樣品原子化器和樣品分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上設(shè)及通過(guò)霧化（nebulization)和暴露于等離子體W使樣品材料原 子化，其可進(jìn)行用于電子激發(fā)和/或電離樣品材料W備分析。
【背景技術(shù)】
[0002] 某些分析儀器要求使液體樣品霧化（汽化），即轉(zhuǎn)變?yōu)闅忪F（細(xì)小的噴霧或薄 霧），然后分解成原子W備分析。因此，霧化器（典型地，氣動(dòng)輔助的）常常是發(fā)光光譜儀 (0ES，也稱為原子發(fā)射光譜儀或AE巧或質(zhì)譜儀（M巧的樣品引入系統(tǒng)的一部分。來(lái)自霧化 器的氣霧導(dǎo)入由常常配置成流經(jīng)過(guò)的噴嘴的等離子體源所生成的等離子體羽。等離子體典 型地是電感禪合等離子體（I(P)或微波誘導(dǎo)等離子體（MIP)。暴露于等離子體使樣品分子 分解為原子。
[0003] 在等離子體中，樣品原子重復(fù)地失去電子（被電離）并與電子重新組合。在此過(guò) 程期間，原子W它們的元素特性的波長(zhǎng)特征發(fā)射電磁福射（光）。在OES中，運(yùn)種光通過(guò)光 學(xué)器件集中和聚焦并導(dǎo)向至分析儀，分析儀例如可W包括衍射光柵。分析儀在光譜上將光 分解成其成分波長(zhǎng)，使光在每個(gè)波長(zhǎng)上的強(qiáng)度（波長(zhǎng)的各自豐度）能夠由光學(xué)檢測(cè)器加W 測(cè)量。于是OES系統(tǒng)將運(yùn)樣獲取的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為原子發(fā)射線的譜。每條線的強(qiáng)度指示樣品的 對(duì)應(yīng)元素的濃度（consentration)(豐度）。
[0004] 在MS中，樣品原子的離子從等離子體源中抽取并作為離子束導(dǎo)向至質(zhì)量分析儀。 質(zhì)量分析儀施加時(shí)變電場(chǎng)或電場(chǎng)和磁場(chǎng)的組合W基于不同類(lèi)型離子的質(zhì)量-電荷（m/z) 比在光譜上分解運(yùn)些不同類(lèi)型的離子，使離子檢測(cè)器能夠?qū)o定m/z比的每類(lèi)離子進(jìn)行計(jì) 數(shù)。然后MS系統(tǒng)將運(yùn)樣獲取的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為質(zhì)譜（m/z比）峰（m/z比的各自豐度）的譜。每 個(gè)峰的強(qiáng)度指示樣品的對(duì)應(yīng)元素的濃度（豐度）。
[0005] 一般而言，各種類(lèi)型的分析霧化器、等離子體源、OES儀器和MS儀器的結(jié)構(gòu)和操作 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，因此運(yùn)里僅在必要時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要描述W便理解所公開(kāi) 的主題。
[0006] 除了分析物（對(duì)其尋找數(shù)據(jù)的樣品原子或離子）之外，液體樣品可W包含高濃度 的溶解鹽（例如，諸如海水樣品中的金屬鹽）或全溶解固體（TDS)。在氣體輔助霧化器中將 液體樣品轉(zhuǎn)變成液滴的過(guò)程期間，鹽或溶解固體可W從溶液中沉淀下來(lái)并積聚在霧化器的 任一口，樣品材料流經(jīng)該口，該口例如是霧化器的流出口。隨著時(shí)間推移，更多的沉淀物形 成并最終堵塞流出口或其它口，并且霧化器停止工作，結(jié)果中斷了相關(guān)聯(lián)的分析系統(tǒng)的操 作。一旦檢測(cè)到堵塞，系統(tǒng)的操作員必須關(guān)閉系統(tǒng)并移走霧化器去清洗。
