专利名称：微波等离子体炬全谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属一种原子发射光谱分析用多元素(多波长)同时检测原子发射光谱的装置背景技术当前，在原子发射光谱领域所用的仪器中，主要有电感耦合等离子体光谱仪和顺序扫描式微波等离子体炬光谱仪。商品化电感耦合等离子体光谱仪在经历了近30年的发展过程中，其技术已经非常成熟。仪器类型也非常完善，包括顺序扫描型、多通道型及全谱型等多种类型。然而，电感耦合等离子体光谱仪的购置及运转、维护费用都非常高昂。并不完全适合发展中国家、中小企业及高等院校使用。近年来商品化的微波等离子体炬光谱仪在一定程度上解决了电感耦合等离子体光谱仪费用高昂的问题。但是当前的微波等离子体炬光谱仪采用的是扫描式驱动机构，仪器分析速度较慢，样品消耗量较大。并且扫描结构存在机械磨损问题，长期稳定性并不理想。
跟本实用新型相近的现有技术是一份中国发明专利，名称为“微波等离子体炬原子发射光谱仪”，公开号CN1174991A，
公开日1998年3月4日。该发明专利公开的光谱仪的结构包括微波功率源系统；样品引入系统(溶液进样系统)——含样品、载气源、雾化器、去溶单元；微波等离子体炬系统(等离子体光源)——供样品和载气引入的内管、供工作气引入的中管及供屏蔽气引入的外管是依次同轴套装的，微波传输线接头的内导体与中管短接，外导体与外管短接；分光系统——主要含单色仪，分光系统采用的是电机驱动的光栅单色仪分光，仪器体积大、扫描速度慢，样品消耗量较大；光谱信号检测系统——主要含光电转换器件。还可以包括计算机系统，用来控制溶液进样、去溶温度、单色仪的步进电机驱动和光谱信号检测等工作。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，克服当前商品化微波等离子体炬光谱仪所存在的如前所述的缺点及不足，采用模块化设计，应用紫外增强线性CCD阵列检测器，实现了多元素、多波长同时检测，从根本上消除顺序扫描式微波等离子体炬光谱仪存在的分析速度慢，样品消耗量大的问题；设计新的分光检测系统，消除扫描结构存在的机械磨损问题，增加分析结果的可靠性。
本实用新型的微波等离子体炬全谱仪的结构包括微波功率源系统；样品引入系统——主要含样品、载气源、雾化器、去溶单元；微波等离子体炬系统——供样品和载气引入的内管与去溶单元的硫酸池干燥器相接、供工作气引入的中管与工作气源相接、供屏蔽气引入的外管与屏蔽气源相接，内管、中管、外管是依次同轴套装的，一端与微波功率源连接的微波传输线接头的内导体与中管短接，外导体与外管短接；还可以包括计算机系统，计算机系统还联结样品引入系统控制样品的输入。跟背景技术不同的是，所说的微波功率源系统为内置式，使用水冷却磁控管；在微波等离子体炬的炬焰处装有光路系统，所说的光路系统由安装在炬焰一侧的凹面反射镜和炬焰另一侧的光纤组成；光纤的另一端与分光检测系统的光线入口相对，所说的分光检测系统按光传播方向顺序为光线入口、光平行凹面镜、光栅、光会聚凹面镜和阵列检测器；阵列检测器实现光电转换后的电信号输入计算机系统。
分光检测系统可以采用平象场光栅与紫外增强阵列检测器相配合的设计方案。即，所说的光栅是平象场光栅；所说的阵列检测器是紫外增强阵列检测器。
分光检测系统可以制作成分光检测模块的形式。所说的分光检测模块由光平行凹面镜、光栅、光会聚凹面镜和阵列检测器按各自位置固定安装在一起构成；每个分光检测模块选择不同段的检测波长，从而形成一组系列波长的分光检测模块。使用时，可以通过更换不同的分光检测模块，而实现不同波长范围光谱的检测。分光检测模块既可采用凹面光栅与线性阵列检测器配合，又可采用中阶梯光栅与二维阵列检测器配合。
样品引入系统既可采用连续进样方式，又可采用流动注射进样方式。采用流动注射进样方式可以进一步降低和消除基体干扰。其中的雾化器可采用同心雾化器、交叉雾化器、超声雾化器等原子光谱分析常用雾化器。
微波等离子体炬系统可以采用1/4或3/4谐振波长的具有氧屏蔽功能的等离子体炬管。
本实用新型的微波等离子体炬全谱仪由于微波功率源采用水冷内置的形式，省去了风扇，由于光路中使用光纤传输，使安装比较随意，因此体积小而紧凑，消耗微波功率低，增强了能量输出的稳定性。由于在光路系统部分增加了一个凹面反射镜，增强了光线收集能力，以提高分析性能。由于采用模块化设计，分光检测系统无可动部件，更换光谱范围自由、方便，可实现多元素(多波长)同时检测，提高了分析速度，节省了样品消耗量，仪器购置及运转、维护费用低廉，消除了扫描结构存在的机械磨损问题，增加了分析结果的可靠性。总之，本实用新型从根本上解决了电感耦合等离子体光谱仪存在的购置及运转、维护费用高昂的问题，也解决了顺序扫描式微波等离子体炬光谱仪存在的分析速度慢，样品消耗量大及机械磨损的问题，具有较好的实用价值及应用前景。
图1是本实用新型的微波等离子体炬全谱仪的结构框图。
图2是本实用新型的样品引入系统示意图。
图3是本实用新型的分光检测系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图，说明本实用新型的具体结构及工作过程。
