激發(fā)裝置及發(fā)射光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種激發(fā)裝置及發(fā)射光譜儀。激發(fā)裝置包括用于盛裝待檢測液體的樣品槽、透明絕緣隔板和激發(fā)源。透明絕緣隔板設(shè)于樣品槽內(nèi)，并將待檢測液體隔離成第一部分液體和第二部分液體，該透明隔板設(shè)有貫通的毛細(xì)通道，第一部分液體和第二部分液體通過該毛細(xì)通道相互連通；激發(fā)源包括高壓電源和與該高壓電源相連的兩個高壓電極，兩個高壓電極分別設(shè)置于第一部分液體和第二部分液體內(nèi)，高壓電源啟動后能激發(fā)第一部分液體和第二部分液體形成第一液體電極和第二液體電極并產(chǎn)生發(fā)射光譜。本實用新型基于液體電極原理，體積小、檢測精度高。
【專利說明】激發(fā)裝置及發(fā)射光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及分析儀器領(lǐng)域，特別是一種用于檢測液體中金屬含量的激發(fā)裝置及發(fā)射光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平也有了迅猛提高。與此同時，由于人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動日益增多，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鉻等進(jìn)入大氣、水、土壤中，引起嚴(yán)重的環(huán)境污染；尤其是水質(zhì)中以各種化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)形態(tài)存在的重金屬，在進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后就會存留、積累和遷移，造成嚴(yán)重危害。
[0003]國內(nèi)外實驗室對金屬元素的檢測方法非常豐富，比如:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體法(ICP)、X熒光光譜法(XRF)、電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)等方法，基于這些原理設(shè)計的儀器也層出不窮，各種儀器高中低檔種類齊全，儀器廠商采用新技術(shù)又屢屢推出新儀器，極大地滿足了實驗室的測試需求。然而，隨著時代的發(fā)展，測試需求也從實驗室擴(kuò)展到了現(xiàn)場，要求也不僅僅為“準(zhǔn)確”，又延伸出了“快速”。這些新需求對儀器設(shè)計要求也非常高，儀器要走出實驗室，要小型或者便攜，基于這些傳統(tǒng)方法的設(shè)計逐漸顯露出弊端，支持便攜的新方法已漸漸成為當(dāng)前儀器設(shè)計的熱點。
[0004]國內(nèi)有些廠家在嘗試制作便攜化儀器，但仍然是基于原子吸收法原理的儀器，與其說便攜不如說小型化，并非現(xiàn)場測量的理想選擇。國外也有廠家設(shè)計生產(chǎn)了便攜式等離子體激發(fā)裝置及發(fā)射光譜儀，由電池供電，可用于現(xiàn)場測量；同時測量多種元素，檢測極限
0.1ppm?lOOppm，且操作簡單；但其關(guān)鍵問題在于其檢出能力差，無法滿足國標(biāo)中對飲用水、工業(yè)廢水、電鍍廢水等水質(zhì)中金屬的檢出要求(ppb級)，而且價格昂貴，故其應(yīng)用受到了限制。
[0005]電化學(xué)法是近年來發(fā)展較快的一種方法，它以經(jīng)典極譜法為依托，在此基礎(chǔ)上又衍生出示波極譜、陽極溶出伏安法等方法。電化學(xué)法的檢測限較低，測試靈敏度較高，在現(xiàn)場的金屬元素測量中，正逐步得到應(yīng)用。然而電化學(xué)法的缺點更加不能忽視，電極選擇性不高，易發(fā)生副反應(yīng)，降低電流效率；電極易形成吸附層和氧化膜，污損電極使電壓升高；電極在使用中需要經(jīng)常打磨而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的一個目的在于克服目前實驗室和現(xiàn)場金屬含量檢測裝置體積大、檢測精度低的不足，提供一種體積小、檢測精度高的發(fā)射光譜儀；
