专利名称：一种用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，属于原子荧光分析测定仪器的技术领域。
背景技术：
原子荧光光谱仪是原子光谱的一种，其原理是利用特征激发光源照射原子态金属原子，从而激发到激发态，激发态原子去激化时发射的光谱用来进行检测。通常氢化法原子荧光光谱仪大致包括五个部分进样反应系统、气体传输系统、原子化系统、光源系统、光学检测系统。这种仪器设计的优点是通过待测金属元素与原生态氢生成气态金属氢化物，与液态的混合体进行分离，从而消除大量的基体干扰，并有较高的灵敏度。但在实际使用中，含酸性被测样品在氩气的带动下与硼氢化钾反应生成的被测金属气态氢化物、燃气(氢气)、水蒸汽和氩气等的混合气体。由于它们的比重、密度及生成的量极不相同，在传输过程 中，难以充分混合均匀，因此在混合气体传输到原子化器时的被测金属气体及燃气等在原子化器的氩-氢火焰原子化过程及不均匀，并且火焰(氢气燃烧)也极不稳定(大小及上下抖动)，对检测信号造成了极大的波动，不利于正确稳定的检测激发态原子去激化时所发射出的光谱能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，能够对反应物所生成的被测气体、燃气及辅助气体进行充分混合均匀，从而在原子化器处得到稳定流速的被测气体、燃气及氩气辅助气体达到稳定的层流燃烧火焰，得到重复性稳定的测试结果。本发明采用如下技术方案实现一种用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，包括混合气体输入区和混合气体输出区，两者之间通过集扩式混匀通道连通，其特征在于，所述集扩式混匀通道包括一个或一个以上的拐角。进一步的，所述集扩式混匀通道两端分别为与混合气体输入区相连的第一径向通道，以及与混合气体输出区相连的第二径向通道，第一、二径向通道之间通过轴向通道连通并形成拐角。进一步的，所述轴向通道的截面为圆台状，两端分别是收缩口和扩张口。进一步的，所述收缩口与水平面的夹角为10°至20°。进一步的，所述第一径向通道的高度与轴向通道的长度之比为I : 3至I : 2。进一步的，所述轴向通道的内壁上具有突起，所述突起为锯齿状和/或三角状和/或梯形。进一步的，所述拐角为直角拐角。本发明具备的有益技术效果是集扩式混匀模块内部具有一个或一个以上的拐角，混合气体在传输过程中曲折前进，不断碰撞，充分得以混合均匀。混匀通道包括径向通道和轴向通道，增加了拐角的数量，轴向通道还具有收缩口和扩张口，配合内壁上的突起，进一步加强混合均匀效果；通过大量实验得到收缩口与水平面的最佳夹角范围，以及径向通道的高度与轴向通道的长度的最优比值。因此在混合气体通过气体传输系统的集扩式混匀模块传输到原子化器时，被测金属气体、燃气(氢气)、氩气等各种气体可以得到均匀的混合及稳定的流速，原子化器的氩-氢火焰原子化过程得到了稳定的层流燃烧火焰，增强了测试结果的稳定性和重现性。
图I是本发明集扩式混匀模块的第一实施例结构示意图。图2是第二实施例中轴向通道内壁上锯齿形突起的局部放大图。图3是第二实施例中轴向通道内壁上三角形突起的局部放大图。图4是第二实施例中轴向通道内壁上梯形突起的局部放大图。
具体实施例方式通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。如图I所示本发明的第一实施例，集扩式混匀模块包括混合气体输入区4和混合气体输出区5，两者之间通过集扩式混匀通道连通，混合气体输入区4之前有三个进样通道，分别用于进入样品液体A、氩气B和液体还原剂C，样品液体A和液体还原剂C两种液体混合时生成了不均匀的氢气水蒸气及被测元素的气态氢化物，在氩气的带动下进入混合气体输入区4，集扩式混匀通道包括一个或一个以上的拐角，优选拐角为直角拐角。混合气体在传输过程中曲折前进，不断碰撞，充分“四处碰壁”并得以混合均匀，直角拐角还能够增加碰撞强度。集扩式混匀通道两端分别为与混合气体输入区相连的第一径向通道1，以及与混合气体输出区相连的第二径向通道2，第一、二径向通道之间通过轴向通道3连通并形成拐角一即第一、二径向通道加上轴向通道3形成了混匀通道。轴向通道3的截面设计为圆台状，两端分别是收缩口 31和扩张口 32，混合气体在传输过程中得以集中和扩散，能够充分地混合均匀，故称之为“集扩式混匀模块”。在有限长度的混合气体传输距离中，形成多个集中区域(突然收缩，逐渐收缩)扩张区域(突然扩张，逐渐扩张)的结构，从而形成了原子荧光光谱仪集扩式传输混匀模块，一改传统的原子荧光光谱仪的传输系统，在更短的距离内对混合气体进行了充分的混合。集扩式混匀模块的理论依据如下通过对原子荧光光谱仪燃烧体系的分析，燃烧物质的传输速度小于50米/秒，因此适用于流体动力学分压缩流体理论所能处理的范畴，通过流体动力学中非压缩流体理论，由具有拐角、收缩口和扩张口的混匀通道生成混合流体，流体在传输过程中形成湍流，从而进行不同成分流体的混合。在低速管流中气体突然扩张，逐渐扩张，突然收缩，逐渐收缩及转弯等可以引起局部流体能量损失的结构，换言之，损失的能量是由于湍流的形成，从而破坏了层流流体的稳定性，流体进行了混合，因此基于以上低速管流流体力学理论，使用不可压缩流体理论研制出新型的原子荧光光谱仪集扩式传输混勻模块。