封閉式原子化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于便攜式原子熒光光譜儀的封閉式原子化系統(tǒng)，包括原子化室，所述原子化室的上方安裝有尾氣排放口，光學窗安裝于所述原子化室的側(cè)壁上，原子化器安裝于所述原子化室內(nèi)部，所述原子化器的上邊緣比所述光學窗的中心點低，原子化室氣體入口伸出所述原子化室的側(cè)壁外，用于與原子熒光光譜儀的氣液分離器出氣口相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，對工作在野外環(huán)境復(fù)雜多變的便攜式原子熒光光譜儀具有較佳的應(yīng)用前景。
【專利說明】封閉式原子化系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子化系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及用于現(xiàn)場檢測的便攜式原子熒光光譜儀的原子化系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]原子熒光光譜儀作為痕量及超痕量分析儀器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在食品安全、環(huán)境監(jiān)測、地礦冶金等領(lǐng)域，其檢測原理如下:
[0003](I)待測樣品的酸性溶液與堿性硼氫化鉀溶液混合后反應(yīng)，生成大量的氫氣和待測元素的氣態(tài)物質(zhì)，例如砷元素生成砷化氫氣體，硒元素生成硒化氫氣體。
[0004](2)氫氣和待測元素的氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)過氣液分離后進入原子化器；
[0005](3)氫氣在傳輸在原子化器的上方時被點燃,形成IS氫混合火焰，同時待測兀素的氣態(tài)物質(zhì)在氬氫火焰中分解為基態(tài)原子，完成原子化過程；
[0006](4)氬氫火焰中的基態(tài)原子在特征元素空心陰極燈的輻射下，其外層電子吸收特定波長的光能量發(fā)生共振躍遷，生成原子熒光。
[0007](5)原子熒光被光電探測系統(tǒng)接收，經(jīng)過放大和后續(xù)信號處理后，根據(jù)原子熒光的信號強弱就可以定量計算出待測元素的濃度，從而達到定量檢測痕量及超痕量金屬元素的目的。
[0008]原子化系統(tǒng)是原子熒光檢測過程中關(guān)鍵要素之一，承擔著將待測元素的氣態(tài)物質(zhì)原子化的重要作用。原子化系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定與否直接決定了原子熒光檢測結(jié)果的可靠性。決定原子化系統(tǒng)穩(wěn)定性的兩個關(guān)鍵要素是氬氫火焰和尾氣排放系統(tǒng)。在原子化器正上方氬氫火焰的中心位置上，基態(tài)原子密度最大，生成的原子熒光強度也最大，是原子熒光的最佳觀測位置。氬氫火焰的穩(wěn)定對于原子熒光分析結(jié)果的準確性起著至關(guān)重要的作用，當氬氫火焰發(fā)生波動時，氬氫火焰的中心偏離光源的光路，輻射光源的有效利用率大幅下降，從而導(dǎo)致原子熒光強度急劇下降，影響分析結(jié)果的準確性。
[0009]在實驗室中運行的原子熒光光譜儀普遍采用環(huán)境空氣向原子化室內(nèi)部自由擴散的形式，為氬氫火焰的燃燒提供助燃空氣，助燃空氣的補充自動完成。由于實驗室的環(huán)境相對穩(wěn)定，因此氬氫火焰也就相對穩(wěn)定。但是，如果原子熒光光譜儀走出實驗室，來到環(huán)境復(fù)雜多變的野外分析現(xiàn)場，上述通過自然擴散提供助燃空氣的方式則會嚴重影響氬氫火焰的穩(wěn)定，進而影響原子熒光分析結(jié)果的準確性。
