CN85108151A - 用于在火焰原子吸收分光光度计中转换氧化剂的改进系统 - Google Patents

Abstract

一种火焰原子吸收分光光度计的燃烧器装置，它用于在一种氧化剂里例作为一基本气体的一氧化二氮里燃烧一种燃料例作为另一基本气体的乙炔包括一在点火期间在作为氧化剂的空气和一氧化二氮之间安全转换的系统。该系统有一用于检测至少一种基本气体压力的压力检测器，和一根据压力检测器可选择地操作的阀，以影响作为氧化剂的空气的供应和在基本气体的压力低时继续供应空气作为氧化剂。只有在基本气体的压力高时选择转换用一氧化二氮作为氧化剂。

Description

本发明涉及一种使用空气作为点火和熄火氧化剂并使用一氧化二氮作为燃烧器的高能氧化剂的火焰原子吸收分光光度计。本发明更具体地涉及一种用于安全地从空气氧化剂转为以一氧化二氮为氧化剂以及可以逆转的改进装置。

在原子吸收分光光度计中，测量放射束对某一特定元素特征共振谱线的吸收可以得出原始样品溶液里该原素的浓度。目前为吸收测量目的而雾化一原素所普遍使用的技术是将待测试元素的液体样品溶液引入一气体燃烧器，在那里一滴滴的溶液被气化而最终使该元素分裂为原子，在该仪器的辐射光束的道路里形成大量处于原子状态的欲测试的元素。一试样光束，它产生于谱线发射光源，并包括有待测元素的共振谱线。将试样光束通过该火焰。在试样里的待测元素吸收了光束中该元素的共振谱线，然后该显露的光束直接到达单色仪，再从那里到达一探测器而测量出该待测元素吸收试样光束的共振谱线的程度。而这种吸收的程度表示了在试样物质里待测元素的量。

在这种分光光度计中，为了发生出一种具有足够高温度的火焰以对某些元素能得到良好的测量结果，最好使用乙炔气作为燃料同时用一氧化二氮作为燃烧乙炔气的氧气源。为了使燃烧在安全的情况下，必须在乙炔气开始燃烧时先用空气作为氧气源，然后当乙炔气火焰点燃了以及稳定后再转而使用一氧化二氮。

用于火焰原子吸收分光光度计的燃烧器稳定状态高温操作的基本气体，如上所述燃料是乙炔和氧化剂是一氧化二氮。要使该系统在开始过程中成功地从在空气里操作转到在一氧化二氮里操作，这两种基本气体一定要有足量供应，而且为了使一氧化二氮能稳定地工作，这两种基本气体必须继续足量的供应，这点非常重要。

此外，非常重要的是，在从空气转换到一氧化二氮的时刻必须有火焰，而且为了维持一氧化二氮操作，火焰必须维持。更进一步地说，因为整个分光光度计的控制系统通常是用电来操作的，包括了燃料流的控制，因此这点也很重要，即在一氧化二氮下工作过程中电的供应必须不中断。再进一步说，这点是重要的，即火焰原子吸收分光光度计旁应可得到在足够压力下的足够体积的氧化剂（不是已被手动流量控制调节阀减少了很多）以保证成功地从空气到一氧化二氮的转换。

在已有的燃烧器控制系统里，在把作为点燃氧化剂的空气转换成作为工作氧化剂的一氧化二氮时上述部份或所有条件，同时要保证这些条件能维持下去。一贯是依赖于操作者来保证满足。这种安排因为操作者可能的错误或不注意孕育着危险，其后果经常造成爆炸或不恰当地燃烧。更进一步地说，对操作者来说上述的某些要求条件并非直接能感受到的。

因此本发明的一个重要目的是提供一种改进了的用于火焰吸收分光光度计的燃烧器的控制系统，在这种改进的系统中，安全地把氧化剂的空气转换成一氧化二氮所需的一条或数条上述的要求能自动地得到保证。同时，在改进系统里若不能满足条件就不能转换到一氧化二氮。

用于廉价的燃烧器系统的一种常用的按排是对每一种氧化剂源使用分别的阀，要完全转换只是简单地关闭一种氧化剂的阀同时开启另一种氧化剂的阀。这种顺序包含有一种危险，即转换迟缓了会导致不需要的燃料和氧化剂的混合，或者在从一个源来的氧化剂被接通前从另一个源来的氧化剂可能已被完全切断。这样会导致火焰的熄灭，如果这样转换是转向一氧化二氮的话，还会带来以后可能爆炸的危险。