[0007] 作為示例，氣體輔助的霧化器常常具有同屯、的配置，在該配置中，大量液體樣品流 經(jīng)中屯、管（或毛細(xì)管）并且霧化氣（例如氣、氮等）流經(jīng)圍繞中屯、管的外管。在中屯、管的 出口形成彎月面，大量液體樣品從出口離開(kāi)。當(dāng)彎月面變得足夠大時(shí)，彎月面的表面暴露于 通過(guò)中屯、管的出口流動(dòng)的氣體。當(dāng)氣體的力量足夠強(qiáng)大并且彎月面的表面足夠大到克服液 體的表面張力時(shí)，液滴從彎月面拉出。諸如運(yùn)一類(lèi)型的傳統(tǒng)霧化器具有提供其中液體停滯 且不暴露于通過(guò)中屯、管出口流動(dòng)的氣體的位置的特征。隨著時(shí)間推移，液體中鹽或溶解固 體的濃度可W增加至鹽或溶解固體從溶液中沉淀的點(diǎn)。一旦運(yùn)一過(guò)程開(kāi)始，沉淀形成增加 并最終將出現(xiàn)堵塞。
[0008] 一種最小化堵塞的方式是稀釋液體樣品并由此降低鹽或固體的濃度，例如像是在 美國(guó)專利號(hào)7671329中所描述的那樣，其內(nèi)容的整體通過(guò)引用的方式并入在本文中。然而， 稀釋可能降低所獲取的測(cè)量信號(hào)并減小光譜儀或其它分析儀器的靈敏度。
[0009] 因此，需要W不要求稀釋液體樣品的方式最小化堵塞的分析霧化器、樣品原子化 器及相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 為了全部或部分解決前述問(wèn)題和/或可能已被本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)的其它問(wèn)題， 本公開(kāi)提供通過(guò)示例方式在W下闡述的各實(shí)施方案中描述的方法、處理、系統(tǒng)、設(shè)備、儀器 和/或裝置。
[0011] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于從液體樣品中產(chǎn)生氣霧的方法包括：提供霧化器，該霧 化器包括終止于第一霧化器出口的第一霧化器管和同軸圍繞第一霧化器管并終止于第二 霧化器出口的第二霧化器管；使載氣流經(jīng)第二霧化器管；使液體樣品流經(jīng)第一霧化器管， W使液體樣品變得在載氣中被帶走且分解成液滴而形成氣霧；使氣霧從第二霧化器出口流 出，其中第一霧化器出口包括睹變邊緣，在該邊緣處，第一霧化器管的內(nèi)徑基本等于第一霧 化器管的外徑，使得睹變邊緣防止來(lái)自液體樣品的沉淀物積聚在第一霧化器出口。
[0012] 根據(jù)另一實(shí)施例，液體樣品包括高濃度的溶解鹽或溶解固體材料，其中睹變邊緣 防止鹽或固體材料的沉淀物積聚在第一霧化器出口。
[0013] 根據(jù)另一實(shí)施例，用于原子化液體樣品的方法包括：根據(jù)運(yùn)里公開(kāi)的方法中的任 一方法產(chǎn)生氣霧；生成等離子體；將氣霧注入等離子體。
[0014] 根據(jù)另一實(shí)施例，用于原子化液體樣品的方法包括：霧化液體樣品W產(chǎn)生氣霧，途 徑是使載氣流經(jīng)霧化器，并使液體樣品流經(jīng)霧化器使得液體樣品變得在載氣中被帶走且分 解成液滴W形成氣霧，其中：霧化器包括終止于第一霧化器出口的第一霧化器管和同軸圍 繞第一霧化器管并終止于第二霧化器出口的第二霧化器管的霧化器；使液體樣品流經(jīng)第一 霧化器管，使載氣流經(jīng)第二霧化器管，并且氣霧從第二霧化器出口發(fā)出；第一霧化器出口包 括睹變邊緣，在該邊緣處，第一霧化器管的內(nèi)徑基本等于第一霧化器管的外徑，使得睹變邊 緣防止來(lái)自液體樣品的沉淀物積聚在第一霧化器出口；并且進(jìn)一步包括：生成等離子體； 將氣霧注入等離子體。
[0015] 根據(jù)一些實(shí)施例，生成等離子體包括生成電感禪合等離子體或微波誘導(dǎo)等離子 體。
[0016] 根據(jù)另一實(shí)施例，用于分析液體樣品的方法包括：根據(jù)運(yùn)里公開(kāi)的方法中的任一 方法原子化液體樣品W產(chǎn)生樣品原子；測(cè)量樣品原子的屬性。
