CN210294062U - 一种应用于原子荧光的背景光过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于原子荧光的背景光过滤装置。包括石英窗片、入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜、出射狭缝转动机构、出射狭缝、遮光罩和光电倍增管。入射光通过石英窗片及入射狭缝进入装置内，通过准直镜汇聚成平行光并反射到色散元件上，通过色散元件色散后的单色光通过物镜汇聚后反射到光电倍增管的光阴极接收面上。通过调整准直镜、色散元件和物镜的角度将不同波长的光谱依次投射到光电倍增管光阴极接收面自下向上的区域内。通过转动出射狭缝来选择出射光的光谱范围。本实用新型利用平面光栅的色散原理来实现带宽可调的谱线过滤，既能实现干涉滤光片的功能，又能得到比干涉滤光片高的透过率，可以有效地提高原子荧光光谱仪的信噪比。

Description

一种应用于原子荧光的背景光过滤装置

技术领域

本实用新型涉及原子荧光光谱分析仪器领域，尤其涉及一种应用于原子荧光光谱仪的火焰发射光谱、元素灯杂散光发射光谱等背景光的过滤系统。

背景技术

原子荧光光谱仪是原子光谱分析法的重要组成部分，其主要结构包括光源、进样系统、气液分离系统、原子化器、检测器、信号放大及输出。待测元素的原子化过程主要是在原子化器中进行的，尤其对于采用火焰法分析的元素，待测元素的氢化物在原子化器中进行原子化过程，需要点燃一个氩氢火焰，火焰会发射出连续光谱，其强度会随着火焰的抖动而产生小于200Hz的不规则变化。同时作为激发光源的空心阴极灯并不是单一波长光源，会伴生发射出强度数百倍于待测元素波长的中、长波有害谱线，其中很大一部分有害谱线的波长集中在300nm～330nm。

采用单色器等分光系统可以有效地过滤掉所有背景光的干扰，但是原子荧光的发射谱线除了主灵敏线之外还有很多次灵敏线，如果采用分光系统会损失掉大量的次灵敏线的光谱强度。另外采用干涉滤光片也可以有效地过滤掉所有背景光的干扰，但是在现有技术中，干涉滤光片的透过率只有20％～30％，而且由于待测元素的特征谱线分布在300nm～320nm之间与杂散光的谱线有重叠，因此无论怎么选择干涉滤光片的带通范围总有遗憾。综合考虑透过率等因素，使用干涉滤光片改善系统信噪比具有一定的局限性，而且常规干涉滤光片的通过频率不能完全覆盖原子荧光可测量元素的所有发射谱线，使用干涉滤光片必然要减少原子荧光的测量范围，而定制干涉滤光片的成本较高，在性价比上具有一定的局限性。因此，原子荧光光谱仪为了保证检测器能够接收到足够的待测元素发射光谱的能量，一般不采用单色器等分光系统或干涉滤光片等手段来消除背景光的干扰。

在现有技术中，主要采用日盲型光电倍增管作为检测传感器来滤除长波光谱干扰，但是在现有的日盲型光电倍增管中，其波长响应的截止区刚好位于300nm-350nm，与空心阴极灯的部分伴生谱线正好重合，因此对这部分较强的背景干扰的屏蔽效果较差。另外，在光路设计上主要采用光源与检测器成锐角的光路系统来消除光源杂散光的影响，但是对于锐角光路而言，由于存在着原子化室内壁的反射效应的存在，无论如何设计原子化室形状、原子化室内壁涂层材料以及设置光学陷阱等方式都无法完全消除反射影响，尤其是对一些发光区域较大的空心阴极灯，例如汞元素空心阴极灯等，其光源杂散光的影响还是比较明显的。在滤除火焰发射光谱干扰方面，普遍采用对激发光源能量进行PWM调制的方式，通过对检测器接收信号进行高通滤波的方式克服火焰噪声的影响。由于元素灯的点亮需要一定的平衡时间，因此PWM调试的频率不能太高，一般在200Hz～300Hz之间，由于其与火焰的频谱相近，在高通滤波器的设计上较为复杂而其效果也不是十分理想。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种应用于原子荧光的背景光过滤装置，利用平面光栅的色散原理，来实现带宽可调的谱线过滤装置。本实用新型既能够实现干涉滤光片的功能，又能够得到比干涉滤光片高出近一倍的透过率，可以有效地提高原子荧光光谱仪的信噪比。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种应用于原子荧光的背景光过滤装置，包括石英窗片1、入射狭缝2、准直镜3、色散元件4、物镜5、出射狭缝转动机构6、出射板、遮光罩8和光电倍增管9；所述出射板上设有出射狭缝7，所述出射狭缝7的形状为矩形，所述矩形的顶边为左边高、右边低的形状；