现有技术的缺陷主要有1、混合气体等口径直线传输，使混合气体混合不均匀，使测试结果重现性较差；2、传输距离长，形成记忆效应。本发明的集扩式混匀模块克服了上述缺陷，尤其是克服了人们通常寻求单一增加传输距离长度的偏见，利用流体力学原理以紧凑简单的结构实现了混合气体的充分均匀混合，在曲折中传输，通过压缩扩张拐角等不断碰撞充分混合均匀，在传输到原子化器时被测金属气体、燃气(氢气)、氩气等各种气体可以得到均匀的混合及稳定的流速，得到了稳定的层流燃烧火焰，进而提高了仪器的稳定性，并提高了检出能力，以及检出限。适用于氢化物发生法原子荧光光谱仪以及火焰法原子荧光光谱仪。如图2至图4所示本发明第二实施例，第二实施例是在第一实施例的基础之上对轴向通道3进行改进，包括了第一实施例，本实施例其余部分与第一实施例相同，故不再赘述，仅用局部放大图也足以清楚无误地说明本实施例。轴向通道3的内壁上开有突起，突起 可以是锯齿状突起33，也可以是三角状突起34，还可以是梯形状突起35，当然也可以是上述三种不同形状的突起混用，使轴向通道3的内壁上具有多种不同突起。由于具有突起，混合气体在轴向通道3内传输时，受到突起的阻碍会发生扰动，一部分气体还会向轴向通道3的轴线方向(图2至图4中的点划线为轴向通道3的轴线)靠拢，使得气体混合更加均匀，与第一实施例中轴向通道3的光滑内壁相比，具有突起的内壁能够使得混合气体输出区5输出的混合气体更加均勻。在第一、二实施例的基础之上，还可以做进一步的改进形成新的第三实施例。前述内容已经说到，现有技术的缺陷在于各种气体的混合不匀、反应距离长，从混合气体输入到原子化器的传输距离长，易产生记忆效应，不便于清洗。第一、二实施例虽然已经达到了相对较好的技术效果，但仍可做出改进——结合第一、二实施例，本实施例在大量的试验数据和对比分析的基础上，对集扩式混匀模块进一步做出尺寸限定收缩口 31与水平面的夹角Θ取10°至20°的范围，第一径向通道I的高度H与轴向通道3的长度L之比为I : 3至
I 2，通过对角度的选择和对尺寸比例的限定，使得混合气体传输到原子化器形成火焰燃烧时的稳定效果进一步的加强，相对于现有技术已经取得了显著的进步，达到了良好的技术效果。应当说明的是，本实施例与第一、二实施例的结合不只是限于夹角Θ和H : L比值同时满足条件的情况，仅对夹角Θ进行限定并结合第 、二实施例，或仅对H L进行限定并结合第一、二实施例，同样能够形成更多的替代技术方案。当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，包括混合气体进入区和混合气体输出区，两者之间通过集扩式混匀通道连通，其特征在于，所述集扩式混匀通道包括一个或一个以上的拐角。
2.根据权利要求I所述的用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，其特征在于，所述集扩式混匀通道两端分别为与混合气体进入区相连的第一径向通道，以及与混合气体输出区相连的第二径向通道，第一、二径向通道之间通过轴向通道连通并形成拐角。
3.根据权利要求2所述的用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，其特征在于，所述轴向通道的截面为圆台状，两端分别是收缩口和扩张口。
4.根据权利要求3所述的用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，其特征在于，所述收缩口与水平面为夹角为10°至20°。
5.根据权利要求3所述的用于原子荧光气体传输系统的集扩式混匀模块，其特征在于，所述第一径向通道的高度与轴向通道的长度之比为I : 3至I : 2。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，其特征在于，所述轴向通道的内壁上具有突起，所述突起为锯齿状和/或三角状和/或梯形。
7.根据权利要求I至5中任一项所述的用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，其特征在于，所述拐角为直角拐角。
全文摘要
本发明公开了一种用于原子荧光光谱仪气体传输系统的集扩式混匀模块，在混合气体输入区和混合气体输出区之间通过集扩式混匀模块连通，包括多个拐角。模块两端的第一、二径向通道之间通过轴向通道连通并形成拐角，轴向通道的截面为圆台状，两端分别是收缩口和扩张口。在混合气体输入区内不均匀的被测金属气态氢化物、燃气(氢气)、水蒸气和氩气等的混合气体，在曲折中前进，通过压缩扩张拐角等不断碰撞充分混合均匀，得到了稳定的层流燃烧火焰，增加了测试结果的稳定性。混匀通道具有拐角，轴向通道还具有收缩口和扩张口，配合以内壁上的突起，并通过大量实验得到收缩口与水平面的最佳夹角范围，以及径向通道的高度与轴向通道的长度的最优比值。
文档编号G01N1/38GK102879362SQ20121034777
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者高树林 申请人:有色金属矿产地质调查中心