[0017] 根據(jù)另一實(shí)施例，樣品原子包括：霧化器，該霧化器包括：第一霧化器管，其限定 第一流體路徑，并且包括內(nèi)徑、外徑和第一霧化器出口，第一霧化器出口包括所述內(nèi)徑基本 等于所述外徑的睹變邊緣；第二霧化器管，其同軸地圍繞所述第一霧化器管，并限定環(huán)形橫 截面的第二流體路徑，第二霧化器管包括第二霧化器出口，其定位為使得所述第一流體路 徑并入所述第二流體路徑。所述樣品原子化器還包括：等離子體源，其包括與所述第二霧化 器出口連通的樣品入口、等離子體形成氣體入口、配置成用于在等離子體源中生成等離子 體的能量源。
[0018] 根據(jù)一些實(shí)施例，所述霧化器可W配置為氣體動(dòng)態(tài)虛擬噴管。
[0019] 根據(jù)另一實(shí)施例，樣品分析系統(tǒng)包括：根據(jù)本文公開(kāi)的實(shí)施例中的任一實(shí)施例的 樣品原子化器；配置成從通過(guò)所述樣品原子化器產(chǎn)生的樣品原子獲取數(shù)據(jù)的分析儀器。
[0020] 在一些實(shí)施例中，所述分析儀器是或包括光譜儀，例如質(zhì)譜儀或發(fā)光光譜儀。
[0021] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，一旦研究了下面的附圖和【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的其 它裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明白。旨在所有運(yùn)種另外的系統(tǒng)、方法、特 征和優(yōu)點(diǎn)都包括在本說(shuō)明書(shū)內(nèi)、本發(fā)明的范圍內(nèi)、并受所附權(quán)利要求的保護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 本發(fā)明通過(guò)參考下面的附圖將會(huì)更好地得到理解。附圖中的組成部分不一定按比 例，而是重點(diǎn)置于說(shuō)明本發(fā)明的原理。在附圖中，貫穿不同的視圖，同樣的附圖標(biāo)記指代對(duì) 應(yīng)的部分。
[0023] 圖1是具有已知同屯、配置的傳統(tǒng)霧化器的示例的末梢（尖端）部分的示意性橫截 面視圖。
[0024] 圖2是根據(jù)本公開(kāi)的一些實(shí)施例的霧化器的示例的末梢（尖端）部分的示意性橫 截面視圖。
[00巧]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的樣品分析系統(tǒng)的示例示意性視圖。
[0026] 圖4是根據(jù)一些實(shí)施例的等離子體源的示例的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在本公開(kāi)的上下文中，為了方便起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)"液體"涵蓋溶液，還涵蓋固體顆粒存在 于液體中的懸浮液。
[0028] 在本公開(kāi)的上下文中，術(shù)語(yǔ)"原子化"是指將分子分解為原子。"原子化"液體樣品 需要霧化液體樣品W形成氣霧，然后將氣霧暴露于等離子體。
[0029] 在本公開(kāi)的上下文中，"液體樣品"包括液體基質(zhì)（matrix)中溶解或否則攜載的一 種或多種不同類(lèi)型的感興趣的分析物（例如金屬）。液體基質(zhì)可W是或包括水和/或其它 溶劑，諸如鹽和/或全溶固體（TD巧之類(lèi)的可溶材料，并還可W包括不是分析興趣的其它化 合物。
[0030] 在本文公開(kāi)的某些實(shí)施例中，液體樣品可W包括高濃度的溶解鹽和/或TDS。一般 地，"高"濃度是指溶解鹽和/或TDS的濃度足夠高W導(dǎo)致分析霧化器（特別是作為發(fā)光光 譜儀（OE巧或質(zhì)譜儀（M巧系統(tǒng)的一部分操作的霧化器）在正常操作期間的堵塞。高濃度 的一個(gè)示例（并非限制本文所公開(kāi)主題的寬泛的各方面）是1000 ppm或更高的溶解鹽和/ 或TDS的濃度。在另一示例中，海水具有約4%的鹽濃度。
[0031] 圖1是具有已知同屯、配置的傳統(tǒng)霧化器100的示例的末梢（尖端）部分的示意性 橫截面視圖。霧化器100包括：中