[0007]本實用新型的另一個目的在于提供一種用于本實用新型發(fā)射光譜儀的激發(fā)裝置。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提供一種激發(fā)裝置，包括用于盛裝待檢測液體的樣品槽、透明絕緣隔板和激發(fā)源。透明絕緣隔板設(shè)于所述樣品槽內(nèi)，并將所述待檢測液體隔離成第一部分液體和第二部分液體，該透明隔板設(shè)有貫通的毛細(xì)通道，所述第一部分液體和第二部分液體通過該毛細(xì)通道相互連通；激發(fā)源包括高壓電源和與該高壓電源相連的兩個高壓電極，所述兩個高壓電極分別設(shè)置于所述第一部分液體和第二部分液體內(nèi)，所述高壓電源啟動后能激發(fā)所述第一部分液體和第二部分液體形成第一液體電極和第二液體電極并產(chǎn)生發(fā)射光譜。
[0010]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述兩個高壓電極分別設(shè)置于所述毛細(xì)通道的兩個端部開口處。
[0011]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述高壓電源是直流電源、交流電源或者脈沖電源，電壓范圍為200?2000伏。
[0012]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述毛細(xì)通道的直徑為0.05mm?0.50mm。
[0013]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述透明隔板垂直設(shè)于所述樣品槽底壁。
[0014]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述透明絕緣隔板與所述樣品槽為一體成型結(jié)構(gòu)或者是分體組裝結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述激發(fā)裝置還包括直流富集電極，該直流富集電極包括設(shè)置在鄰近所述毛細(xì)通道位置的陰極以及設(shè)于遠(yuǎn)離所述陰極位置的至少一陽極。
[0016]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述陽極設(shè)于所述樣品槽內(nèi)或者設(shè)于所述樣品槽外并貼近所述樣品槽的周壁。
[0017]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述陰極設(shè)于所述毛細(xì)通道內(nèi)。
[0018]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述陽極的數(shù)目為一個，其設(shè)于所述待檢測液體上表面，所述毛細(xì)通道設(shè)于所述透明隔板的下端部。
[0019]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述陰極設(shè)于所述樣品槽外，并貼近所述樣品槽的底壁。
[0020]根據(jù)本實用新型的一個實施方式，所述陽極的數(shù)目為兩個，相對地設(shè)于所述待檢測液體內(nèi)，并分別貼近所述樣品槽的周壁。
[0021]根據(jù)本實用新型的另一方面，本實用新型提供一種發(fā)射光譜儀，包括用于產(chǎn)生金屬離子發(fā)射光譜的激發(fā)裝置、用于接收所述發(fā)射光譜并將該發(fā)射光譜分解為單色光的單色器以及用于接收并處理所需單色光的信號接收處理裝置。其中所述激發(fā)裝置是本實用新型所述的激發(fā)裝置。
[0022]由上述技術(shù)方案可知，本實用新型的優(yōu)點和積極效果在于:
[0023]本實用新型中，透明絕緣隔板將樣品槽中的待檢測液體隔離成兩部分，且該兩部分液體由一個毛細(xì)通道連通，樣品槽與毛細(xì)通道充滿導(dǎo)電的待檢測溶液。在兩部分待檢測液體中分別插入激發(fā)源的電極，在兩電極間施加高壓電源，在高壓電源的作用下，毛細(xì)通道內(nèi)產(chǎn)生氣泡，氣泡將毛細(xì)通道內(nèi)溶液斷開并形成間隙，兩部分待檢測液體形成兩個液體電極，該兩個液體電極在間隙處產(chǎn)生等離子體，待檢測液體中的雜質(zhì)元素濺射進(jìn)入等離子體，激發(fā)出發(fā)射光譜。因此本實用新型利用液體電極原理進(jìn)行檢測，檢測精度高。