实施例1 本实用新型的微波等离子体炬全谱仪的整体结构。
见图1，本实用新型的整体结构分为六部分，包括样品引入系统1、微波功率源系统2、微波等离子体炬系统3、光路系统4、分光检测系统5和计算机系统6。
载气源21与样品引入系统1的载气入口接通；屏蔽气源22与微波等离子体炬系统3的外管接通。微波功率源系统2的微波传输线接头的内导体和外导体分别与微波等离子体炬系统3的中管和外管短接。微波功率源系统2将微波能量耦合到等离子体炬系统3，载气(通常为氩气，也可以使用空气或氦气)在微波能量的作用下，被电离、激发形成等离子体。光路系统4的凹面镜23和光纤24的一端分置于微波等离子体炬系统3的炬焰两侧。光纤24的另一端与分光检测系统5的光线入口相对；分光检测系统5采用模块化设计，各部件固定安装。计算机系统6含计算机控制25及显示26、打印27等部分。计算机系统控制25还联结样品引入系统1控制样品的输入。
实施例2 本实用新型的微波等离子体炬全谱仪的样品引入系统。
本实用新型的样品引入系统1于背景技术基本相同，在此通过附图介绍一下，会有助于对本实用新型的理解。
图2中，12为载气入口，13为样品溶液入口，样品溶液在载气(或者蠕动泵的作用下被提升到雾化器7，经过雾化器7后，样品溶液形成样品湿气溶胶，湿气溶胶在载气的载带下经过雾室8，在这里大颗粒的气溶胶因重力而沉积下来并通过排废口14被排除到系统外，剩余小颗粒湿气溶胶经过加热去溶管9，在这里被加热到100摄氏度以上而使溶质颗粒与溶剂分离，高温气溶胶通过冷凝管10，在这里溶剂的大部分被除掉，接下来剩余的气溶胶经过硫酸池干燥器11，在这里大部分剩余的溶剂(水)被吸收，最后干燥的气溶胶由微波等离子体炬系统3的内管引入到等离子体炬焰而被激发，样品溶液中所含的各种元素发射出各自的特征谱线。图2中，15为冷凝管10的进水口，16为冷凝管10的出水口。
实施例3 本实用新型的微波等离子体炬全谱仪的分光检测系统。
见图3，31为光线入口，与光纤24的一端对应；32为光平行凹面镜，将光纤24传过来的光反射为平行光，再照射到光栅33上，光栅33可以是平象场光栅；在这里复合光被光栅33分光成按照波长分布的单色光，经光会聚凹面镜34后投射到紫外增强线性CCD阵列检测器44上，实现整个波长范围的光电转换。转换后的电信号由计算机控制的显示及打印系统6显示并打印，完成样品溶液中多元素(多波长)的同时测量。
分光检测模块5是仪器的关键部分。本实用新型中采用的是一维线性阵列检测器。此外，也可以用以中阶梯光栅配合正交色散元件与二维面阵检测器相结合的设计模块来取代，实现光谱的二维检测。仪器可以通过更换不同的分光检测模块，而实现不同波长范围光谱的检测。
权利要求1.一种微波等离子体炬全谱仪，其结构包括微波功率源系统(2)；样品引入系统(1)；微波等离子体炬系统(3)由依次同轴套装的内管、中管、外管构成，计算机系统(6)，计算机系统(6)联结样品引入系统(1)控制样品的输入；其特征是，所说的微波功率源系统(2)为内置式，使用水冷却磁控管；在微波等离子体炬系统(3)的炬焰处装有光路系统(4)，所说的光路系统(4)有安装在炬焰一侧的凹面反射镜(23)和炬焰另一侧的光纤(24)组成；光纤(24)的另一端与分光检测系统(5)的光线入口(31)相对；所说的分光检测系统(5)按光传播方向顺序为光线入口(31)、光平行凹面镜(32)、光栅(33)、光会聚凹面镜(34)和阵列检测器(35)；阵列检测器(35)实现光电转换后的电信号输入计算机系统(6)。
2.按照权利要求1所述的微波等离子体炬全谱仪，其特征是，分光检测系统(5)采用平象场光栅与紫外增强阵列检测器相配合，即所说的光栅(33)是平象场光栅；所说的阵列检测器(35)是紫外增强阵列检测器；分光检测系统(5)制作成分光检测模块的形式，所说的分光检测模块由光平行凹面镜(32)、光栅(33)、光会聚凹面镜(34)和阵列检测器(35)按各自位置固定安装在一起构成，每个分光检测模块选择不同段的检测波长。
3.按照权利要求1或2所述的微波等离子体炬全谱仪，其特征是，分光检测模块采用凹面光栅与线性阵列检测器配合或者采用中阶梯光栅与二维阵列检测器配合。
专利摘要本实用新型的微波等离子体炬全谱仪属原子发射光谱分析用多波长同时检测的光谱装置。其结构有微波功率源系统2，样品引入系统1，微波等离子体炬系统3，光路系统4，分光检测系统5，计算机系统6。微波功率源系统2设计为内置水冷式；光路系统4由凹面反射镜23和光纤24组成；分光检测系统5采用平象场光栅与紫外增强阵列检测器相配合，制作成分光检测模块的形式。本实用新型体积小，微波稳定功率低，更换光谱范围自由、方便，可进行多元素(多波长)同时检测，分析速度快，样品消耗量少，并可提高测量结果的可靠性，仪器购置及运转、维护费用低廉。具有较好的实用价值及应用前景。
文档编号G01N21/71GK2641645SQ0325188
公开日2004年9月15日 申请日期2003年8月8日 优先权日2003年8月8日
发明者金钦汉, 曹彦波, 郇延富, 冯国栋, 费强, 姜杰, 汪淑华, 王兴华 申请人:吉林大学