激发装置及发射光谱仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种激发装置及发射光谱仪。激发装置包括用于盛装待检测液体的样品槽、透明绝缘隔板和激发源。透明绝缘隔板设于样品槽内，并将待检测液体隔离成第一部分液体和第二部分液体，该透明隔板设有贯通的毛细通道，第一部分液体和第二部分液体通过该毛细通道相互连通；激发源包括高压电源和与该高压电源相连的两个高压电极，两个高压电极分别设置于第一部分液体和第二部分液体内，高压电源启动后能激发第一部分液体和第二部分液体形成第一液体电极和第二液体电极并产生发射光谱。本实用新型基于液体电极原理，体积小、检测精度高。
【专利说明】激发装置及发射光谱仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及分析仪器领域，特别是一种用于检测液体中金属含量的激发装置及发射光谱仪。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的迅速发展，人们的物质生活水平也有了迅猛提高。与此同时，由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、铬等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染；尤其是水质中以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成严重危害。
[0003]国内外实验室对金属元素的检测方法非常丰富，比如:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)等方法，基于这些原理设计的仪器也层出不穷，各种仪器高中低档种类齐全，仪器厂商采用新技术又屡屡推出新仪器，极大地满足了实验室的测试需求。然而，随着时代的发展，测试需求也从实验室扩展到了现场，要求也不仅仅为“准确”，又延伸出了“快速”。这些新需求对仪器设计要求也非常高，仪器要走出实验室，要小型或者便携，基于这些传统方法的设计逐渐显露出弊端，支持便携的新方法已渐渐成为当前仪器设计的热点。
[0004]国内有些厂家在尝试制作便携化仪器，但仍然是基于原子吸收法原理的仪器，与其说便携不如说小型化，并非现场测量的理想选择。国外也有厂家设计生产了便携式等离子体激发装置及发射光谱仪，由电池供电，可用于现场测量；同时测量多种元素，检测极限
0.1ppm?lOOppm，且操作简单；但其关键问题在于其检出能力差，无法满足国标中对饮用水、工业废水、电镀废水等水质中金属的检出要求(ppb级)，而且价格昂贵，故其应用受到了限制。
[0005]电化学法是近年来发展较快的一种方法，它以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等方法。电化学法的检测限较低，测试灵敏度较高，在现场的金属元素测量中，正逐步得到应用。然而电化学法的缺点更加不能忽视，电极选择性不高，易发生副反应，降低电流效率；电极易形成吸附层和氧化膜，污损电极使电压升高；电极在使用中需要经常打磨而影响测试结果的准确性和可靠性。
实用新型内容
[0006]本实用新型的一个目的在于克服目前实验室和现场金属含量检测装置体积大、检测精度低的不足，提供一种体积小、检测精度高的发射光谱仪；
[0007]本实用新型的另一个目的在于提供一种用于本实用新型发射光谱仪的激发装置。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0009]根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种激发装置，包括用于盛装待检测液体的样品槽、透明绝缘隔板和激发源。透明绝缘隔板设于所述样品槽内，并将所述待检测液体隔离成第一部分液体和第二部分液体，该透明隔板设有贯通的毛细通道，所述第一部分液体和第二部分液体通过该毛细通道相互连通；激发源包括高压电源和与该高压电源相连的两个高压电极，所述两个高压电极分别设置于所述第一部分液体和第二部分液体内，所述高压电源启动后能激发所述第一部分液体和第二部分液体形成第一液体电极和第二液体电极并产生发射光谱。