[0010]在實驗室中工作的原子熒光光譜儀，一般均采用獨立的排風系統(tǒng)抽取分析過程中產(chǎn)生廢氣。原子熒光光譜儀的原子化室內(nèi)部氣體通過排風系統(tǒng)抽取并排放至大氣中時,抽取氣體的流量是一個影響氬氫火焰穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。當抽取氣體流量過大時，氬氫火焰的會變得更高更細，同時劇烈抖動，原子熒光光譜儀的分析靈敏度急劇下降，同時分析結(jié)果的重復(fù)性也變得更差。當抽取氣體流量過小時，氬氫火焰的穩(wěn)定性不會受到影響，但會導(dǎo)致廢氣無法有效排出，進而污染實驗室環(huán)境，損害人體健康。對于在野外分析現(xiàn)場工作的便攜式原子熒光光譜儀而言，由于功耗、體積、重量以及在實際運行上的問題，因此實驗室中使用的排風系統(tǒng)已經(jīng)不適用于便攜式原子熒光光譜儀。
[0011]目前還未見有關(guān)于封閉式原子化系統(tǒng)的報道和專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于:提供一種用于便攜式原子熒光光譜儀的封閉式原子化系統(tǒng)。
[0013]為此，本發(fā)明的一種封閉式原子化系統(tǒng)，包括原子化室，所述原子化室的上方安裝有尾氣排放口，光學窗安裝于所述原子化室的側(cè)壁上，原子化器安裝于所述原子化室內(nèi)部，所述原子化器的上邊緣比所述光學窗的中心點低，原子化室氣體入口伸出所述原子化室的側(cè)壁外，用于與原子熒光光譜儀的氣液分離器出氣口相連。
[0014]其中，所述尾氣排放口上安裝有渦輪風扇，所述渦輪風扇的出氣口與尾氣凈化管相連接。
[0015]其中，所述渦輪風扇抽取氣體的風量為I?30CFM，風壓為I?50mmH20。
[0016]其中，差壓傳感器安裝于所述原子化室的側(cè)壁上，所述差壓傳感器的端口 A深入到所述原子化室的內(nèi)部，端口 B置于所述原子化室的外部，所述差壓傳感器與所述渦輪風扇電連接。
[0017]其中，所述差壓傳感器的安裝高度介于所述尾氣排放口和所述光學窗之間，測量范圍為-100 ?IOOmmH2Ot5
[0018]其中，所述光學窗為多個，且均勻排布于所述原子化室的側(cè)壁上。
[0019]其中，所述光學窗為直徑為5?30mm的圓形石英雙凸透鏡。
[0020]其中，所述原子化器的上邊緣比所述光學窗的中心點低5?15mm。
[0021]其中，所述原子化室為圓筒狀，內(nèi)徑為20?100mm，所述原子化器安裝于所述原子化室內(nèi)部的中軸線位置。
[0022]其中，還包括空氣管，所述空氣管的一端為空氣出氣口，設(shè)于所述原子化器的下方，所述空氣出氣口向下，所述空氣管的另一端為空氣進氣口，用于與空氣源相連接。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:采用封閉式原子化室的設(shè)計，空氣源為氬氫火焰的燃燒提供穩(wěn)定的助燃氣，解決了野外復(fù)雜多變的環(huán)境因素影響氬氫火焰穩(wěn)定性的問題；以安裝于原子化室上方的渦輪風扇和尾氣凈化管作為尾氣排放系統(tǒng)，渦輪風扇根據(jù)原子化室內(nèi)外部的壓力差選擇合適的轉(zhuǎn)速抽取原子化室中產(chǎn)生的廢氣，解決了原子熒光光譜儀廢氣排放的現(xiàn)場化問題；利用光學窗作為激發(fā)光源的入光口和原子熒光的出光口，兼顧了原子化室的密封和原子熒光光路系統(tǒng)的設(shè)計。
[0024]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，對工作在野外環(huán)境復(fù)雜多變的便攜式原子熒光光譜儀具有較佳的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]附圖標記說明
[0027]1-原子化室；2_尾氣排放□ ;3_渦輪風扇；4_尾氣凈化管；5_光學窗；6_原子化器；7-空氣出氣口 ；8_空氣進氣口 ；9-電磁閥；10_原子化器氣體入口 ；11_差壓傳感器?！揪唧w實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的形狀、構(gòu)造以及特點能夠更好地被理解，以下將列舉較佳實施例并結(jié)合附圖進行詳細說明。
[0029]如圖1所示，一種用于便攜式原子熒光光譜儀的封閉式原子化系統(tǒng)，包括原子化室1、尾氣排放口 2、渦輪風扇3、尾氣凈化管4、光學窗5、原子化器6、空氣出氣口 7、空氣進氣口 8、電磁閥9、原子化器氣體入口 10和差壓傳感器11。
[0030]所述原子化室I的上方依次安裝尾氣排放口 2和渦輪風扇3。所述渦輪風扇3的出氣口與尾氣凈化管4相連接。
