上的凹槽11流入废液回收池12中。石墨碳棒10与直流稳压稳流电源19的负极相连，阳极针状铂丝17与直流稳压稳流电源19正极相连；为了防止电流过大，在阳极针状铂丝17与直流稳压稳流电源19正极之间连接1-1.2kΩ电阻20。阳极针状铂丝17和石英毛细管上端9之间的距离为1-3mm，阳极针状铂丝17和石英毛细管上端9同轴，阳极针状铂丝17和石英毛细管上端9之间形成稳定的辉光放电的等离子体18。直流稳压稳流电源19采用LW100J2稳压直流电源，提供电压0-1000V，电流0-500mA。石英毛细管的外径为0.8-1.5mm，内径为0.3-1.3mm，石英毛细管上端9与石墨碳棒10顶面之间的距离为2-4mm，阳极针状铂丝17封存于石英管16中并有长度0.3-1.0mm的铂丝尖端露出石英管从而形成Pt针尖，阳极针状铂丝17的直径为0.2-0.7mm。

光谱分光系统和检测系统包括：透镜21、单色仪22、狭缝23、光电倍增管24、PC机25，透镜21使等离子体激发源产生的辉光放电等离子体18经透镜21聚焦至单色仪22的狭缝23中，经单色仪22分光和光电倍增管24转换后在PC机25上对该电信号进行分析，完成对水体中金属元素的定性或定量检测。其中透镜21的焦距为5-15cm，单色仪22采用1800grooves/mm的Zolix Omni-λ500型单色仪，波长响应范围200-800nm。电倍增管24的型号为APMTH-S1-CR131，其负压为0-1500V，光谱分辨率为0.05nm，扫描步长0.1nm。

上述自动进样系统与液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置联用可用于野外现场快速检测溶液中的金属元素，其测量过程如下：用pH＝1的硝酸作为载液，打开蠕动泵2，载液以2-6mL/min流速通过缓冲装置3，然后进入六通阀4(⑤→④)，最后从石英毛细管上端9溢出，形成喷泉状液面，溢出的载液刚好与阳极Pt针尖接触，阳极Pt针尖正极相连的直流稳压温流电源19提供550-720V电压，50-120mA电流，溢出的液体被击穿，产生明亮的辉光，形成稳定的辉光放电等离子体18；不断调节透镜21的位置，使激发源产生的辉光放电等离子体18经透镜21聚焦到单色仪22的狭缝23中，经单色仪22分光和光电倍增管24转换后在PC机25上对该电信号进行分析，完成对载液的定性检测。

实施例2

本实用新型的自动进样系统与液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置联用进行快速检测空白溶液、用空白溶液配制的浓度为20mg/L的Pb、Cu、Cd混合溶液中金属元素，检测结果如图4所示，图4a为空白溶液的发射光谱图，可以看到，空白溶液的发射光谱图中波长262～309nm范围内最强的谱线为OH(A-X)跃迁谱带；波长486.2nm和波长656.4nm处出现的是H原子的Hβ和Hα两条谱线，这是由于高能电子激发汽化的水分子产生大量HO和H线；波长315～406nm处的谱带属于N₂的分子带C³Πu→B³Πg，这是因为放电在空气气氛中进行，空气中的氮气被激发。图4b为用空白溶液配成的20mg/L的Pb、Cu、Cd混合溶液的发射光谱图，可以看出，除出现与空白溶液一致的特征谱线外，还产生了新的谱线，分别位于波长228.8nm、324.7/326.4nm、368.4/405.8nm处，它们分别归属于Cd、Cu和Pb的原子谱线。由于CuI 324.7nm处的谱线高于326.4nm的，PbI 405.8nm处谱线高于368.4nm处的，因此，实际测试时，Cu和Pb的测试谱线分别选择324.7和405.8nm。上述结果说明，用本实用新型的自动进样系统结合液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置可以定性测定溶液中的金属元素。

分别在固定Pb I(405.9nm)、CuI(324.7nm)、Cd(3228.8nm)的激发波长下，以发射强度与运行时间作图来监测放电的稳定性。图5为650V下放电等离子体稳定120s后在600s内发射强度的变化。可以看出，650V时，测量20次得到的Pb、Cu、Cd的相对标准偏差(RSD)分别为0.71％，0.88％，0.93％，说明650V时，放电具有较好的稳定性和重现性，可以用于Pb、Cu、Cd的测定。

用pH＝1的硝酸分别配制浓度为0.5-10mg/L的Cd、1-30mg/L的Pb和Cu单元素溶液20mL，然后按照实施例1的方法，分别在324.7nm(Cu)、405.8nm(Pb)和228.8nm(Cd)处测定信号强度，由信号强度和浓度做图，结果见图6，可以看出，随着待测溶液中金属元素浓度的增大，光谱的信号强度依次增大。线性拟合后相关参数见表1。由表1可以看出，液体阴极放电能量消耗低(<40W)，相关系数(R2)大于0.99，Pb、Cu、Cd的检出限分别为0.36，0.08，0.02mg/L，RSD分别为0.70％，1.62％，1.21％，说明测试结果具有较低的检测限，较好的精密度。

表1 Pb、Cu和Cd的线性拟合后相关参数

*n＝10.

实施例3

本实用新型的自动进样系统与液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置联用分别测定标准物质GBW(E)080399溶液中的Pb、Cu、Cd，以流速为3.0mL/min，电压为650V，波长分别为405.8nm(Pb)、324.7nm(Cu)、228.8nm(Cd)处测定发射强度，样品连续测定10次，代入校准曲线，进而分别计算GBW(E)080399溶液中的Pb、Cu、Cd，同时将此样品测试结果与标准物质的标准值对比，结果见表2，可以看出，本法测试结果与标准值基本一致。

表2本专利测定标注物质结果和标准值的比较

*浓度：2mg L^-1,n＝10

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于液体阴极辉光放电原子发射光谱的自动进样系统，其特征在于，包括载液池、蠕动泵、缓冲装置、六通阀、与所述六通阀配合使用的注射装置和废液池，所述六通阀上设置定量环，所述载液池与蠕动泵的输入端连接，所述蠕动泵的输出端连接缓冲装置，所述缓冲装置与六通阀连接，所述六通阀连接至液体阴极辉光放电原子发射光谱的激发源系统。

2.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于，所述缓冲装置采用缓冲瓶或脉冲阻尼器。

3.如权利要求2所述的自动进样系统，其特征在于，所述缓冲瓶竖直放置，缓冲瓶上端连接蠕动泵胶管，下端连接六通阀。

4.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于，所述注射装置采用注射器或注射泵。

5.如权利要求1所述的自动进样系统，其特征在于，所述定量环的容量为1-6mL。