[0010]根据本实用新型的一个实施方式，所述两个高压电极分别设置于所述毛细通道的两个端部开口处。
[0011]根据本实用新型的一个实施方式，所述高压电源是直流电源、交流电源或者脉冲电源，电压范围为200?2000伏。
[0012]根据本实用新型的一个实施方式，所述毛细通道的直径为0.05mm?0.50mm。
[0013]根据本实用新型的一个实施方式，所述透明隔板垂直设于所述样品槽底壁。
[0014]根据本实用新型的一个实施方式，所述透明绝缘隔板与所述样品槽为一体成型结构或者是分体组装结构。
[0015]根据本实用新型的一个实施方式，所述激发装置还包括直流富集电极，该直流富集电极包括设置在邻近所述毛细通道位置的阴极以及设于远离所述阴极位置的至少一阳极。
[0016]根据本实用新型的一个实施方式，所述阳极设于所述样品槽内或者设于所述样品槽外并贴近所述样品槽的周壁。
[0017]根据本实用新型的一个实施方式，所述阴极设于所述毛细通道内。
[0018]根据本实用新型的一个实施方式，所述阳极的数目为一个，其设于所述待检测液体上表面，所述毛细通道设于所述透明隔板的下端部。
[0019]根据本实用新型的一个实施方式，所述阴极设于所述样品槽外，并贴近所述样品槽的底壁。
[0020]根据本实用新型的一个实施方式，所述阳极的数目为两个，相对地设于所述待检测液体内，并分别贴近所述样品槽的周壁。
[0021]根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供一种发射光谱仪，包括用于产生金属离子发射光谱的激发装置、用于接收所述发射光谱并将该发射光谱分解为单色光的单色器以及用于接收并处理所需单色光的信号接收处理装置。其中所述激发装置是本实用新型所述的激发装置。
[0022]由上述技术方案可知，本实用新型的优点和积极效果在于:
[0023]本实用新型中，透明绝缘隔板将样品槽中的待检测液体隔离成两部分，且该两部分液体由一个毛细通道连通，样品槽与毛细通道充满导电的待检测溶液。在两部分待检测液体中分别插入激发源的电极，在两电极间施加高压电源，在高压电源的作用下，毛细通道内产生气泡，气泡将毛细通道内溶液断开并形成间隙，两部分待检测液体形成两个液体电极，该两个液体电极在间隙处产生等离子体，待检测液体中的杂质元素溅射进入等离子体，激发出发射光谱。因此本实用新型利用液体电极原理进行检测，检测精度高。
[0024]而且本实用新型中的激发装置仅包括样品槽、透明绝缘隔板和激发源，结构简单，体积小，不需要气体保护，方便携带，便于现场快速测量；而且功耗低，节能环保。
[0025]进一步地，本实用新型的激发装置中还设有由阴极和阳极形成的直流富集电极，且阴极邻近毛细通道，阳极远离毛细通道。因此，本实用新型中在激发发射光谱之前能先对待检测液体中的重金属离子进行富集，根据实际需要，对金属离子的富集能力可达几倍到上百倍，甚至更高，显著提高毛细通道内金属离子的浓度，因而大幅度提高了金属离子的检出能力，并进一步提闻了本实用新型的检测精度。
[0026]通过以下参照附图对优选实施例的说明，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本实用新型激发装置第一实施方式的结构示意图；
[0028]图2是本实用新型激发装置第一实施方式中形成液体电极的原理示意图；
[0029]图3是本实用新型激发装置第二实施方式的结构示意图；
[0030]图4是本实用新型激发装置第三实施方式的结构示意图；
[0031]图5是本实用新型的发射光谱仪的示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合附图详细描述本实用新型的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。
[0033]激发装置实施方式I
