本实用新型专利技术公开了一种适用于便携式元素光谱仪的等离子体原子化器，包括等离子体焰炬管、微波能施加装置、等离子体引发装置和等离子体焰炬稳定室，所述等离子体焰炬管由样品输送内管、同轴套置在内管外材质为导电金属的中管和同轴套置在中管外的外管壳构成，所述微波能施加装置由微波源和通过微波传输导线与微波源相连接的天线构成，天线设置在中管管壁外接近出口处。所述等离子体引发装置通过导线连接等离子体焰炬区，所述焰炬稳定室设置在等离子体焰炬管端口，室壁设计有废气排出口和用于设置作为光谱测量处理系统一部分的光收集装置的窗口。由本实用新型专利技术制备的元素光谱仪可在线实时检测，检测灵敏度高、功率消耗低、气体消耗量少等特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及元素光谱测量分析仪，具体涉及便携式元素光谱仪中的等离子体原子化器。
技术介绍
随着工业技术的发展与进步，过渡金属元素、稀土元素、锕系元素、碱金属和碱土金属元素应用也越来越广泛，同时由其造成的污染也越来越严重。以铍的制备工艺为例，铍由绿柱石中提取出来并转化为氢氧化铍，用于实现金属合金和氧化物的合成、陶瓷的生产、 纯铍的制备等工业和军事用途。由于监管力度的加大和对铍危害性认识的提升，在铍的生产、提纯以及铍产品在工业、商业的使用过程中，对周遭环境中铍含量进行及时、准确地的测定显得尤为重要。随着人们社会环保意识的增强和对劳工安全关注度的提升，世界各国对于实现实时监测空气及水样中的过渡金属元素、稀土元素、锕系元素、碱金属和碱土金属元素的需求日益强烈。另外，在工业生产过程中可通过对某些元素的检测进行质量控制，可以大量节约生产成本，降低或消除废品的产生，如半导体工业生产中的镀膜过程，以及生物医药领域、 环境领域、冶金勘探领域、航天领域等，都可通过对某些元素检测进行生产质量控制。因此， 开发高灵敏度的，并且能够快速、在线实时监测工业排放物中上述元素的便携式检测设备， 已成为各国的当务之急和长期追逐的目标。美国专利(U.S. Pat. No. 4，844，612 (Durr and Rozain, Jul. 4，1989))公开了一种通过电磁场对等离子体施加激发能量，利用电感应偶合等离子体发射光谱实现对样品元素进行分析检测的方法，可用于检测液体样品中铍或其他微量元素。用于实施元素检测的检测仪，主要包括待检测样品和等离子体维持气引入系统、等离子体原子化系统和光谱测量处理系统，其中等离子体原子化系统以射频(RF)作为形成等离子体的能量施加电磁场，RF 的频率为27-28MHZ，由于RF的频率低，穿透能力不强，为了获得稳定的等离子体焰炬，需要使用大功率的RF营造电磁场，其功率一般须达到1000-2000W，同时等离子体的维持气流量还必须要大，要达到15-25L/min。鉴于该元素测量仪的射频(RF)功率大，需配备专用的动力电源线，等离子体维持气体流量大，引入系统装置体积大，且需要配置特殊的通风系统， 因此，该测量仪是一种实验室使用的台式固定设备，人们只能将样品送到实验室进行微量元素的测量，不能用于在线或现场对检测样品进行实时检测。导致该元素测量仪上述不足产生的基本原因是其等离子体原子化器。
技术实现思路
基于现有技术的元素检测仪现状，本技术的目的旨在提供一种适用于便携式元素光谱仪的等离子体原子化器，以满足人们制备既能实现在线实时检测，检测灵敏度高， 又经济实惠、能量消耗低的新型元素检测仪的强烈需求。本技术提供的适用于便携式元素光谱仪的等离子体原子化器，包括等离子体焰炬管、微波能施加装置、等离子体引发装置和等离子体焰炬稳定室，所述等离子体焰炬管由样品输送内管、同轴套置在内管外材质为导电金属的中管和同轴套置在中管外的外管壳构成，内管与中管之间的环形管腔为等离子体维持气输送管道，所述微波能施加装置由微波源和通过微波传输导线与微波源相连接的天线构成，天线设置在中管的管壁外接近出口处，所述等离子体引发装置通过导线连接等离子体焰炬区，所述焰炬稳定室设置在等离子体焰炬管端口，室壁设计有废气排出口和用于设置作为光谱测量处理系统一部分的光收集装置的窗口。为了取得更好技术效果，在上述技术方案的基础上，本技术还可进一步采取以下技术措施。下述技术措施可分别单独采取，也可多个措施组合采取，或一并同时采取。等离子体原子化系统中的焰炬稳定室，其室壁最好设置在微波传播方向的波谷处，且室腔径向尺寸与轴向尺寸均不大于5个波长。根据这一特点设计焰炬稳定室。