所述准直镜3、色散元件4、物镜5、出射狭缝转动机构6、出射板和光电倍增管9均设置在遮光罩8的内部；

所述遮光罩8用于形成光学密闭暗室，并保护所述背景光过滤装置中的准直镜3、色散元件4、物镜5和光电倍增管9；

所述入射狭缝2设置于靠近原子化器出口处，光源由此进入所述光学密闭暗室；

所述石英窗片1设置于入射狭缝2的入口内侧，用来密封遮光罩 8，防止灰尘、酸气等有害物质损伤光学元件；

所述准直镜3用于将从入射狭缝2进入的入射光汇聚成为平行光束，并反射到色散元件4上；

所述色散元件4用于将接收到的平行光束分解成不同波长的单色光，并反射到物镜5上；

所述物镜5用于将接收到的不同波长的单色光通过出射狭缝7反射到光电倍增管9的光阴极接收面11上；

所述出射狭缝转动机构6，包括步进电机和转动轴，所述步进电机用以驱动出射板上的出射狭缝7绕转动轴在左右各0°～15°范围内转动；

所述出射板上的出射狭缝7用于通过在左右各0°～15°范围内的转动，来选择出射光的光谱范围；

所述光电倍增管9用来接收出射光，并将出射光转化成电流信号。

在上述技术方案的基础上，所述准直镜3、色散元件4和物镜5 的角度能够调节，调节范围为0°～15°。

在上述技术方案的基础上，所述出射板上的出射狭缝7向左转动 0°～15°，处于出射狭缝位置A10时，能够透过190nm～300nm波段的光谱线；

所述出射板上的出射狭缝7向右转动0°～15°，处于出射狭缝位置B12时，能够透过190nm～320nm波段的光谱线。

在上述技术方案的基础上，所述准直镜3采用凹球面反射镜；所述色散元件4采用平面反射光栅；所述物镜5采用凹球面反射镜，属于聚焦装置。

在上述技术方案的基础上，所述石英窗片1采用石英玻璃JGS1 等紫外光透过率较好的材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述入射狭缝2采用钢、铝等耐高温金属材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述出射板由金属材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述遮光罩8由金属材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述光电倍增管9采用R7154等日盲型光电倍增管。

在上述技术方案的基础上，所述背景光过滤装置用于通过调整准直镜3、色散元件4、物镜5和出射狭缝7的角度，将190nm-320nm 的光谱依次投射到光电倍增管9的光阴极接收面11的自下向上的区域内。

在上述技术方案的基础上，所述背景光过滤装置包括但不限于 190nm～300nm波段的光谱线和190nm～320nm波段的光谱线这两种透过谱带，通过调节准直镜3、色散元件4和物镜5的角度以及出射狭缝7的位置能够实现多种波段的光谱线的透过。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型利用平面光栅的色散原理，通过改变出射狭缝的位置来实现带宽可调的谱线过滤装置。本实用新型可以获得与干涉滤光片相当的光谱过滤效果，同时能够得到比干涉滤光片高近一倍的透过率，并且可以根据待测元素波长特点灵活选择滤光装置可通过的光谱带宽；可以有效地解决原子荧光光谱仪的背景光干扰问题，提高原子荧光光谱仪的信噪比。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1本实用新型背景光过滤装置的装配结构剖面图。