[0034]如图1所示，本实用新型激发装置第一实施方式，包括样品槽1、透明绝缘隔板2和激发源。
[0035]样品槽I用于盛装待检测液体。该样品槽I可以由绝缘材料例如石英玻璃等制成。样品槽I的形状不限，可以是空心长方体形、空心正方体形、圆筒形，等等。样品槽I具有底壁11和周壁12。
[0036]透明绝缘隔板2设于样品槽I内，透明绝缘隔板2由透明且绝缘的材料制成，当样品槽I的材料与透明绝缘隔板2的材料相同时如均为石英玻璃，则透明绝缘隔板2与样品槽I可以一体成型。当然透明绝缘隔板2也可以是一个独立的结构，通过粘结等方式密封固定于样品槽I内。透明绝缘隔板2将样品槽I内的待检测液体隔离成相互隔绝的第一部分液体和第二部分液体。透明绝缘隔板2可以垂直设于样品槽I中间位置，以将样品槽I中的液体分成体积相同的两部分，当然不以此为限。
[0037]该透明隔板2设有直径为0.1Omm的贯通的毛细通道20，毛细通道20的直径不以
0.1Omm为限，通常毛细通道20的直径在0.05mm?0.50mm范围内均是可行的。另外还可以根据条件进行相应的改变，毛细通道20最大可达2.0Omm0第一部分液体和第二部分液体通过该毛细通道20相互连通。
[0038]激发源包括高压电源80和与该高压电源80相连的两个高压电极31。在该实施方式中，高压电源80是电压为1200伏的交流电源，当然不以此为限，高压电源也可以是直流电源或者脉冲电源，电压范围在200?2000伏范围内均是可行的。两个高压电极31分别设置于第一部分液体和第二部分液体内，优选地，两个高压电极31分别设置于毛细通道20的两个端部开口处。
[0039]本实用新型激发装置第一实施方式中，高压电源80启动后能激发第一部分液体和第二部分液体形成第一液体电极和第二液体电极并产生发射光谱。具体说明如下:
[0040]如图2所示，第一部分液体和第二部分液体通过毛细通道20相互连通，当向第一部分液体和第二部分液体之间施以高压时，第一部分液体和第二部分液体受热而产生气泡。由于毛细通道20的直径较小，因此毛细通道20内的气泡100将毛细通道20的液体断开，进而断开了第一部分液体与第二部分液体连通的路径。这时第一部分液体和第二部分液体便形成了液体电极，两个液体电极在高压电作用下在气泡100处产生等离子体放电，从而产生金属阳离子的发射光谱。
[0041]激发装置实施方式2
[0042]如图3所示，本实用新型激发装置第二实施方式与第一实施方式的不同之处仅在于:激发装置还包括直流富集电极，因此具有对待检测液体中金属阳离子的富集功能。
[0043]在该激发装置第二实施方式中，直流富集电极包括阴极30和一个阳极40。
[0044]阴极30设于样品槽I外并贴近样品槽I的底壁11，并与透明隔板2相对应。此时毛细通道20可以开设在透明隔板2的下端部接近阴极30的位置。
[0045]阳极40设于样品槽I内，并位于待检测液体上表面。
[0046]当阴极30和阳极40之间施加直流电压时，则液体中的阳离子在阴极30侧聚集，同时阴离子在阳极40侧聚集，这样阳离子能在毛细管道20内聚集，形成较高的离子浓度，实现富集的目的。根据溶液的特点，可以选择合适的富集倍数。富集倍数与直流电压和富集时间有关，可以从几倍到上百倍，甚至更高。例如，针对含Cd元素浓度为Ippb的溶液，直流电压24伏、通电时间10秒可达到5倍富集。一般情况下，通电时间越长，电压越大，可达到的富集倍数越高。
[0047]该激发装置第二实施方式的其它结构与第一实施方式相同，这里不再赘述。
[0048]激发装置实施方式3
[0049]如图4所示，本实用新型激发装置第三实施方式与第二实施方式的不同之处仅在于:
[0050]阳极40的数目为两个，相对地设于样品槽I的待检测液体内，并贴近样品槽I的周壁12 ;两个阳极40也可以设于样品槽I外并贴近样品槽I的周壁12。毛细管道20设于透明隔板2中部，并对应于两个阳极40。阴极30设于毛细管道20内。
[0051]实际使用中，阴极30和阳极40的位置，还可以有多种形式。为增强富集效果，二者尽量相互远离。同时保证阴极30在邻近毛细管道20位置，以增加金属阳离子在毛细管道20内的浓度。