在等离子体焰炬管的中管与外管壳之间的环形管腔内设置有微波反射镜，微波反射镜位于微波天线下方，以便将天线发射的微波能反射到等离子体焰炬区域。微波反射镜最好是可上下移动调节地设置在内管与外管壳之间的环形管腔内。微波天线与微波反射镜的距离最好为微波1/4波长的奇倍数，如1/4、3/4、5/4、7/4λ。其中1/4 λ最有利于仪器的小型化。微波天线为能与中管外管壁吻合的天线，如环体天线，环体可以是全环、半环、环块等。优先采用与中管外管壁完全吻合的全环体天线。天线与中管上端口应尽量接近，以保证微波能量高效地传输至等离子体焰炬区，并避免微波在等离子体焰炬管中纵向传输带来的干扰。在特别要求情况下，可在等离子体焰炬管的外管壳壳体壁上设置电子半导体制冷片，以对等离子体焰炬管外管壳进行冷却。当然也可以是其他的冷却方式。在中管与内管之间的环形管腔内设置至少一个均布有若干通孔的等离子体维持气分布器，分布器上的通孔最好是朝一个方向倾斜的通孔，使等离子体维持气呈旋流状从等离子体焰炬管流出。中管的管壁上设计有至少一个用于平衡中管内外气体压力的平衡孔。焰炬稳定室顶部上方设计有废气排放室，焰炬稳定室通过位于顶部中央处的通孔与废气排放室连通，废气排出口设计在排放室的侧壁上。用于设置光谱测量处理系统光收集装置的窗口设计在焰炬稳定室侧壁正对着等离子体焰炬的范围。等离子体焰炬管的长度最好设计为微波1/4波长的奇数倍，且不大于200cm。具体长度取决于仪器便携性的要求。通常情况下，等离子体焰炬管的长度为1/4或3/4波长，大约为5cm至15cm。等离子体焰炬管的中管同时用作微波能量的导管，因此其材质必须为能电导的材料，以兼容微波能量传输。其可选材料有铜、黄铜、铝、不锈钢、银、金及其合金。内管材料可为导体或绝缘体，包括铜、黄铜、铝、不锈钢、银、金及其合金，石英、陶瓷。其中不锈钢和陶瓷具有最好的耐腐蚀性和等离子体稳定性。微波频率在1000MHz至10000MHz之间均可用于激发和稳定等离子体。常用范围为2000-3000MHZ，其中最佳频率为M50MHz。等离子体焰炬稳定所需功率一般为50-200W 或更高。任何可提供合适频率范围微波能量的微波源装置皆可用作本技术的微波能施加装置的微波源。通常采用的微波源有微波振荡器、磁控管和速调管发电机。其中磁控管以其较宽的功率范围成为微波源的最佳选择。微波传输导线穿过等离子体焰炬管外管壳将微波能从微波源传输至设置在中管上的天线。微波传导线可以是同轴电缆、波导管或其它合适的设备。实现等离子体的引发可通过对等离子体区范围的等离子体维持气施加足够的能量以产生种电子。可采用等离子体引发装置通过导体将其产生的激发能传至等离子体区， 以实现对等离子体维持气的激发。等离子体区焰炬形状可为火焰状或环状，都可用于对待测样品的测量。焰炬的形状取决于等离子体焰炬管管口的形状。等离子体焰炬稳定室用于保护等离子体焰炬区防止气流或外部气体进入并维持等离子体焰炬的稳定。任何耐等离子体高温的材料都可用于等离子体焰炬稳定室。采用本技术提供的等离子体原子化器制备的在线检测便携式元素光谱仪，具有功能强大、携带方便、结构紧凑、操作灵活、支持现场检测、低制造成本和操作成本等优势，可以很理想地被应用于一切需要进行现场或在线液相和气相样品快速测定的场合，在多个领域中都具有极大地市场发展潜能，其独有的优势和便携性将为涉及制造、废弃物处理、核原料回收再利用的政府实验室提供极大的便利，还将有利于高等院校的相关教学及科研工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
，室壁设计有废气排出口和用于设置作为光谱测量处理系统一部分的光收集装置的窗口。，内管与中管之间的环形管腔为等离子体维持气输送管道，所述微波能施加装置由微波源和通过微波传输导线与微波源相连接的天线构成，天线设置在中管管壁外接近出口处，所述等离子体引发装置通过导线连接等离子体焰炬区，所述焰炬稳定室设置在等离子体焰炬管端口１．一种适用于便携式元素光谱仪的等离子体原子化器，包括等离子体焰炬管、微波能施加装置、等离子体引发装置，其特征在于设计有等离子体焰炬稳定室，所述等离子体焰炬管由样品输送内管、同轴套置在内管外材质为导电金属的中管和同轴套置在中管外的外管壳构成
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，
申请(专利权)人：段忆翔，
类型：实用新型
国别省市：90
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