激光剥蚀样品室的制作方法

本实用新型涉及无机元素和同位素分析测试技术领域，尤其涉及用于电感耦合等离子体质谱的前处理装置，具体涉及激光剥蚀进样系统中的样品室。

背景技术：

激光剥蚀作为新型原位采样技术，可与电感耦合等离子体质谱等多种分析仪器联用。激光剥蚀可有效避免传统湿法消解制样带来的样品破坏、制样繁琐费时、易挥发待测物损耗及消解液中的水和酸引发的多原子离子干扰等问题。

但是，现有的激光剥蚀进样系统，其样品室一次只能容纳少量的样品。在作业过程中，需要频繁开启样品室以更换样品，从而极易对激光剥蚀进样系统中的气路造成影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种具备送样装置的激光剥蚀样品室，其能够自动送入样品，无需频繁开启样品室，从而避免对激光剥蚀进样系统中的气路造成影响。

本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：

激光剥蚀样品室，包括内腔室、外腔室和送样装置；内腔室具备第一进气口和第一出气口，内腔室上开设有进样口和出样口；送样装置包括通过进样口和出样口可滑动地贯穿内腔室的样品托条，以及与样品托条连接并用于带动样品托条在进样口和出样口所处直线上滑动的驱动装置；内腔室和送样装置均设置在外腔室内，外腔室具备第二进气口和第二出气口。

为了避免在作业过程中频繁开启样品室，在本实用新型的实施例中，发明人设置了具备样品托条和驱动装置的送样装置。样品托条上承接有多个样品，驱动装置带动样品托条运动，使样品托条上的样品进入内腔室。在内腔室中对该样品进行激光剥蚀后，驱动装置带动样品托条运动，使另一个未处理的样品进入内腔室。如此往复，即可实现样品的自动更换，无需频繁开启样品室，从而避免了因频繁开启样品室对激光剥蚀进样系统中的气路造成影响。

然而，发明人在实现本实用新型实施例的过程中发现，由于样品托条与进样口、出样口之间会产生相对运动，因此难以在样品托条与进样口之间、样品托条与出样口之间实现完全密封，在对样品进行激光剥蚀并得到样品颗粒云后，样品颗粒云极易通过进样口和出样口泄露至内腔室外，导致载气无法完全带走样品颗粒云。发明人经过研究发现，之所以内腔室内的样品颗粒云容易通过进样口和出样口泄露，是由于在产生样品颗粒云后，内腔室内的内压大于内腔室外的压力，在内腔室内外压力差的作用下导致样品颗粒云泄漏。

为此，发明人设置了容纳内腔室的外腔室。在对样品进行激光剥蚀时，通过第一进气口向内腔室送入载气，同时通过第二进气口向外腔室送入载气，使外腔室和内腔室内的压力一致。消除内腔室内外的压力差。如此即可避免由于内腔室内外压力差导致的样品颗粒云泄漏。

在本实用新型的一种实施例中，内腔室的壁包括圆筒形的中间段，从中间段的一端延伸出的具有抛物线轮廓的圆弧形的第一过渡段，从中间段的另一端延伸出的具有抛物线轮廓的圆弧形的第二过渡段；中间段、第一过渡段和第二过渡段同轴；

第一进气口开设于第一过渡段，第一出气口开设于第二过渡段；中间段、第一过渡段、第二过渡段、第一出气口和第一进气口同轴。

在本实用新型的一种实施例中，进样口和出样口开设于第二过渡段；进样口和出样口相对于第二过渡段的中轴线所在的一个平面对称。

在本实用新型的一种实施例中，第一过渡段和第二过渡段形状相同。

在本实用新型的一种实施例中，内腔室上开设有正对样品托条的第一激光窗，第一激光窗被第一玻璃密封。

在本实用新型的一种实施例中，外腔室上开设有正对第一激光窗的第二激光窗，第二激光窗被第二玻璃密封。

在本实用新型的一种实施例中，样品托条上开设有多个样品承接孔。

在本实用新型的一种实施例中，样品承接孔在样品托条的滑动方向上间隔布置。

在本实用新型的一种实施例中，激光剥蚀样品室还包括设置在进样口和出样口内壁的密封环。

在本实用新型的一种实施例中，驱动装置包括滑轨、动力输出部以及与样品托条滑动方向上的两端连接的滑动块；滑轨上开设有槽，滑动块与槽滑动配合；动力输出部与滑动块传动连接。