图2本实用新型出射狭缝工作原理图。

附图标记说明：1-石英窗片；2-入射狭缝；3-准直镜；4-色散元件；5-物镜；6-出射狭缝转动机构；7-出射狭缝；8-遮光罩；9-光电倍增管；10-出射狭缝位置A；11-光阴极接收面；12-出射狭缝位置B。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-图2所示，一种应用于原子荧光的背景光过滤装置，包括石英窗片1、入射狭缝2、准直镜3、色散元件4、物镜5、出射狭缝转动机构6、出射板、遮光罩8和光电倍增管9；所述出射板上设有出射狭缝7，所述出射狭缝7的形状为矩形，所述矩形的顶边为左边高、右边低的形状；

所述准直镜3、色散元件4、物镜5、出射狭缝转动机构6、出射板和光电倍增管9均设置在遮光罩8的内部；

所述遮光罩8用于形成光学密闭暗室，并保护所述背景光过滤装置中的准直镜3、色散元件4、物镜5和光电倍增管9；

所述入射狭缝2设置于靠近原子化器出口处，光源由此进入所述光学密闭暗室；

所述石英窗片1设置于入射狭缝2的入口内侧，用来密封遮光罩 8，防止灰尘、酸气等有害物质损伤光学元件；

所述准直镜3用于将从入射狭缝2进入的入射光汇聚成为平行光束，并反射到色散元件4上；

所述色散元件4用于将接收到的平行光束分解成不同波长的单色光，并反射到物镜5上；

所述物镜5用于将接收到的不同波长的单色光通过出射狭缝7反射到光电倍增管9的光阴极接收面11上；

所述出射狭缝转动机构6，包括步进电机和转动轴，所述步进电机用以驱动出射板上的出射狭缝7绕转动轴在左右各0°～15°范围内转动；

所述出射板上的出射狭缝7用于通过在左右各0°～15°范围内的转动，来选择出射光的光谱范围；

所述光电倍增管9用来接收出射光，并将出射光转化成电流信号。

在上述技术方案的基础上，所述准直镜3、色散元件4和物镜5 的角度能够调节，调节范围为0°～15°。

在上述技术方案的基础上，所述出射板上的出射狭缝7向左转动0°～15°，处于出射狭缝位置A10时，能够透过190nm～300nm波段的光谱线；

所述出射板上的出射狭缝7向右转动0°～15°，处于出射狭缝位置B12时，能够透过190nm～320nm波段的光谱线。

在上述技术方案的基础上，所述准直镜3采用凹球面反射镜；所述色散元件4采用平面反射光栅；所述物镜5采用凹球面反射镜，属于聚焦装置。

在上述技术方案的基础上，所述石英窗片1采用石英玻璃JGS1 等紫外光透过率较好的材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述入射狭缝2采用钢、铝等耐高温金属材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述出射板由金属材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述遮光罩8由金属材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述光电倍增管9采用R7154等日盲型光电倍增管。

在上述技术方案的基础上，所述背景光过滤装置包括但不限于 190nm～300nm波段的光谱线和190nm～320nm波段的光谱线这两种透过谱带，通过调节准直镜3、色散元件4和物镜5的角度以及出射狭缝7的位置能够实现多种波段的光谱线的透过。