[0052]该激发装置第三实施方式的其它结构与第二实施方式相同，这里不再赘述。
[0053]发射光谱仪
[0054]如图5所示，本实用新型发射光谱仪，激发装置50、单色器60和信号接收处理装置70。
[0055]激发装置50是本实用新型的激发装置，其能产生金属阳离子发射光谱。
[0056]单色器60能接收发射光谱并将该发射光谱分解为单色光，从而将被测元素的特征谱线从复合光源中分离出来。单色器的类型可以是平面光栅单色器、凹面光栅单色器，也可以是中阶梯光栅单色器。
[0057]信号接收处理装置70包括检测器和电路系统，检测器类型可以是光电倍增管，也可以是固态探测器。信号接收处理装置70能接收分解后的单色光，并以此进行分析处理。
[0058]本实用新型发射光谱仪应用双液体电极激发等离子体发射光谱原理，启动液体电极间的高压，液体电极在毛细通道内部发生等离子放电，从而产生金属阳离子的发射光谱；发射光谱透过透明隔板2后进入到单色器60，再由信号接收处理装置70进行处理，最终得出待检测液体中金属元素的类型和含量。
[0059]虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种激发装置，其特征在于，包括: 样品槽(I)，用于盛装待检测液体； 透明绝缘隔板(2)，设于所述样品槽(I)内，并将所述待检测液体隔离成第一部分液体和第二部分液体，该透明隔板(2)设有贯通的毛细通道(20)，所述第一部分液体和第二部分液体通过该毛细通道(20)相互连通；以及 激发源，包括高压电源和与该高压电源相连的两个高压电极，所述两个高压电极分别设置于所述第一部分液体和第二部分液体内，所述高压电源启动后能激发所述第一部分液体和第二部分液体形成第一液体电极和第二液体电极并产生金属阳离子发射光谱。
2.如权利要求1所述的激发装置，其特征在于，所述两个高压电极分别设置于所述毛细通道(20)的两个端部开口处。
3.如权利要求1所述的激发装置，其特征在于，所述高压电源是直流电源、交流电源或者脉冲电源，电压范围为200?2000伏。
4.如权利要求1所述的激发装置，其特征在于，所述毛细通道(20)的直径为0.05_?0.50mmo
5.如权利要求1所述的激发装置，其特征在于，所述透明隔板(2)垂直设于所述样品槽(I)底壁。
6.如权利要求1所述的激发装置，其特征在于，所述透明绝缘隔板(2)与所述样品槽(I)为一体成型结构或者是分体组装结构。
7.如权利要求1-6中任一项所述的激发装置，其特征在于，所述激发装置还包括直流富集电极，该直流富集电极包括: 阴极(30)，设置在邻近所述毛细通道(20)位置；以及 至少一阳极(40)，设于远离所述阴极(30)的位置。
8.如权利要求7所述的激发装置，其特征在于，所述阳极(40)设于所述样品槽(I)内或者设于所述样品槽(I)外并贴近所述样品槽的周壁。
9.如权利要求7所述的激发装置，其特征在于，所述阴极(30)设于所述毛细通道(20)内。
10.如权利要求7所述的激发装置，其特征在于，所述阳极(40)的数目为一个，其设于所述待检测液体上表面，所述毛细通道(20)设于所述透明隔板(2)的下端部。
11.如权利要求9所述的激发装置，其特征在于，所述阴极(30)设于所述样品槽(I)夕卜，并贴近所述样品槽(I)的底壁。
12.如权利要求7所述的激发装置，其特征在于，所述阳极(40)的数目为两个，相对地设于所述待检测液体内，并分别贴近所述样品槽(I)的周壁。
13.—种发射光谱仪，包括用于产生金属离子发射光谱的激发装置(50)、用于接收所述发射光谱并将该发射光谱分解为单色光的单色器(60)以及用于接收并处理所需单色光的信号接收处理装置(70)，其特征在于，所述激发装置(50)是如权利要求1-12中任一项所述的激发装置。
【文档编号】G01N21/69GK203587506SQ201320740607
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】田禾, 宋雅东, 刘平, 崔维兵, 奚晓照, 樊后鸿 申请人:北京普析通用仪器有限责任公司