本实用新型的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

设置送样装置，实现样品的自动更换，无需频繁开启样品室，从而避免了因频繁开启样品室对激光剥蚀进样系统中的气路造成影响。同时，设置容纳内腔室的外腔室，在对样品进行激光剥蚀时，通过第一进气口向内腔室送入载气，同时通过第二进气口向外腔室送入载气，使外腔室和内腔室内的压力一致。消除内腔室内外的压力差。如此即可避免由于内腔室内外压力差导致的样品颗粒云泄漏。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施方式，不应被看作是对本实用新型范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例中激光剥蚀样品室的结构示意图；

图2为图1的A处放大图；

图3为本实用新型实施例中内腔室的外部结构示意图；

图4为本实用新型实施例中外腔室的外部结构示意图；

图5为本实用新型实施例中激光剥蚀进样系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中信号匀化器的结构示意图。

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

100-激光剥蚀进样系统，110-主管路，120-第一支管路，130-第二支管路，141-第一通断阀，142-第二通断阀，143-第三通断阀，144-第四通断阀，145-缓冲罐，151-第一压力计，152-第二压力计，153-第三压力计，154-流量计，155-减压阀，160-信号匀化器，161-第一端部，161-1-第一头腔，161-11-第一连接平面，161-12-第一罩体，161-2-第一接管，162-第二端部，162-1-第二头腔，162-11-第二连接平面，162-12-第二罩体，162-2-第二接管，163-毛细管，200-激光剥蚀样品室，210-内腔室，210-1-第一激光窗，210-2-第一玻璃，211-第一进气口，212-第一出气口，213-进样口，214-出样口，215-密封环，216-中间段，217-第一过渡段，218-第二过渡段，220-外腔室，220-1-第二激光窗，220-2-第二玻璃，221-第二进气口，222-第二出气口，230-送样装置，231-样品托条，231-1-样品承接孔，232-驱动装置，232-1-滑轨，232-2-滑动块，232-3-槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的部分实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

参照图1，图1为本实用新型实施例中激光剥蚀样品室200的结构示意图。激光剥蚀样品室200包括内腔室210、外腔室220和送样装置230。

结合图1并参照图2，图2为图1的A处放大图。内腔室210具备第一进气口211和第一出气口212，内腔室210上开设有进样口213和出样口214。送样装置230包括通过进样口213和出样口214可滑动地贯穿内腔室210的样品托条231，以及与样品托条231连接并用于带动样品托条231在进样口213和出样口214所处直线上滑动的驱动装置232。

内腔室210和送样装置230均设置在外腔室220内，外腔室220具备第二进气口221和第二出气口222。

为了避免在作业过程中频繁开启激光剥蚀样品室200，在本实施例中，发明人设置了具备样品托条231和驱动装置232的送样装置230。样品托条231上承接有多个样品，驱动装置232带动样品托条231运动，使样品托条231上的样品进入内腔室210。在内腔室210中对该样品进行激光剥蚀后，驱动装置232带动样品托条231运动，使另一个未处理的样品进入内腔室210。如此往复，即可实现样品的自动更换，无需频繁开启激光剥蚀样品室200，从而避免了因频繁开启激光剥蚀样品室200对激光剥蚀进样系统中的气路造成影响。