本发明的另一目的是提供一种改进的燃烧器系统，该系统包含有一能以十分迅速的方式将一种氧化剂转换成另一种氧化剂的改进了的装置，以避免不适当的燃料和氧化剂混合的可能性。

本发明的另一目的是提供一种改进的用于火焰原子吸收分光光度计的燃烧系统，该系统可操作转换一种氧化剂到另一种氧化剂同时避免任何两种氧化剂关闭之间产生间断期的危险。

本发明的另一个目的是提供一种于火焰原子吸收分光光度计的改进了的燃烧器系统，该系统能自动地满足一个或几个上述的安全操作的要求，同时该系统十分有效在成本上也是可行的。

本发明的另一些目的和优点将从以下的叙述和附图中得到进一步地体现。

在实施本发明中被提供了一种火焰原子吸收分光光度计燃烧装置，用于将一种燃料像作为一种基本气体的乙炔在一种氧化剂像作为另一种基本气体的一氧化二氮里燃烧。一个在点燃期间用于在空气和一氧化二氮氧化剂两者之间安全地转换的系统包括了用于检测至少一种所述的基本气体压力的装置;和根据所述的压力感测装置可选择地操作的装置当所述的基本气体压力低时用于操作供应空气作为氧化剂和继续供应空气作为氧化剂，仅当在基本气体压力高时用于选择地转换一氧化二氮。

附图是本发明最佳实施例的燃烧器的示意图。

更为具体地述及附图。图中10表示火焰原子吸收分光光度计的燃烧器。在操作时它总是有火焰12的。燃烧器带有一个喷雾器，待分析的液体试样通过入口14通入喷雾器。乙炔燃料通过导管16氧化剂通过导管18进入燃烧器。

导管18中的氧化剂既可以是从压缩空气源例如像空气压缩机20那里来的空气也可以是来自示意图中压力容器22那样一个源来的一氧化二氮燃料管道16里的燃料来自如像容器24那样的燃料源。

从容器22中来的一氧化二氮和从容器24中来的燃料在说明书里有时称之为“基本”气体，因为它们都是在所选择的模式中维持火焰的要素，以区别于包括有空气和乙炔混合操作的错误模式。

简要地和概括地说，这系统包括有一个由压力驱动的开关阀26，阀26由一个或数个先导阀28、30和32所控制。开关阀26可用来把从空气压缩机通过空气管道34供应的氧化剂转换成从罐22通过管道36供应的一氧化二氮。氧化剂管道里的手动控制阀38用来调节输送到燃烧器10中去的两种氧化剂的流量。

假如所有先导阀28、30、和32都打开，开关阀26通过检测管线段36A、36B、36C、36D、和36E接受从一氧化二氮源22来的驱动压力。开关阀26最好是加弹簧偏压的，如示意实施例中被弹簧40所施加的那样。当室42内的一氧化二氮的压力达到或超过该系统的一氧化二氮操作压力时，弹簧力就被室42内的一氧化二氮的压力所克服。这样，开关阀就可以感知一氧化二氮的压力的充足程度，从而测量作为操作条件的一氧化二氮的供应是否充足。

用简化的示意图显示的所有阀门说明了系统中每一个阀的操作原理。这些阀可以有种种不同的结构，也可以有某些改进，图中未一一画出，但这一点是不言而喻的。

例中的阀26包括有二个阀面44和46。该阀图示的位置表示在“空气”位置，因为受到了弹簧40的偏压而在压力室42里没有大的压力存在。在这一位置上，空气口48和50被打开，使空气能作为氧化剂输送。当室42里有足够的一氧化二氮压力存在时，阀门活塞（柱塞）向下移动，空气口48和50就被阀面44所关闭。此时，阀面46打开了口52和54而使一氧化二氮代替空气通过管道36输送。

阀26可以表示为一种至少检测一种基本气体（一氧化二氮）存在压力的装置。阀26也可以表示为一种装置，它能根据基本气体压力的感测来选择空气作为氧化剂和当基本气体的压力低时继续供应空气作为氧化剂。只有当基本气体压力升到足够高时可选择地转换到仅用一氧化二氮作为氧化剂。如果一氧化二氮的供应枯竭到一定程度造成压力下降到低于开关阀26上感测到的偏置力时，偏压弹簧40用来切断一氧化二氮而接通空气。

