超声雾化器制造技术

本发明专利技术属光谱分析用超声雾化进样装置。结构包括雾室（１），其上接通进样管（２）、进气管（３）、排液管（４）、液面水平管（１６）及底端装谐振膜（１４）；超声发生电路（１０）；耦合室（１１）内装有耦合水（１２）和流水冷却管（１３）。超声波由换能器（５）产生，通过耦合水传导给谐振膜（１４），使样品溶液（１５）雾化。本发明专利技术由于进样量大且液面恒定，耦合水温度低而稳定，使雾化效率高且稳定性好；由于不需加空气冷却器，减少了稳频装置和保护装置而造价降低。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属一种原子光谱中所采用的进样装置，特别涉及一种超声雾化的装置。在原子光谱检测器中，进样技术一直是制约灵敏度提高的一个重要因素。目前，经常使用的进样技术主要是样品溶液的雾化进样。样品溶液雾化方法主要是气动雾化和超声雾化。跟本专利技术最为相近的装置是目前的商品超声雾化器(如CETAC公司的UT5000)，其结构可参见图1。现有技术的超声雾化器由雾化去溶单元和控制单元18组成。其中，雾化去溶单元包括有雾室1，其上开口接有进样管2、进气管3及排液管4，雾室1的一端装有竖直放置的换能器5，另一端顺次接有加热管6和冷凝管8。进样管2的在雾室1外一端接有蠕动泵，以便泵入样品溶液，另一端在雾室1内靠近换能器5，使样品溶液在换能器5上流动并被雾化。进气管3进入的载气能将雾化了的样品溶液经加热管6带出雾室1，经加热带7加热和冷凝管8冷凝除去溶剂，使干气溶胶进入光谱仪被检测。排液管4将未被雾化的废液由此排出雾室1。换能器5由谐振片和保护片构成，谐振片的中间一层为压电晶体或压电陶瓷，两侧面有金属膜。谐振片与超声波发生电路电源接通，可产生超声波而使样品溶液雾化。由于有些样品溶液具有腐蚀性，所以，在谐振片的金属膜外，再加有抗酸碱腐蚀的保护片。谐振片在工作时会有部分能量转化为热能，由于流动在谐振片上的样品溶液非常少，雾室1外的一面还装有空气散热片9。其中的控制单元18主要由电路构成，包括超声发生电路、超声稳频电路和超声反馈保护电路。为了得到较好的雾化稳定性能，一方面要进样连续均匀，另一方面要求产生的超声波频率稳定，所以控制单元中有超声稳频电路。为了减小由于冷却不充分引起换能器5失常，须在电路上采用严格的保护措施，如加装保护电路。现有技术具有雾化效率较高，可以大大提高光谱仪的灵敏度(跟气动雾化的效率1～3％相比，能提高一个数量级，雾化效率达10～35％)、操作简便及连续进样等优点。但是，由于样品溶液的进样量小、对换能器采用空气冷却及冷却效果差等，因此，现有雾化技术具有如下几个缺点雾化效率还不够高，雾化稳定性较气动雾化差，由于控制单元繁杂，不仅设备体积大，而且造价很高，购一台这种超声雾化器需要1.2-2.0万美元。本专利技术的目的在于克服现有技术如上缺点，改变超声耦合的方式和进样方式，使雾化稳定性好，雾化效率达40～50％，并且降低成本。为了实现本专利技术的目的，跟现有技术相比较，本专利技术采取了谐振膜水平放置，增加雾室内的样品溶液以及通过耦合水传导超声波，从而提高了换能器冷却效率，雾化稳定性好，进而省去了空气散热片9和控制单元中稳频电路和保护电路，大大地降低了成本。图1是现有技术的结构示意图。图2是本专利技术的结构示意图。下面结合附图说明本专利技术的具体结构。本专利技术的超声雾化器由三个单元组成，其中，有雾化去溶单元、控制单元和耦合单元。雾化去溶单元包括雾室1、雾室1侧壁开口接通的进样管2、进气管3、排液管4、与雾室1连通的加热管6及冷凝管8、装在加热管6外侧的加热带7等构成。与现有技术不同的是，雾室1的底端装有水平放置的谐振膜14，在侧壁还装有液面水平管16。所说的排液管4在雾室1内的一端直插底端，进样管2和液面水平管16在雾室1内的一端是一低一高，但近于平齐，在雾室外的一端分别接同一个蠕动泵的泵入和吸出的两个通道。在这样的结构中，谐振膜14水平放置，可放入大量样品溶液15，使得雾化效率很高，而且可以在一定范围内调节雾化效率；当排液时，可通过排液管4将雾室1内的样品溶液15全部抽干排出；当工作时，样品溶液15通过进样管2泵入雾室1，样品溶液15的液面超过液面水平管16的开口端时，样品溶液15将被吸出雾室1。随着雾化的进行，进样管2不断补充样品溶液15，如过量，又可由液面水平管16吸出，这样使得雾室内的液面始终保持恒定，从而可以使雾化器的雾化效率在很长的时间内基本不变。控制单元只由超声发生电路10构成。跟现有技术比较，本专利技术省去了稳频电路和保护电路。耦合单元由耦合室11、换能器5、耦合水12和流水冷却管13构成。其中的换能器5水平安装在耦合室11的底面，并与超声发生电路接通，产生超声波。