然而，发明人在实现本实施例的过程中发现，由于样品托条231与进样口213、出样口214之间会产生相对运动，因此难以在样品托条231与进样口213之间、样品托条231与出样口214之间实现完全密封，在对样品进行激光剥蚀并得到样品颗粒云后，样品颗粒云极易通过进样口213和出样口214泄露至内腔室210外，导致载气无法完全带走样品颗粒云。发明人经过研究发现，之所以内腔室210内的样品颗粒云容易通过进样口213和出样口214泄露，是由于在产生样品颗粒云后，内腔室210内的内压大于内腔室210外的压力，在内腔室210内外压力差的作用下导致样品颗粒云泄漏。

为此，发明人设置了容纳内腔室210的外腔室220。在对样品进行激光剥蚀时，通过第一进气口211向内腔室210送入载气，同时通过第二进气口221向外腔室220送入载气，使外腔室220和内腔室210内的压力一致。消除内腔室210内外的压力差。如此即可避免由于内腔室210内外压力差导致的样品颗粒云泄漏。

在本实施例中，样品托条231为长条形板件。样品托条231通过进样口213和出样口214可滑动地贯穿内腔室210。驱动装置232包括滑轨232-1，以及与样品托条231长度方向上的两端连接的滑动块232-2。滑轨232-1上开设有槽232-3，滑动块232-1可滑动地设置在槽232-3中。驱动装置232还包括图中未示出的动力输出部，用于驱动滑动块232-1在槽232-3中滑动，从而带动样品托条231在进样口213和出样口214所处直线上滑动。动力输出部可以采用液压缸、气压缸、直线电机、丝杠螺母副等能够带动滑动块232-1直线运动的装置。

需要说明的是，在其他具体实施方式中，驱动装置可以仅采用直接与样品托条231连接的液压缸、气压缸、直线电机、丝杠螺母副等装置，只要能够驱动样品托条231在进样口213和出样口214所处直线上滑动即可。

样品可以采用多种方式固定在样品托条231上。在本实施例中，在样品托条231上开设多个样品承接孔231-1，样品承接孔231-1在样品托条231的长度方向上等间距间隔布置。样品承接孔231-1为盲孔。在工作时，样品置于样品承接孔231-1内，从而被固定。需要说明的是，在其它具体实施方式中，样品承接孔231-1也可以采用台阶孔，或具备台阶的通孔，通过台阶承接样品。样品承接孔231-1的布置形式也不限于在样品托条231的长度方向上等间距间隔布置。

为了进一步避免内腔室210内的样品颗粒云泄漏，在本实施例中，还可以在进样口213和出样口214的内壁上设置密封环215，以减小样品托条231与进样口213和出样口214之间的间隙。

内腔室210的形状可以任意设置。现有的激光剥蚀进样系统中，用于容纳样品的腔室，其内部空间的形状为球形、立方体形或者是两端为锥形、中间为立方体形的组合。但是发明人经过研究发现，现有的激光剥蚀进样系统中用于容纳样品的腔室，载气在从腔室的进口进入腔室时，由于空间的急剧增大，极易产生湍流，导致载气无法一次性将腔室内的样品颗粒云带走，大部分样品颗粒云滞留在腔室内，从而影响检测精度。对于内部空间是两端为锥形、中间为立方体形的组合的腔室，虽然锥形空间能够在一定程度上缓解空间急剧增大的情况，然而限定锥形空间的平直的腔室内壁依然会导致较强烈的湍流产生。

为此，在本实施例中，内腔室210采用如下形状，以改善上述问题。参照图3，图3为本实用新型实施例中内腔室的外部结构示意图。内腔室210的壁包括圆筒形的中间段216，从中间段216的一端延伸出的具有抛物线轮廓的圆弧形的第一过渡段217，从中间段216的另一端延伸出的具有抛物线轮廓的圆弧形的第二过渡段218。中间段216、第一过渡段217和第二过渡段218同轴。第一过渡段217和第二过渡段218具有相同的形状，且相对于中间段216的中心对称设置。

