一种微型常压辉光放电等离子体激发源的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种微型常压辉光放电等离子体激发源，包括聚四氟乙烯绝缘底座，贯穿底座的阳极金属管，通过卡槽嵌在绝缘底座上的石英管，石英管作为放电室，阴极金属套管和用于连接石英管与阴极金属套管的弹性卡环。其中阳极金属管和石英管均是直接固定在绝缘底座，并且它们的接口处密封。本发明微型常压辉光放电等离子体激发源结构简单、能耗低、耗气量低，轴向采光能力提高。同时阴极金属套管的内壁通过弹性卡环与石英管外壁相连，避免因阴极金属套管与石英管在结束放电降温过程中收缩速度不同而损坏石英管；在回路中使用限流电阻，以保护电源，并增加光谱信号的稳定性。
【专利说明】
一种微型常压辉光放电等离子体激发源
【技术领域】
[0001]本发明属于原子发射光谱激发源领域，尤其涉及一种微型常压辉光放电等离子体激发源。
【背景技术】
[0002]原子发射光谱分析法是地质、环境等科学领域中十分常用的分析技术，对相关科学领域的发展起着重要作用。而目前的常规原子发射光谱分析绝大多数仍是在实验室内进行的，难以满足现场及时分析的需要。其中限制原子发射光谱小型化的关键点在于激发源的小型化。目前原子发射光谱常用的激发源主要有电感耦合等离子体(ICP)、直流电弧、低压交流电弧、高压电容火花等。这些激发源都有惰性气体消耗大、功率高、体积庞大、使用及维护成本高等缺点，难以实现小型化和便携式设计，不能满足野外现场分析的要求。而常压辉光放电技术由于其功耗低、惰性气体消耗量小、结的构简单等特点，作为一种新型的激发源在研制小型化仪器方面有很大的发展潜力。
[0003]现有的常压辉光放电激发源其电极结构多为平板式或矩管式。平板式常压辉光放电激发源通过对固定在载气通道两侧的电极板施加高压产生辉光放电。该激发具有放电稳定，能量分布均匀等特点，但由于形状和尺寸的限制，并不利于对其进行轴向采光，限制了其作为激发源的分析效果，的灵敏度和检出限。矩管式常压辉光放电激发源通常在矩管电极通常置于矩管的的两端，不利于对电极的放电距离进行调节，同时也影响采光效率。总之，常压辉光放电等离子体激发源依旧存在稳定性差、耗气量大、使用寿命短、灵敏度低等问题，这些不利因素都限制着常压辉光放电等离子体激发源在便携式仪器中以及在实际检测中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷，提供一种微型常压辉光放电等离子体激发源，实现激发源降低能耗、降低耗气量，提高轴向采光能力的目的。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种微型常压辉光放电等离子体激发源，该激发源包括电源、限流电阻、绝缘底座、阳极金属管、石英管、阴极金属套管，其中所述绝缘底座沿水平方向依次开设同轴的圆柱形卡槽和通孔，通孔与圆柱形卡槽相接并其直径小于圆柱形卡槽的直径；所述石英管的封闭端固定在卡槽中，且在其封闭端中部与通孔对应处开设圆孔，所述圆孔的直径与通孔直径相同，阳极金属管两端均开口，其外径与所述通孔相匹配，阳极金属管由远离卡槽一侧穿入通孔，继续穿入卡槽中的石英管内部并固定；所述阴极金属套管固定在石英管开口端端头的外侧，且阴极金属套管上设有向其内侧石英管方向突出的内缘环；所述电源的正极与阳极金属管相连，电源的负极与阴极金属套管相连，电源的电压范围为600?1200V。
[0006]按上述技术方案，阴极金属套管的内壁通过弹性卡环与石英管外壁相连。
[0007]按上述技术方案，所述石英管长度为30?70mm,内径为3?6mm。
[0008]按上述技术方案，所述石英管中，阳极金属管与阴极金属套管的内缘环之间水平距离为5?2Ctam。
[0009]按上述技术方案，所述阳极金属管的材质为铜或者铁或者钨或者不锈钢合金，厚度为0.3?1.5mm,阳极金属管的内径为0.3?2mm ;所述阴极金属环的材质为铜或者铁。
[0010]按上述技术方案，所述电源正极与阳极金属管之间或者电源负极与阴极金属套管之间串联I?1kQ的限流电阻。
[0011]本发明产生的有益效果是:本发明微型常压辉光放电等离子体激发源结构简单、能耗低、耗气量低，轴向采光能力提高。同时阴极金属套管的内壁通过弹性卡环与石英管外壁相连，避免因阴极金属套管与石英管在结束放电降温过程中收缩速度不同而损坏石英管；在回路中使用限流电阻，以保护电源，并增加光谱信号的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1的局部放大图；
图3是本发明实施例的工作示意图；
图4是本发明实施例以Ar作为载气的硼氢化钾氢化物蒸汽发生空白背景发射图谱； 图5是本发明实施例砷As、锑Sb混合样品的特征发射图谱。