先导阀32是一种由压力驱动的阀。它响应供应到燃烧器10的管道18里的压力。先导阀30是一由压力驱动的阀，它响应通过管道56从容器24来的燃料供应的压力。

先导阀28是一由电磁线圈驱动的先导阀。它有一带阀面58和60的活塞，由于电磁线圈20园柱62的装置在线圈64的电磁力的作用下，活塞可以移动。这种结构用理想化的图的形式表示出来。该线圈64通过开关70和72和电源接通66和68是电源的接线端。当由操作者启动一氧化二氮操作时，开关70是由操作人员手动地合上的。开关72是一种开关（或中间接触器），该开关是由火焰检测器例如光电元件74根据从火焰12来的照明所驱动。如果有火焰开关72就闭合，如火焰熄灭，开关72就断开。

因此，如果没有火焰，电磁线圈阀28就不会被驱动，所以即使手动开关70是合上了，该系统也不能转换到一氧化二氮操作。更进一步地说，如果火焰熄灭了，该火焰转感器74控制开关72释放电磁线圈阀，这样在偏置弹簧26的力的作用下就合上，这样就使该系统回复到以空气作为氧化剂。当电磁线圈不通电时，该电磁线圈阀的活塞由于偏置弹簧的作用而关闭，如图所示即阀面60关闭了连通管道36A和36B的通孔。同时，管道36B通过一支管36E和一排气孔78有一出口。当电磁线圈通电时，阀面60向下移动，而不能阻塞连通管道36A和36B的通孔。这样就提供了两者之间的通道，同时阀面58阻塞了支管36E和78的通孔而关闭了排气通道。

当电磁线圈不通电时只要火焰熄灭时该阀就回到图示的升起的位置，关闭了管道36A和36B之间的通孔，同时打开了排气道以保证立即降低管道36B里的压力而使开关阀26直接转换系统回空气作为氧化剂。

这点也是很明显的，如果系统的电源发生故障，该系统也会自动地转换回空气作为氧化剂。如果电源被切断，或选择器开关70被断开而使电磁线圈的供电被切断时也是一样。

压力驱动的先导阀30包括一偏置弹簧80，该弹簧提供一适当的偏压力以规定一最小的在此压力下允许转换成以一氧化二氮作为氧化剂操作是允许的燃料压力，无论等于或超过此压力时，先导阀的阀芯被迫使向上，打开连通管道36B和36C的通孔以传递控制压力到开关阀26中去。同时阀芯下部的阀面关闭了通过支管36F泄放管道36C里压力的排气口。

压力驱动先导阀32可以是实质上和先导阀30完全相同以及同样的工作方式。但偏置弹簧82应有一种不同的弹性常数以建立起不同的允许转换到以一氧化二氮作为氧化剂供应出去的最小压力。

本发明另一些较好的特点是，当氧化剂的供应用空气转换成一氧化二氮时第二只开关阀84被提供用以增加通过燃料管道16的燃料流量。开关阀84实质上是和开关阀26相同的，只是它省略了通孔48和50。开关阀84的弹簧偏压力选择得略低于开关阀26的弹簧40的弹簧偏压力，这样无论什么时候开关阀26操作时燃料开关阀84将被保证操作。这样无论什么时候将一氧化二氮转换成氧化剂时总可以增加乙炔的供应。

如图所示，燃料供应系统包括两条平行的通道，一条以管道86代表的主通道和一条以管道88代表的副通道。当用空气作为氧化剂操操时，燃料仅通过主通道86供应，主通道里有一手动燃料流量调节阀90。当副通道被开关阀84打开时，通过副通道88的流量被控制得与通过主通道86的流量相称而且最好是实际相等。这是用压力响应流量控制阀92装置来完成的。它用检测通过孔板装置94和96对压力降。对主通道和副通道里的流量起检测和调节作用。这些燃料流量控制装置，包括阀92，和孔板94和96，至少组成了在同一时期专利申请的主题材料的一部份，该专利申请号为（ID3313）与最近的用于燃料流量控制系统的申请同时递交，以及委托了同本发明相同的代理人。