第一进气口211开设于第一过渡段217，第一出气口212开设于第二过渡段218。中间段216、第一过渡段217、第二过渡段218、第一出气口212和第一进气口211同轴。

内腔室210的壁采用具有抛物线轮廓的第一过渡段217和第二过渡段218。一方面，载气从第一进气口211进入内腔室210后，第一过渡段217限定的空间缓慢增大，然后载气进入中间段216。载气从中间段216流入第二过渡段218后，第二过渡段218限定的空间缓慢减小，直至载气从第一出气口212流出。如此缓解了空间急剧增大导致载气产生湍流的情况。另一方面，具有抛物线轮廓的第一过渡段217和第二过渡段218限定的空间相对于锥形空间，能够更大程度上避免载气产生湍流。如此，使得载气能够将内腔室210内的绝大部分样品颗粒云一次性带走，减少样品颗粒云滞留在内腔室210中的量。

为了进一步减少样品颗粒云滞留在内腔室210中的量，在本实施例中，还可以将进样口213和出样口214开设于第二过渡段218。进样口213和出样口214相对于第二过渡段218的中轴线所在的一个平面对称。样品位于样品托条231上，样品托条231通过进样口213和出样口214贯穿内腔室210，在工作时，样品位于第二过渡段218限定的空间内。通过激光剥蚀产生的样品颗粒云大部分集中在第二过渡段218限定的空间内，靠近第一出气口212，从而使得来自第一进气口211的载气能够更加容易地将样品颗粒云带离内腔室210，进一步减少样品颗粒云滞留在内腔室210中的量。

样品在内腔室210内，被激光发生装置发出的激光剥蚀。激光发生装置可以直接设置在内腔室210中。

当然，激光发生装置也可以设置在外腔室220中，此时，需要在内腔室210上开设第一激光窗210-1，第一激光窗210-1被第一玻璃210-2密封。第一激光窗210-1正对样品托条231。激光发生装置发出的激光穿过第一玻璃210-2射入内腔室210内，对样品托条231上承载的样品进行剥蚀。

参照图4，图4为本实用新型实施例中内腔室的外部结构示意图。激光发生装置也可以设置在激光剥蚀样品室200的外部。此时需要在外腔室220上开设第二激光窗220-1，第二激光窗220-1被第二玻璃220-2密封。第二激光窗220-1正对第一激光窗210-1。激光发生装置发出的激光通过穿过第二玻璃220-2、第一激光窗210-1后射入内腔室210内，对样品托条231上承载的样品进行剥蚀。

为了使本领域技术人员更加清楚的理解本实施例中激光剥蚀样品室200的工作原理，下面对具备激光剥蚀样品室200的激光剥蚀进样系统100进行说明。

参照图5，图5为本实用新型实施例中激光剥蚀进样系统100的结构示意图。激光剥蚀进样系统100，包括主管路110、第一支管路120和第二支管路130。主管路110具备始端和末端，在工作时，气体从主管路110的始端向主管路110的末端流动，即气体在图1中的A方向上流动。第一支管路120也具备始端和末端，第一支管路120的始端与主管路110的末端连接。从主管路110末端流出的气体进入第一支管路120，并从第一支管路120的始端向第一支管路120的末端流动，即气体在图1中的B方向上流动。第二支管路130也具备始端和末端，第二支管路130的始端与主管路110的末端连接。从主管路110末端流出的气体进入第二支管路130，并从第二支管路130的始端向第二支管路130的末端流动，即气体在图1中的C方向上流动。