实施例中，原子荧光待测元素发射谱线以及激发光源杂散光、火焰发射谱线等复合光谱通过石英窗片1及入射狭缝2进入背景光过滤装置的遮光罩8形成的光学密闭暗室内。通过准直镜3汇聚成平行光束并反射到色散元件4上。通过色散元件4色散后的不同波长的单色光通过物镜5汇聚后反射到光电倍增管9的光阴极接收面11上。通过调整准直镜3、色散元件4和物镜5的角度将190nm-320nm的光谱依次投射到光电倍增管9的光阴极接收面11的自下向上的区域内。通过转动出射狭缝7至出射狭缝位置A10，利用出射狭缝7的形状，遮挡住190nm以下的短波波段和300nm以上的长波波段的光谱线，透过190nm～300nm波段的光谱线，以达到彻底滤除火焰和杂散光等背景光的干扰的目的。通过转动出射狭缝7至出射狭缝位置B12，利用出射狭缝7的形状，遮挡住190nm以下的短波波段和320nm以上的长波波段的光谱线，透过190nm～320nm波段的光谱线，以达到部分滤除火焰和杂散光等背景光的干扰，并可以测量特征波长在300nm 到320nm波段的可测元素的目的。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本专利的保护范围之内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：包括石英窗片(1)、入射狭缝(2)、准直镜(3)、色散元件(4)、物镜(5)、出射狭缝转动机构(6)、出射板、遮光罩(8)和光电倍增管(9)；所述出射板上设有出射狭缝(7)，所述出射狭缝(7)的形状为矩形，所述矩形的顶边为左边高、右边低的形状；

所述遮光罩(8)用于形成光学密闭暗室；所述准直镜(3)、色散元件(4)、物镜(5)、出射狭缝转动机构(6)、出射板和光电倍增管(9)均设置在遮光罩(8)的内部；

所述入射狭缝(2)设置于靠近原子化器出口处，光源由此进入所述光学密闭暗室；

所述石英窗片(1)设置于入射狭缝(2)的入口内侧，用于密封遮光罩(8)；

所述准直镜(3)用于将从入射狭缝(2)进入的入射光汇聚成为平行光束，并反射到色散元件(4)上；

所述色散元件(4)用于将接收到的平行光束分解成不同波长的单色光，并反射到物镜(5)上；

所述物镜(5)用于将接收到的不同波长的单色光通过出射狭缝(7)反射到光电倍增管(9)的光阴极接收面(11)上；

所述出射狭缝转动机构(6)，包括步进电机和转动轴，所述步进电机用以驱动出射板上的出射狭缝(7)绕转动轴在左、右各0°～15°范围内转动；

所述出射板上的出射狭缝(7)用于通过在左、右各0°～15°范围内的转动，来选择出射光的光谱范围；

所述光电倍增管(9)用来接收出射光，并将出射光转化成电流信号。

2.如权利要求1所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述准直镜(3)、色散元件(4)和物镜(5)的角度能够调节，调节范围为0°～15°。

3.如权利要求2所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述出射板上的出射狭缝(7)向左转动0°～15°，处于出射狭缝位置A(10)时，能够透过190nm～300nm波段的光谱线；

所述出射板上的出射狭缝(7)向右转动0°～15°，处于出射狭缝位置B(12)时，能够透过190nm～320nm波段的光谱线。

4.如权利要求1所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述准直镜(3)采用凹球面反射镜；所述色散元件(4)采用平面反射光栅；所述物镜(5)采用凹球面反射镜。

5.如权利要求1所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述石英窗片(1)采用紫外光透过率高的材料制成。

6.如权利要求1所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述入射狭缝(2)采用耐高温金属材料制成。

7.如权利要求1所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述出射板由金属材料制成；

所述遮光罩(8)由金属材料制成。

8.如权利要求1所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述光电倍增管(9)采用日盲型光电倍增管。

9.如权利要求3所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述背景光过滤装置用于通过调整准直镜(3)、色散元件(4)、物镜(5)和出射狭缝(7)的角度，将190nm-320nm的光谱依次投射到光电倍增管(9)的光阴极接收面(11)的自下向上的区域内。

10.如权利要求3所述的应用于原子荧光的背景光过滤装置，其特征在于：所述背景光过滤装置包括但不限于190nm～300nm波段的光谱线和190nm～320nm波段的光谱线这两种透过谱带，通过调节准直镜(3)、色散元件(4)和物镜(5)的角度以及出射狭缝(7)的位置能够实现多种波段的光谱线的透过。

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