[0024]而且本實用新型中的激發(fā)裝置僅包括樣品槽、透明絕緣隔板和激發(fā)源，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，不需要?dú)怏w保護(hù)，方便攜帶，便于現(xiàn)場快速測量；而且功耗低，節(jié)能環(huán)保。
[0025]進(jìn)一步地，本實用新型的激發(fā)裝置中還設(shè)有由陰極和陽極形成的直流富集電極，且陰極鄰近毛細(xì)通道，陽極遠(yuǎn)離毛細(xì)通道。因此，本實用新型中在激發(fā)發(fā)射光譜之前能先對待檢測液體中的重金屬離子進(jìn)行富集，根據(jù)實際需要，對金屬離子的富集能力可達(dá)幾倍到上百倍，甚至更高，顯著提高毛細(xì)通道內(nèi)金屬離子的濃度，因而大幅度提高了金屬離子的檢出能力，并進(jìn)一步提聞了本實用新型的檢測精度。
[0026]通過以下參照附圖對優(yōu)選實施例的說明，本實用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更加明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型激發(fā)裝置第一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實用新型激發(fā)裝置第一實施方式中形成液體電極的原理示意圖；
[0029]圖3是本實用新型激發(fā)裝置第二實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本實用新型激發(fā)裝置第三實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是本實用新型的發(fā)射光譜儀的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型的具體實施例。應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。
[0033]激發(fā)裝置實施方式I
[0034]如圖1所示，本實用新型激發(fā)裝置第一實施方式，包括樣品槽1、透明絕緣隔板2和激發(fā)源。
[0035]樣品槽I用于盛裝待檢測液體。該樣品槽I可以由絕緣材料例如石英玻璃等制成。樣品槽I的形狀不限，可以是空心長方體形、空心正方體形、圓筒形，等等。樣品槽I具有底壁11和周壁12。
[0036]透明絕緣隔板2設(shè)于樣品槽I內(nèi)，透明絕緣隔板2由透明且絕緣的材料制成，當(dāng)樣品槽I的材料與透明絕緣隔板2的材料相同時如均為石英玻璃，則透明絕緣隔板2與樣品槽I可以一體成型。當(dāng)然透明絕緣隔板2也可以是一個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，通過粘結(jié)等方式密封固定于樣品槽I內(nèi)。透明絕緣隔板2將樣品槽I內(nèi)的待檢測液體隔離成相互隔絕的第一部分液體和第二部分液體。透明絕緣隔板2可以垂直設(shè)于樣品槽I中間位置，以將樣品槽I中的液體分成體積相同的兩部分，當(dāng)然不以此為限。
[0037]該透明隔板2設(shè)有直徑為0.1Omm的貫通的毛細(xì)通道20，毛細(xì)通道20的直徑不以
0.1Omm為限，通常毛細(xì)通道20的直徑在0.05mm?0.50mm范圍內(nèi)均是可行的。另外還可以根據(jù)條件進(jìn)行相應(yīng)的改變，毛細(xì)通道20最大可達(dá)2.0Omm0第一部分液體和第二部分液體通過該毛細(xì)通道20相互連通。
[0038]激發(fā)源包括高壓電源80和與該高壓電源80相連的兩個高壓電極31。在該實施方式中，高壓電源80是電壓為1200伏的交流電源，當(dāng)然不以此為限，高壓電源也可以是直流電源或者脈沖電源，電壓范圍在200?2000伏范圍內(nèi)均是可行的。兩個高壓電極31分別設(shè)置于第一部分液體和第二部分液體內(nèi)，優(yōu)選地，兩個高壓電極31分別設(shè)置于毛細(xì)通道20的兩個端部開口處。