激光剥蚀进样系统100还包括从主管路110的始端至主管路110的末端依次设置在主管路110中的第一通断阀141、缓冲罐145和第四通断阀144。激光剥蚀进样系统100还包括从第一支管路120的始端至第一支管路120的末端依次设置在第一支管路120中的外腔室220和第二通断阀142。外腔室220的第二进气口221和第二出气口222与第一支管路120连接。激光剥蚀进样系统100还包括从第二支管路130的始端至第二支管路130的末端依次设置在第二支管路130中的内腔室210和第三通断阀143。内腔室210位于外腔室220内，内腔室210的第一进气口211和第一出气口212与第二支管路130连接。第三通断阀143位于外腔室220外。

第一通断阀141、第二通断阀142、第三通断阀143和第四通断阀144用于控制管路的通断，其可以采用角阀、蝶阀、闸阀、球阀等可以控制管路通断的阀门。在本实施例中，第一通断阀141、第二通断阀142、第三通断阀143均为截止阀，第四通断阀144为二位二通电磁阀。

激光剥蚀进样系统100的工作原理如下：

在样品托条231上固定多个样品，样品在样品托条231的长度方向上均匀排列。

关闭第二通断阀142、第三通断阀143和第四通断阀144，打开第一通断阀141。从主管路110的始端送入载气(惰性气体，例如氦气)，载气进入缓冲罐145，使缓冲罐145中的压力保持在0.2-0.3MPa。打开第二通断阀142、第三通断阀143和第四通断阀144，缓冲罐145中的载气通过第一支管路120和第二支管路130排空，从而对激光剥蚀进样系统100的整个管路进行清洗。关闭第二通断阀142和第三通断阀143。将第二支管路130的末端与质谱仪300连接。

驱动装置232带动样品托条231滑动，使样品托条231上的一个样品进入内腔室210。从主管路110的始端送入载气，载气进入缓冲罐145、外腔室220和内腔室210。保持缓冲罐145中的压力位0.2-0.3MPa。保压5-10min，使外腔室220和内腔室210内的压力基本一致。

关闭第一通断阀141，对内腔室210中的样品进行激光剥蚀，获得样品颗粒云。打开第三通断阀143，缓冲罐145内的载气将内腔室210内的样品颗粒云带离内腔室210，送至质谱仪300进行分析。分析完成后，关闭第三通断阀143。

不断重复上述步骤，即可对样品托条231上的各个样品进行激光剥蚀和分析。

通过送样装置230，即可实现样品的自动更换，无需频繁开启激光剥蚀样品室200，从而避免了因频繁开启激光剥蚀样品室200对激光剥蚀进样系统100中的气路造成影响。

在激光剥蚀进样系统100工作过程中，需要检查缓冲罐145、外腔室220和内腔室210内的压力。可以通过在缓冲罐145、外腔室220和内腔室210内设置压力传感器实现压力的检测。在本实施例中，通过第一压力计151、第二压力计152和第三压力计153实现压力的检测。第一压力计151计设置于主管路110中，且位于第一通断阀141与缓冲罐145之间。第一压力计151用于检测缓冲罐145内的压力。第二压力计152设置于第一支管路120中，且位于外腔室220与第二通断阀142之间。第二压力计152用于检测外腔室220内的压力。第三压力计153设置于第二支管路130中，且位于内腔室210与第三通断阀143之间。第三压力计153位于外腔室220外，用于检测内腔室210内的压力。

在输入主管路110的载气压力过大的情况下，还可以在主管路110中设置减压阀155，减压阀155位于主管路110的始端与第一通断阀141之间。

在激光剥蚀进样系统100的工作过程中，为了能够将内腔室210内的样品颗粒云一次性的带离内腔室210，需要对进入内腔室210内的载气流量进行控制。为此，还可以设置流量计154。流量计154设置于第二支管路130中，流量计154位于第二支管路130的始端与内腔室210之间。流量计154位于外腔室220外。在工作过程中，对内腔室210中的样品进行激光剥蚀并获得样品颗粒云后，打开第三通断阀143，流量计154将缓冲罐145内的载气进入内腔室210的流量控制在0.6L/min。如此，载气将内腔室210内的样品颗粒云一次性带离内腔室210，送至质谱仪300进行分析。