[0031]所述差壓傳感器11安裝于原子化室I的側(cè)壁上，安裝高度介于尾氣排放口 2和光學窗5之間，其端口 A深入到原子化室I的內(nèi)部I?10mm，端口 B置于原子化室I的外部。所述差壓傳感器11與渦輪風扇3電連接，渦輪風扇3根據(jù)差壓傳感器11檢測到的原子化室I內(nèi)外部的壓力差自動選擇合適的轉(zhuǎn)速，抽取原子化室I中產(chǎn)生的廢氣。
[0032]所述光學窗5安裝于原子化室I的側(cè)壁上，所述光學窗5可以為多個,所述多個光學窗5在原子化室I側(cè)壁的圓周上均勻排布，安裝高度介于差壓傳感器11的端口 A的下邊緣和原子化器6的上邊緣之間。所述多個光學窗5在本實施例中為八個。
[0033]所述原子化器6安裝于原子化室I內(nèi)部的中軸線位置，原子化器6的上邊緣比光學窗5的中心點低5?15mm。所述原子化室氣體入口 10伸出原子化室I的側(cè)壁外，與原子熒光光譜儀的氣液分離器出氣口相連。
[0034]空氣管的一端為所述空氣出氣口 7，設(shè)于原子化室I內(nèi)部的中軸線位置，且處于原子化器6的下方，所述空氣出氣口 7向下?？諝夤艿牧硪欢藶榭諝膺M氣口 8，通過所述電磁閥9與空氣源相連接。
[0035]所述原子化室I為圓筒狀，內(nèi)徑為20?100mm。
[0036]所述渦輪風扇3抽取氣體的風量為I?30CFM，風壓為I?50mmH20。
[0037]所述差壓傳感器11的測量范圍為-100?IOOmmH2Ot5
[0038]所述光學窗5為直徑為5?30mm圓形石英片。
[0039]更進一步地，所述光學窗5為直徑為5?30mm圓形石英雙凸透鏡。
[0040]所述原子化室I的內(nèi)壁加工有消光螺紋并采用亞光發(fā)黑處理。
[0041]所述電磁閥9為常開型，即在斷電狀態(tài)下，電磁閥處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0042]上述用于便攜式原子熒光光譜儀的封閉式原子化系統(tǒng)，分析模式為火焰法時，其工作過程舉例說明如下。
[0043](I)經(jīng)過氣液分離后的待測元素的氣態(tài)物質(zhì)、氫氣和氬氣自原子化器氣體入口 10進入原子化器6 ;同時空氣源提供的空氣以既定流量依次經(jīng)過電磁閥9、空氣進氣口 8和空氣出氣口 7進入原子化室1，為氬氫火焰的燃燒提供助燃空氣。
[0044](2)氫氣在原子化器6上方被點燃,形成穩(wěn)定的IS氫火焰，待測兀素的氣態(tài)物質(zhì)在氬氫火焰中生成基態(tài)原子。
[0045](3) 一個或多個激發(fā)光源的輻射光透過光學窗5，照射在基態(tài)原子上，生成原子熒光。
[0046](4)生成的原子熒光透過光學窗5，被光電檢測系統(tǒng)所接收，經(jīng)過放大和后續(xù)信號處理后，根據(jù)原子熒光的信號強弱就可以定量計算出待測元素的濃度。
[0047](5)在氬氫火焰燃燒的過程中，渦輪風扇3根據(jù)差壓傳感器11反饋的原子化室I內(nèi)外的壓力差自動選擇合適的轉(zhuǎn)速抽取廢氣，使原子化室I內(nèi)部維持在一個穩(wěn)定的正壓狀態(tài)，確保既能穩(wěn)定氬氫火焰又能有效排除廢氣。
[0048](6)渦輪風扇3抽取的廢氣通過尾氣凈化管4后排放至空氣中。
[0049]上述用于便攜式原子熒光光譜儀的封閉式原子化系統(tǒng)，分析模式為冷原子法時，其工作過程舉例說明如下。
[0050](I)經(jīng)過氣液分離后的待測元素的原子態(tài)物質(zhì)、微量氫氣和氬氣自原子化器氣體入口進入原子化器；冷原子法分析狀態(tài)下不需要形成氬氫火焰，空氣源不再提供空氣，同時電磁閥關(guān)閉。
[0051](2)待測元素的原子態(tài)物質(zhì)流動至原子化器上方時，形成一個形狀類似于氬氫火焰，但是肉眼不可視的原子云。
[0052](3) 一個或多個激發(fā)光源的輻射光透過光學窗5，照射在基態(tài)原子上，生成原子熒光。
[0053](4)生成的原子熒光透過光學窗5，被光電檢測系統(tǒng)所接收，經(jīng)過放大和后續(xù)信號處理后，根據(jù)原子熒光的信號強弱就可以定量計算出待測元素的濃度。