[0039]本實用新型激發(fā)裝置第一實施方式中，高壓電源80啟動后能激發(fā)第一部分液體和第二部分液體形成第一液體電極和第二液體電極并產(chǎn)生發(fā)射光譜。具體說明如下:
[0040]如圖2所示，第一部分液體和第二部分液體通過毛細(xì)通道20相互連通，當(dāng)向第一部分液體和第二部分液體之間施以高壓時，第一部分液體和第二部分液體受熱而產(chǎn)生氣泡。由于毛細(xì)通道20的直徑較小，因此毛細(xì)通道20內(nèi)的氣泡100將毛細(xì)通道20的液體斷開，進(jìn)而斷開了第一部分液體與第二部分液體連通的路徑。這時第一部分液體和第二部分液體便形成了液體電極，兩個液體電極在高壓電作用下在氣泡100處產(chǎn)生等離子體放電，從而產(chǎn)生金屬陽離子的發(fā)射光譜。
[0041]激發(fā)裝置實施方式2
[0042]如圖3所示，本實用新型激發(fā)裝置第二實施方式與第一實施方式的不同之處僅在于:激發(fā)裝置還包括直流富集電極，因此具有對待檢測液體中金屬陽離子的富集功能。
[0043]在該激發(fā)裝置第二實施方式中，直流富集電極包括陰極30和一個陽極40。
[0044]陰極30設(shè)于樣品槽I外并貼近樣品槽I的底壁11，并與透明隔板2相對應(yīng)。此時毛細(xì)通道20可以開設(shè)在透明隔板2的下端部接近陰極30的位置。
[0045]陽極40設(shè)于樣品槽I內(nèi)，并位于待檢測液體上表面。
[0046]當(dāng)陰極30和陽極40之間施加直流電壓時，則液體中的陽離子在陰極30側(cè)聚集，同時陰離子在陽極40側(cè)聚集，這樣陽離子能在毛細(xì)管道20內(nèi)聚集，形成較高的離子濃度，實現(xiàn)富集的目的。根據(jù)溶液的特點，可以選擇合適的富集倍數(shù)。富集倍數(shù)與直流電壓和富集時間有關(guān)，可以從幾倍到上百倍，甚至更高。例如，針對含Cd元素濃度為Ippb的溶液，直流電壓24伏、通電時間10秒可達(dá)到5倍富集。一般情況下，通電時間越長，電壓越大，可達(dá)到的富集倍數(shù)越高。
[0047]該激發(fā)裝置第二實施方式的其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，這里不再贅述。
[0048]激發(fā)裝置實施方式3
[0049]如圖4所示，本實用新型激發(fā)裝置第三實施方式與第二實施方式的不同之處僅在于:
[0050]陽極40的數(shù)目為兩個，相對地設(shè)于樣品槽I的待檢測液體內(nèi)，并貼近樣品槽I的周壁12 ;兩個陽極40也可以設(shè)于樣品槽I外并貼近樣品槽I的周壁12。毛細(xì)管道20設(shè)于透明隔板2中部，并對應(yīng)于兩個陽極40。陰極30設(shè)于毛細(xì)管道20內(nèi)。
[0051]實際使用中，陰極30和陽極40的位置，還可以有多種形式。為增強(qiáng)富集效果，二者盡量相互遠(yuǎn)離。同時保證陰極30在鄰近毛細(xì)管道20位置，以增加金屬陽離子在毛細(xì)管道20內(nèi)的濃度。
[0052]該激發(fā)裝置第三實施方式的其它結(jié)構(gòu)與第二實施方式相同，這里不再贅述。
[0053]發(fā)射光譜儀
[0054]如圖5所示，本實用新型發(fā)射光譜儀，激發(fā)裝置50、單色器60和信號接收處理裝置70。
[0055]激發(fā)裝置50是本實用新型的激發(fā)裝置，其能產(chǎn)生金屬陽離子發(fā)射光譜。
[0056]單色器60能接收發(fā)射光譜并將該發(fā)射光譜分解為單色光，從而將被測元素的特征譜線從復(fù)合光源中分離出來。單色器的類型可以是平面光柵單色器、凹面光柵單色器，也可以是中階梯光柵單色器。
[0057]信號接收處理裝置70包括檢測器和電路系統(tǒng)，檢測器類型可以是光電倍增管，也可以是固態(tài)探測器。信號接收處理裝置70能接收分解后的單色光，并以此進(jìn)行分析處理。
[0058]本實用新型發(fā)射光譜儀應(yīng)用雙液體電極激發(fā)等離子體發(fā)射光譜原理，啟動液體電極間的高壓，液體電極在毛細(xì)通道內(nèi)部發(fā)生等離子放電，從而產(chǎn)生金屬陽離子的發(fā)射光譜；發(fā)射光譜透過透明隔板2后進(jìn)入到單色器60，再由信號接收處理裝置70進(jìn)行處理，最終得出待檢測液體中金屬元素的類型和含量。
