一种dbd激发源、dbd-aes系统及其检测分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于原子发射光谱检测设备和分析技术领域，特别涉及一种液体进样的DBD激发源、DBD-AES系统及其检测分析方法。
【背景技术】
[0002]介质阻挡放电(DBD)，是一种结构简单、低能耗，可以在常温常压下产生的非平衡态等离子体。关于DBD等离子体的特性研究已有报道，一般认为，当击穿电压超过Pachen击穿电压时，电极间的气体会被击穿，产生蓝紫色的光。DBD放电过程中，产生了大量自由基和准分子，它们的化学性质十分活跃，可以为分析物中的待测物质提供能量，使其原子化或由基态原子激发到更高的激发态，产生光谱信号。在原子光谱分析中，DBD可以用在激发源、原子化器、诱导化学蒸气发生等方面。
[0003]DBD-AES系统全称为介质阻挡放电等离子体原子发射光谱，DBD等离子体在原子发射光谱中的应用主要包括两部分，气体进样AES分析和液体进样AES分析。
[0004]气体进样AES分析，由于溶液(雾化)进样的方式会消耗DBD等离子体的能量，甚至猝灭等离子体，为了避免这些问题，一般采用蒸气发生的方式进样。对于DBD-AES系统来说，采用蒸气发生的进样方式，能够将待测元素以挥发物或半挥发物的形式从溶液中分离出来，避免样品基体干扰，减少等离子体能量消耗，提高灵敏度。然而，蒸气发生的主要方式一一氢化物发生会产生大量的氢气和水蒸气，易引起DBD等离子体猝灭;其他的蒸气发生方式或者应用元素范围有限，蒸气发生效率低，速度慢，产物不稳定，或者气体发生条件较为苛刻。DBD-AES系统的测量范围被大大地局限了。
[0005]相对于气体进样，液体进样的AES分析对液体中金属元素的激发更为困难。这需要更高的等离子体激发能力，也需要注意溶剂的基体干扰和样品对等离子体的干扰。2010年，Tombrink等为DBD-AES液体分析方面做了大量的研究工作，建立了液体电极介质阻挡放电装置;2012年，He等报道了一种液膜产生原子发射光谱的DBD装置;但是这些装置和方法的缺陷是分析速度慢，灵敏度低，待测元素的检出限达不到日常检测的需要。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术中DBD-AES系统液体进样存在的问题，提供了一种DBD激发源、DBD-AES系统及其检测分析方法。该系统的激发源采用开放型DBD等离子体和液体进样方式，可以保证在DBD等离子体稳定放电的同时，直接引入液体样品，产生灵敏的发射光谱信号，对待测物进行定量分析;该系统进样流速快、检测频率高，大大提高了分析效率，节省了检测时间。
[0007]本发明的技术方案之一为，一种DBD激发源，为开放式等离子体激发源，由电极一、电极二和供电系统组成，两个电极通过导线分别连接到供电系统的两极；
[0008]电极一为附在石英片上的导电金属片；
[0009]电极二由雾化器和包裹在雾化器出口侧壁上的导电金属箔片组成；
[0010]雾化器出口垂直朝向电极一，在电极一和电极二的雾化器出口之间形成放电区域；
[0011]其中，一根导线连接在电极一的导电金属片上，另一根导线缠绕在电极二的导电金属箔片外；
[0012]所述雾化器为由内管和外管组成的套管，内外管不连通；内管设有样品入口和样品出口，外管设有载气入口和载气出口，且样品出口与载气出口位置同心，载气在载气出口将样品出口处输出的溶液雾化分散成液体小颗粒；
[0013]电极一的导电金属片的金属为钨、铂等；
[0014]电极二的导电金属箔片的金属为铝、金、钨、铂等；
[0015]较好的，供电系统为电压3?4kV，频率35?45kHz的交流电源；
[0016]雾化器为石英材料；
[0017]雾化器出口处外壁厚度为0.I?0.4mm;样品出口内径为0.3?0.6mm，载气出口内径为0.6?0.9mm；
[0018]金属箔片厚度为0.01?0.5mm;
[0019]雾化器出口到电极一之间的距离为0.2?1000mm;
[0020]更好的，在电极一的石英片上设置另外一片石英片作为侧石英片，二者的夹角为45?90°，设置侧石英片的目的是避免样品被激发时产生的水雾污染透镜，影响检测器的观察效果。
[0021]当雾化器有载气(氦气、氩气等)通过时，在电极两端施加供电系统提供的3?4kV高频交流电压，此时在放电区域内有稳定的由载气形成的介质阻挡放电等离子体产生;而且载气在雾化器出口处即放电区域内将液体样品雾化分散成液体小颗粒；因此，可将该介质阻挡放电等离子体作为激发源，激发分散的液体小颗粒，产生待测物的发射光谱信号。