在载气将内腔室210内的样品颗粒云带离内腔室210并进入质谱仪300的过程中，载气与样品颗粒云之间可能存在无法均匀混合的情况，这将导致进入质谱仪300的样品颗粒无法均匀分布，影响检测结果。为此，在本实施例中，还可以设置信号匀化器160。信号匀化器160设置于第二支管路130中，信号匀化器160位于第三通断阀143和第二支管路130的末端之间。信号匀化器160用于使载气与样品颗粒云均匀混合，从而使得进入质谱仪300的样品颗粒均匀分布。

在本实施例中，信号匀化器160采用如下结构。参照图6，图6为本实用新型实施例中信号匀化器160的结构示意图。信号匀化器160包括第一端部161、第二端部162以及多根连通第一端部161和第二端部162的毛细管163；第一端部161和第二端部162连接在第二支管路130中。混合有样品颗粒云的载气在经过第三通断阀143后随着第二支管路130进入第一端部161，然后再通过毛细管163后进入第二端部162。这个过程使样品颗粒云和载气进行再次混合，从而提高样品颗粒云和载气的混合均匀性。

在本实施例中，第一端部161包括相互连通的第一头腔161-1和第一接管161-2。第二端部162包括相互连通的第二头腔162-1和第二接管162-2。毛细管163连通第一头腔161-1和第二头腔162-1。第一接管161-2和第二接管162-2连接在第二支管路130中。第一头腔161-1的外壁包括第一连接平面161-11以及与第一连接平面161-11密封连接的第一罩体161-12，第一接管161-2与第一罩体161-12连接，第一接管161-2与第一连接平面161-11平行。第二头腔162-1的外壁包括第二连接平面162-11以及与第二连接平面162-11密封连接的第二罩体162-12，第二接管162-2与第二罩体162-12连接，第二接管162-2与第二连接平面162-11平行。毛细管163的两端分别连接在第一连接平面161-11和第二连接平面162-11上。混合有样品颗粒云的载气在经过第三通断阀143后随着第二支管路130进入第一接管161-2，然后流入第一头腔161-1中。由于第一接管161-2与第一连接平面161-11平行，此时混合有样品颗粒云的载气喷射在第一罩体161-12的内表面，从而产生湍流，使得样品颗粒云和载气进行混合。然后混合有样品颗粒云的载气分成多个支流进入毛细管163。在毛细管163中，各个支流中的样品颗粒云和载气再次进行混合，然后进入第二头腔162-1。由于第二接管162-2与第二连接平面162-11平行，此时从毛细管163流出的混合有样品颗粒云的载气喷射在第二罩体162-12的内表面，从而产生湍流，使得样品颗粒云和载气进行进一步混合，然后再通过第二接管162-2流出。这样，提高了样品颗粒云和载气的混合均匀性。

需要说明的是，第一接管161-2与第一连接平面161-11平行，第二接管162-2与第二连接平面162-11平行，并非指两者之间绝对平行。两者之间稍微相互倾斜也是可以行的，只要第一接管161-2的出口不正对第一连接平面161-11，第二接管162-2的出口不正对第二连接平面162-11即可。

为了进一步提高样品颗粒云和载气的混合均匀性，在本实施例中，还可以对毛细管163的长度进行配置，使多个毛细管163的长度不同。这样，每个毛细管163中的支流在不同时间进入第二头腔162-1，从而在第二头腔162-1内产生更加强烈的湍流，从而进一步提高了样品颗粒云和载气的混合均匀性。

需要说明的是，在本实施例中，缓冲罐145内的压力、载气流量、保压时间等工作参数仅仅是为了说明激光剥蚀进样系统100的工作原理所列举的例子。在其他具体实施方式中，可以根据实际情况采用不同的工作参数。

以上所述仅为本实用新型的部分实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。