[0054](5)在檢測過程中，渦輪風扇3根據(jù)差壓傳感器11反饋的原子化室I內(nèi)外的壓力差自動選擇合適的轉(zhuǎn)速抽取廢氣，使原子化室I內(nèi)部維持在一個穩(wěn)定的正壓狀態(tài)，確保既能穩(wěn)定原子云又能有效排除廢氣。
[0055](6)渦輪風扇3抽取的廢氣通過尾氣凈化管4后排放至空氣中。
[0056]本發(fā)明通過空氣源輸入封閉式原子化室的設(shè)計，解決了野外復(fù)雜多變的環(huán)境因素影響氬氫火焰穩(wěn)定性的問題；以直接安裝于原子化器上方的渦輪風扇作為排風系統(tǒng)，根據(jù)差壓傳感器反饋的壓差數(shù)據(jù)實時調(diào)整原子化室內(nèi)的壓力穩(wěn)定，在確?；鹧娣€(wěn)定的前提下，有效排出分析過程中生成的廢氣；以光學窗作為激發(fā)光源的入光口和原子熒光的出光口，可以滿足原子熒光任意光路系統(tǒng)的設(shè)計要求，同時又保證了原子化室的密封型。本發(fā)明以封閉式原子化系統(tǒng)的設(shè)計解決了了原子熒光光譜儀現(xiàn)場檢測時氬氫火焰不穩(wěn)定和廢氣排放問題，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，自動化程度高，完全能夠滿足便攜式原子熒光光譜儀現(xiàn)場快速檢測的要求，確保分析結(jié)果準確可靠，具有較佳的應(yīng)用和推廣價值。
[0057]以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，包括原子化室，所述原子化室的上方安裝有尾氣排放口，光學窗安裝于所述原子化室的側(cè)壁上，原子化器安裝于所述原子化室內(nèi)部，所述原子化器的上邊緣比所述光學窗的中心點低，原子化室氣體入口伸出所述原子化室的側(cè)壁夕卜，用于與原子熒光光譜儀的氣液分離器出氣口相連。
2.如權(quán)利要求1所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述尾氣排放口上安裝有渦輪風扇，所述渦輪風扇的出氣口與尾氣凈化管相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪風扇抽取氣體的風量為I?30CFM，風壓為I?50mmH20。
4.如權(quán)利要求2所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，差壓傳感器安裝于所述原子化室的側(cè)壁上，所述差壓傳感器的端口 A深入到所述原子化室的內(nèi)部，端口 B置于所述原子化室的外部，所述差壓傳感器與所述渦輪風扇電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述差壓傳感器的安裝高度介于所述尾氣排放口和所述光學窗之間，測量范圍為-100?IOOmmH2Ot5
6.如權(quán)利要求1所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述光學窗為多個，且均勻排布于所述原子化室的側(cè)壁上。
7.如權(quán)利要求1所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述光學窗為直徑為5?30mm的圓形石英雙凸透鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述原子化器的上邊緣比所述光學窗的中心點低5?15mm。
9.如權(quán)利要求1所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，所述原子化室為圓筒狀，內(nèi)徑為20?100mm，所述原子化器安裝于所述原子化室內(nèi)部的中軸線位置。
10.如權(quán)利要求1所述的封閉式原子化系統(tǒng)，其特征在于，還包括空氣管，所述空氣管的一端為空氣出氣口，設(shè)于所述原子化器的下方，所述空氣出氣口向下，所述空氣管的另一端為空氣進氣口，用于與空氣源相連接。
【文檔編號】G01N21/64GK103983620SQ201310049425
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】梁敬, 王慶, 陳璐, 董芳, 侯愛霞, 楊名名, 張錦茂 申請人:北京瑞利分析儀器有限公司