[0022]本发明的技术方案之二为，一种DBD-AES系统，由上述的DBD激发源，顺序注射系统，载气瓶和CO)(Charge-Coupled Device，电荷親合器)检测器组成；
[0023]其中，顺序注射系统与DBD激发源雾化器的样品入口连接，用于将液体样品输入雾化器；
[0024]载气瓶与DBD激发源雾化器的载气入口连接，用于将载气输入雾化器；
[0025]CCD位于电极放电区域的侧边，用于观测待测物的发射光谱信号;较好的，CCD带有可读取的信号存储系统，或者CCD连接有电子计算机；
[0026]上述系统在可检测范围内的载气流速为O?800mL/min;液体流速为O?120yL/s;采样频率为O?80次/h;
[0027]上述系统可测定的金属元素为Cd，Zn，Hg，Pb等。
[0028]本发明的技术方案之三为，利用上述DBD-AES系统的分析检测方法，包括如下步骤:
[0029]I)开启载气至流速稳定，使载气由雾化器出口处持续喷出，开启供电系统，DBD激发源在放电区域可持续产生DBD等离子体；
[0030]2)待等离子体稳定激发后开始进样;通过顺序注射系统将液体样品通入雾化器，在雾化器出口处由载气雾化分散成液体小颗粒，同时液体小颗粒进入到DBD等离子体激发源的放电区域中由DBD等离子体激发，产生特征发射光谱；[0031 ] 3)利用C⑶捕捉特征发射光谱，并记录数据；
[0032]4)实验完成后，清洗顺序注射系统及雾化器，准备进行下一次进样；
[0033]上述方法中，载气流速为I?800mL/min ；液体流速为I?120yL/s ；采样频率为O?80 次/h。
[0034]与现有技术相比，本发明的优势在于:
[0035]1、本发明是开放型DBD发射光谱激发源，可以保证DBD等离子体在空气中稳定放电，解决了一般封闭式激发源样品在激发室中的残留及多次激发，无法定量分析的问题；
[0036]2、本系统可以直接将液体样品引入激发源中，不需要对特定元素进行蒸气发生，可无差别地实现多种元素的分析测定；
[0037]3、本发明的样品流速较快、检测频率高，大大提高了分析效率，节省了检测时间。
【附图说明】
[0038]图1、本发明电极一结构不意图；
[0039]图2、本发明电极二结构示意图；
[0040]图3、本发明雾化器出口示意图；
[0041 ] 图4、本发明一种DBD-AES系统示意图；
[0042]图5、本发明DBD激发源的实物图；
[0043]其中，1、电极一，2、电极二，3、供电系统，4、石英片，5、导电金属片，6、雾化器，7、金属箔片，8、导线，9、载气入口，10、样品入口，11、载气出口，12、样品出口，13、雾化器出口，14、侧石英片，15、顺序注射系统，16、载气瓶，17、CXD检测器，18、电极放电区域。
【具体实施方式】
[0044]CCD型号为AVANTES公司的 AvaSpec-ULS2048-4-USB2;
[0045]顺序注射系统购自于FIAlabInstruments Inc.;
[0046]载气为氦气。
[0047]实施例1
[0048]一种DBD激发源，如图1、2、3和4所示，为开放式等离子体激发源，由电极一1、电极二2和供电系统3组成，电极一I为附在石英片4上的导电金属片(钨片)5，电极二2由雾化器6和包裹在雾化器出口 13侧壁上的金属箔片(铝箔片)7组成，金箔片也可以为钨、铂箔片，雾化器出口 13垂直朝向电极一I，在电极一I和雾化器出口 13之间形成放电区域18，两个电极通过导线8分别连接到供电系统3的两极；
[0049]其中，一根导线8连接在电极一I的铂片5上，另一根导线8缠绕在电极二2的金属箔片(招猜片)7外；
[0050]所述雾化器6为由内管和外管组成的套管，内外管不连通；内管设有样品入口10和样品出口 12，外管设有载气入口 9和载气出口 11，且样品出口 12与载气出口 11位置同心，载气在载气出口 11将样品出口 12处输出的溶液雾化分散成液体小颗粒；
[0051 ]雾化器6为石英材料;雾化器出口 13外壁厚度为0.2mm;样品出口内径为0.4mm，载气出口内径为0.7mm;招箔片7厚度为0.01?0.5mm;
[0052]供电系统3为电压3?4kV，频率35?45kHz的交流电源；
[0053]雾化器出口 13到电极一之间的距离为0.2mm;
[0054]在电极一I的石英片4上放置另外一片