[0013]附图中:1-绝缘底座，2-阳极金属管，3-石英管，4-阴极金属套管，5-弹性卡环，6-气瓶，7-气体流量计，8-氢化物蒸汽发生系统，9-电源，10-限流电阻，11-光纤探头，12-光纤，13- CCD检测器。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0015]如图1?图2所示，本发明实施例一种微型常压辉光放电等离子体激发源包括聚四氟乙烯绝缘底座I，贯穿底座的阳极金属管2，嵌在绝缘底座上的石英管3，石英管通过卡槽嵌在绝缘底座I上，石英管作为放电室，阴极金属套管4和用于连接石英管与阴极金属套管的弹性卡环5。其中阳极金属管2和石英管3均是直接固定在绝缘底座，并且它们的接口处密封。通孔的直径与石英管封闭端上开设的圆孔的直径相同，阳极金属管的直径略小于通孔的直径，使其可以穿过通孔和所述石英管封闭端上开设的圆孔。阴极金属套管4套入石英管3约8mm并通过弹性卡环5固定在石英管3上。阴极金属套管上设有向其内侧石英管方向突出的内缘环，其中阴极金属套管末端开口的设计，能尽可能的提高了轴向采光能力。阳极金属管2伸入到石英管的一端与阴极金属套管4的内缘环距离为5-20_。阳极金属管与阴极金属套管分别通过导线与电源9相连，导线上串联有5kQ的限流电阻10，所述电源可以是直流电源，也可以是交流电源。
[0016]本发明微型常压辉光放电等离子体激发源用于检测水体中As、Cd、Hg、Se、Sb等重金属元素，重金属元素在氢化物蒸汽发生系统8中经过氢化物蒸汽发生过程被引入到微型常压辉光放电激发源中实现元素的激发，并通过小型光谱仪检测其发射谱线。具体为待检测样品置于氢化物蒸汽发生系统8中，经过氢化物蒸汽发生过程后，被Ar等载气引入到阳极金属管中，进而在石英管中的阳极金属管与阴极金属套管末端之间被激发，并在阴极金属套管末端被光纤探头11采集到并通过光纤12传入CCD检测器13进行检测。
[0017]如图3所示，气瓶6中的Ar经过气体流量计7后，进入氢化物蒸汽发生系统8，氢化物蒸汽发生系统8与阳极金属管2相连，阳极金属管2既作为阳极又作为气体的进入通道，待检测重金属元素样品经过氢化物蒸汽发生过程，通过阳极金属管2被引入到作为放电室的石英管中。电源9施加600V电压时，保证回路中工作电流范围为20-45mA，由阴极金属套管4末端的内缘环中手动插入金属针与阳极金属管2接触后快速抽出即可引燃微型常压辉光放电等离子体激发源，并保持稳定放电。利用产生的辉光放电等离子体，通过CCD检测器检测氢化物蒸汽发生的背景光谱。
[0018]当氢化物发生装置中仅混合KBH4和HC1溶液产生H2，与气瓶6中的Ar气混合后通入到阳极金属管和阴极金属套管之间的辉光放电等离子体中被激发，发出的特征光被光纤探头11采集到并通过光纤12传入CCD检测器13得到Ar-H2的背景发射图谱，如图4所示。如果将上述氢化物蒸汽发生系统中的HC1溶液换成用盐酸酸化了的As、Sb混合样品，其余操作步骤相同，CCD检测器13得到Ar-H2的背景发射图谱如图5所示，即待检测重金属元素砷、锑混合样品的特征发射图谱。
[0019]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种微型常压辉光放电等离子体激发源，其特征在于，该激发源包括电源、限流电阻、绝缘底座、阳极金属管、石英管、阴极金属套管，其中所述绝缘底座沿水平方向依次开设同轴的圆柱形卡槽和通孔，通孔与圆柱形卡槽相接并其直径小于圆柱形卡槽的直径；所述石英管的封闭端固定在卡槽中，且在其封闭端中部与通孔对应处开设圆孔，所述圆孔的直径与通孔直径相同，阳极金属管两端均开口，其外径与所述通孔相匹配，阳极金属管由远离卡槽一侧穿入通孔，继续穿入卡槽中的石英管内部并固定；所述阴极金属套管固定在石英管开口端端头的外侧，且阴极金属套管上设有向其内侧石英管方向突出的内缘环；所述电源的正极与阳极金属管相连，电源的负极与阴极金属套管相连，电源的电压范围为600?1200V。
2.根据权利要求1所述的微型常压辉光放电等离子体激发源，其特征在于，阴极金属套管的内壁通过弹性卡环与石英管外壁相连。
3.根据权利要求1或2所述的微型常压辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述石英管长度为30?70mm,内径为3?6mm。
4.根据权利要求3所述的微型常压辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述石英管中，阳极金属管与阴极金属套管的内缘环之间水平距离为5?20_。
5.根据权利要求1所述的微型常压辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述阳极金属管的材质为铜或者铁或者钨或者不锈钢合金，厚度为0.3?1.5mm,阳极金属管的内径为0.3?2mm ;所述阴极金属套管的材质为铜或者铁。
6.根据权利要求1所述的微型常压辉光放电等离子体激发源，其特征在于，所述电源正极与阳极金属管之间或者电源负极与阴极金属套管之间串联I?1kQ的限流电阻。
【文档编号】H05H1/24GK104254188SQ201410534658
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】朱振利, 何栋, 郑洪涛, 胡圣虹 申请人:中国地质大学（武汉）