[0059]雖然已參照幾個典型實施例描述了本實用新型，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種激發(fā)裝置，其特征在于，包括: 樣品槽(I)，用于盛裝待檢測液體； 透明絕緣隔板(2)，設(shè)于所述樣品槽(I)內(nèi)，并將所述待檢測液體隔離成第一部分液體和第二部分液體，該透明隔板(2)設(shè)有貫通的毛細(xì)通道(20)，所述第一部分液體和第二部分液體通過該毛細(xì)通道(20)相互連通；以及 激發(fā)源，包括高壓電源和與該高壓電源相連的兩個高壓電極，所述兩個高壓電極分別設(shè)置于所述第一部分液體和第二部分液體內(nèi)，所述高壓電源啟動后能激發(fā)所述第一部分液體和第二部分液體形成第一液體電極和第二液體電極并產(chǎn)生金屬陽離子發(fā)射光譜。
2.如權(quán)利要求1所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述兩個高壓電極分別設(shè)置于所述毛細(xì)通道(20)的兩個端部開口處。
3.如權(quán)利要求1所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述高壓電源是直流電源、交流電源或者脈沖電源，電壓范圍為200?2000伏。
4.如權(quán)利要求1所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述毛細(xì)通道(20)的直徑為0.05_?0.50mmo
5.如權(quán)利要求1所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述透明隔板(2)垂直設(shè)于所述樣品槽(I)底壁。
6.如權(quán)利要求1所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述透明絕緣隔板(2)與所述樣品槽(I)為一體成型結(jié)構(gòu)或者是分體組裝結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述激發(fā)裝置還包括直流富集電極，該直流富集電極包括: 陰極(30)，設(shè)置在鄰近所述毛細(xì)通道(20)位置；以及 至少一陽極(40)，設(shè)于遠(yuǎn)離所述陰極(30)的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述陽極(40)設(shè)于所述樣品槽(I)內(nèi)或者設(shè)于所述樣品槽(I)外并貼近所述樣品槽的周壁。
9.如權(quán)利要求7所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述陰極(30)設(shè)于所述毛細(xì)通道(20)內(nèi)。
10.如權(quán)利要求7所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述陽極(40)的數(shù)目為一個，其設(shè)于所述待檢測液體上表面，所述毛細(xì)通道(20)設(shè)于所述透明隔板(2)的下端部。
11.如權(quán)利要求9所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述陰極(30)設(shè)于所述樣品槽(I)夕卜，并貼近所述樣品槽(I)的底壁。
12.如權(quán)利要求7所述的激發(fā)裝置，其特征在于，所述陽極(40)的數(shù)目為兩個，相對地設(shè)于所述待檢測液體內(nèi)，并分別貼近所述樣品槽(I)的周壁。
13.—種發(fā)射光譜儀，包括用于產(chǎn)生金屬離子發(fā)射光譜的激發(fā)裝置(50)、用于接收所述發(fā)射光譜并將該發(fā)射光譜分解為單色光的單色器(60)以及用于接收并處理所需單色光的信號接收處理裝置(70)，其特征在于，所述激發(fā)裝置(50)是如權(quán)利要求1-12中任一項所述的激發(fā)裝置。
【文檔編號】G01N21/69GK203587506SQ201320740607
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】田禾, 宋雅東, 劉平, 崔維兵, 奚曉照, 樊后鴻 申請人:北京普析通用儀器有限責(zé)任公司