虽然开关阀26（和开关阀84）如图示所示那样由三个分开串联连结的先导阀28、30、和32综合控制，但是如果想不要所有上面列举的控制功能，那末只要应用一种或二种先导阀就可以，这点是完全可以理解的，当压力检测管线36A-36E由于所有先导阀的工作而被增压时，从空气到一氧化二氮的转换可以迅速完成而又同时可以避免在任何时候两种氧化剂都被切断的危险。虽然图中未明显地表明这种必需，即在阀26里的阀面44和46最好安排成这样：当空气通孔48和50关闭时，通孔52和54被打开。

在附图里，开关阀26和84被画成和先导阀28、30和32一样大小，但应了解，因为先导阀毋需提供实际上的燃料流，而仅是基本压力控制装置，先导阀可以比开关阀26和84小得多。因此先导阀就只需价廉的结构，这是本发明的一个重要的经济方面的优点。这点可举例来说明，假如用一电磁线圈阀来替代开关阀26，就需要非常大和非常昂贵的电磁线圈阀。用在本系统中的一个大的、简单地用压力驱动的开关阀26比起同样能力的电磁线圈阀来，其成本就下降很多。因此，除了可以应于种种不同条件的特点，包括最小的一氧化二氮的压力之外。将电磁阀28和开关阀26结合使用还可以得到总费用的节省。

如前所述，开关阀26和84，和先导阀28、30和32都是示意图解用以帮相理解本系统。显而易见完全可以用不同的气动阀结构来完成同样的功能。这种阀结构可以出售者那里商业性地买到，例如从克里伯特实验公司（俄亥俄洲45239辛辛那提市Colerain路7390号）。

虽然用了本发明的最佳实施例来揭示和叙述本发明，但对本技术领域的技术人员来说完全可以作出种种不同形式的变化和变换。因此下列的权利要求将划出在该技术领域内本发明的正确的范围，以包括进所有落入本发明的真正精神和正确范围内的所有改变和变换。

Claims (13)

1、在一个用于在一种氧化剂例作为一种基本气的一氧化二氮里燃烧一种燃料例作为另一种基本气的乙炔的火焰原子吸收分光光度计中，有一个用于在点燃期间安全地在空气和一氧化二氮之间转换氧化剂的系统，它包括用于检测至少一种所述基本气体的压力的装置，和一根据所述的压力感受装置选择的操作的装置，用以实行作为氧化剂的空气的供应和当所述的基本气压力低时继续供应空气作为氧化剂和当基本气压力高时用于选择性地转换到把一氧化二氮作为仅用的氧化剂。

2、如权利要求1所述的装置，其中一氧化二氮是基本气体，它的存在压力被所述的压力检测装置所检测。

3、如权利要求2所述的装置，其中所述的检测存在的一氧化二氮压力的装置和所述的当压力高时用于转换到用一氧化二氮作为氧化剂的装置结合在一由压力操作的开关阀里，当一氧化二氮的压力足够高时，它可操作转换空气到一氧化二氮，所述的阀包括一用于加偏压于阀的偏压装置克服检测到的一氧化二氮的压力而接通空气和切断一氧化二氮。

4、如权利要求3所述的装置，其中一压力检测管线连结到所述开关阀，至少一个先导阀连接在所述的压力检测管线里和可操作地把一氧化二氮从一氧化二氮源通过所述的检测管线连接一氧化二氮到所述的开关阀以实现那里的转换。

5、如权利要求4所述的装置，其中所述的先导阀是用电磁线圈驱动的和包含有一电磁驱动线圈，一电磁线圈驱动电路包括一用于控制所述的电磁线圈打开所述的先导阀以选择用一氧化二氮作为氧化剂来操作的开关装置。所述的电磁线圈电路被连接和安排成从供应火焰原子吸收分光光度计的其它电气零件的电源里接受电能因此所述的电磁线圈在系统电源断电时是不带电的因而关闭先导阀和使所述的开关阀将燃烧器转回到以空气作为氧化剂的操作。