耦合室11的上面开口，雾室1的底端坐装于耦合室11内，并且，谐振膜14没入耦合室11内的耦合水12的水面下，与换能器5上下相对。流水冷却管13在耦合水12中放置，对耦合水12进行冷却。这样的结构使换能器5产生的超声波通过耦合水12耦合给谐振膜14，由谐振膜14完成对样品溶液15的雾化；流水冷却管13和耦合水12的存在，不仅有冷却作用，还有恒温作用，这对增强雾化稳定性和提高雾化效率也是重要的。本专利技术的换能器5只由中间的一层压电晶体和上下面的金属膜的谐振片构成，不再在金属膜外加保护片。因为换能器5只接触耦合水12，而不直接接触样品溶液15，不会受到酸碱腐蚀。换能器5与耦合水12大面积接触，又有流水冷却管13冷却，故不再加装空气散热片9或其它保护装置。为了观察方便，雾室1和耦合室11可以用玻璃材料制成，雾室1上开口接通的进样管2、液面水平管16为毛细管。所说的谐振膜14是聚乙烯材料制成的薄膜，它既能使样品溶液高效率地雾化，又不怕样品溶液腐蚀。本专利技术的控制单元和换能器5可以用市场上常见的家用加湿器或者用医用雾化器改装而成。比如，将加湿器的浮子开关短路，雾量调节旋钮调至最大。将加湿器的谐振片连同基座安在本专利技术的耦合室11底面即可。为了操作更方便，双蠕动泵可以用计算机进行控制，对雾室1中的样品溶液15的液面进行调节。耦合水12可以用一般蒸馏水，由于耦合水12不需更换，所以不需要对耦合水12进行除气处理。使用本专利技术的超声雾化器，开始时，先通过排液管4快速排出前次测量所剩的样品溶液。然后通过进样管2将去离子水泵入到雾室1中，雾化约10秒钟，对雾室1进行冲冼。将去离子水由排液管4排出后，再将被测样品溶液15泵入雾室1中。在测量过程中，蠕动泵一直转动，以补充雾化样品溶液15，并且进样量大于雾化的溶液量，以保证雾室1内有足量的样品溶液15。过量的样品溶液15能被液面水平管16吸出，以保持样品溶液15液面恒定，因此，雾化器效率在长时间测量中保持不变。在测量结束后，关闭蠕动泵，剩余样品溶液15由排液管4排出。目前的设计中，雾室1的容积约40ml，装入7～8ml的样品溶液15，即装入约1/5～1/6的样品溶液15可以达到较好的雾化效果。更换样品约需要4分钟。在这样条件下，1.1ml/min的气体流速(载气由进气管3进入雾室1)可产生0.9g/min的样品气溶胶，跟气动雾化相比，气溶胶产生速率提高15-20倍。由于采用较大体积的样品溶液的进行雾化，这对于超声波的空化作用较为有利。雾化效率可达40～50％。整个测量过程中，几乎所有影响雾化效率的因素都保持稳定，因而在测量中可以保持较好的短期及长期稳定性。在长达一小时的连续雾化进样过程中，长期精密度(RSD)小于5％。由于本专利技术制造简单，又省去了空气散热片，控制单元的复杂电路，甚至可以用家用加温器就可以改制成控制单元和作为换能器，因此制造成本相当低，包括雾化单元、蠕动泵、控制单元在内，整个价格不超过0.12万美元。权利要求1．一种超声雾化器由三个单元组成，其中有雾化去溶单元和控制单元，雾化去溶单元包括雾室(1)，雾室(1)侧壁开口接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声雾化器由三个单元组成，其中有雾化去溶单元和控制单元，雾化去溶单元包括雾室（１），雾室（１）侧壁开口接通的进样管（２）、进气管（３）、排液管（４），与雾室（１）连通的加热管（６）、冷凝管（８），装在加热管（６）外侧的加热带（７）构成；其特征在于，所说的雾化去溶单元还包括在雾室（１）底端装有的水平放置的谐振膜（１４），在侧壁还装有液面水平管（１６）；排液管（４）在雾室（１）内的一端直插雾室（１）的底部，进样管（２）和液面水平管（１６）在雾室（１）内的一端是一低一高的，在雾室（１）外的一端分别接在同一个蠕动泵的泵入和吸出的两个通道上；所说的控制单元只由超声发生电路（１０）构成；所说的三个单元，除雾化去溶单元和控制单元外，还有耦合单元，耦合单元由耦合室（１１）、换能器（５）、耦合水（１２）及流水冷却管（１３）构成，其中，换能器（５）水平安装在耦合室（１１）的底面，并与超声发生电路（１０）电接通，耦合室（１１）上面开口，雾室（１）的底端坐装入耦合室（１１）内，并且，谐振膜（１４）没入耦合室（１１）内的耦合水（１２）中，跟换能器（５）上下相对；流水冷却管（１３）在耦合水（１２）中安置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁枫，曹彦波，周建光，郇延富，于爱民，张寒琦，金钦汉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]