6、如权利要求5所述的装置包括一个用于检测火焰原子吸收分光光度计的燃烧器里火焰是否存在的火焰检测器，根据所述的火焰检测器的检测结果而驱动和连接在所述的电磁线圈驱动电路里的开关装置，所述的最后提到的开关装置用来根据火焰的存在而操作接通电磁线圈电路和在火焰熄灭断开以阻止所述的电磁线圈驱动的先导阀的操作和在火焰熄灭的情况下阻止将燃烧器系统转换到用一氧化二氮作为氧化剂。

7、如权利要求4所述的装置，其中提供了一种在火焰原子吸收分光光度计的燃烧器里检测火焰是否存在的装置，所述的最后提到的装置连接到所述的先导阀和仅在燃烧器里火焰存在时才可操作地提供所述的先导阀的操作来将燃烧器的操作转换到一氧化二氮。

8、如权利要求4所述的装置，其中有一条从上述开关阀把氧化剂输送到燃烧器的管道，在所述的管道里有一控制流到燃烧器去的氧化剂的流速的控制阀，所述的先导阀是由气体压力操作的先导阀，一控制压力的连接从所述的先导阀到所述的氧化剂管道顺流到所述的控制阀用于检测至少最小的供应到所述的燃烧器的氧化剂压力存在和仅在达到或超过所述的最小压力时才能操作以通过所述的检测管线把一氧化二氮压力连接到所述的开关阀以把燃烧系统从空气转换到一氧化二氮。

9、如权利要求4所述的装置，其中所述的先导阀是由气体压力操作的先导阀，一控制压力的连接从所述的先导阀连接到燃烧器的燃料源和用于检测供应给所述燃烧器的燃料的至少最小压力的存在和只有在达到所述的最小压力以上时才能操作通过所述的检测管线把一氧化二氮的压力连接到所述的开关阀使燃烧器系统从空气转换到一氧化二氮。

10、如权利要求4所述的装置包含一供应燃料到火焰原子吸收分光光度计的燃烧器的供给系统，所述的燃料供给系统包括一主燃料通道和一副燃料通道，该副燃料通道被安排成当该系统被转换到一氧化二氮操作时被打开以供应附加的燃料，该系统还包括一连接在所述的副燃料通道里的第二开关阀，所述的第二开关阀被连接在所述的压力检测管线中和根据在所述的检测管线里的一氧化二氮的压力能操作打开大体上与所述的第一次提到的开关阀的开启同时发生，以便当该装置从用空气作为氧化剂转换到用一氧化二氮作为氧化剂时，能为燃烧器提供附加的燃料。

11、如权利要求5所述的装置，其中第二个先导阀串联连接在所述的压力检测管线里，所述的第二先导阀是一由气体压力操作的先导阀，一控制压力的连接从所述的第二先导阀连接到用于燃烧器的燃料源以检测供给所述的燃烧器的燃料至少最小压力的存在和仅在达到所述的最小压力才操作连结一氧化二氮的压力到所述的开关阀使燃烧器系统从空气转换到一氧化二氮。

12、如权利要求11所述的装置，其中提供了一个第三先导阀与第一次提到的先导阀串联连结和与所述的第二先导阀在所述的压力感测管线串联连结，和在那里被提供了一管道，顺流从所述的用于输送氧化剂的开关阀到燃烧器，一个在所述的管道里的控制阀用来控制氧化剂到燃烧器的流速，所述的第三先导阀是一由气体压力操作的先导阀和包括一控制压力的连结，连到从所述的控制阀顺流而来的所述的氧化剂管道上用以检测供应给所述的燃烧器的氧化剂的至少最小压力的存在和仅在达到所述的最小压力才能通过所述的检测管线连结一氧化二氮的压力到所述的开关阀以把燃烧器从空气转换到一氧化二氮。

13、如权要求12所述的装置包括一供应燃料到火焰原子吸收分光光度计的燃烧器的燃料供给系统，所述的燃料供给系统包括一主燃料通道和一副燃料通道，该副燃料通道被安排为当该系统转换到用一氧化二氮氧化剂操作时被开启以供应附加的燃料，该系统也包括有一连接在所述的副燃料管道里的第二开关阀，所述第二开关阀连接在所述的压力检测管线里和根据在所述的检测管线里的一氧化二氮的压力与所述的第一次提到的开关阀的开启大体上同时可操作的开启，在该装置从以空气作为氧化剂转换到以一氧化二氮作为氧化剂时，能得到附加的燃料。

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