一种多功能原子光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光谱仪，特别是涉及一种多功能原子光谱仪。
【背景技术】
[0002]重金属已经对我国环境安全、农产品/食品安全形成巨大威胁，加强重金属的监控具有重要意义。为适应监控需求，研制和发展小型化、专用化重金属分析仪，具有重要的现实意义。精确定量的重金属分析主要采用原子发射光谱原理，如原子吸收光谱仪，可以测定常量及微痕量元素分析可测定多种元素。目前国内外实验室用常规原子吸收分光光度计仪器起步于上世纪60年代末70年代初。发展至今，其稳定性、可靠性都达到较高水平;仪器的硬件与软件技术、分析方法也不断更新提高。在传统的常规分析仪器发展定式中，原子吸收分光光度计历来是实验室内使用的仪器，属于“高、精、全”综合大系统。而原子荧光作为另外一类重金属分析仪，在分析汞等金属元素方面广泛应用。因此，一般实验室通常会具备上述两种原子光谱仪。考虑到原子吸收光谱还分为不同原子化器(火焰原子化器、石墨电热原子化器)，则通常全面测定一个样本的重金属含量，需要2台以上设备。而上述设备的光谱检测、光源、分光系统都是类似的，造成了系统的很大的冗余。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种多功能原子光谱仪，已解决上述背景中提到的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种多功能原子光谱仪，包括四灯座光源、荧光灯座光源、原子化器、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元、氢化物单元、光路系统、微机系统和外部设备，所述原子化器分别连接四灯座光源、荧光灯座光源、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元和氢化物单元，原子吸收检测单元和原子荧光检测单元还分别连接光路系统，光路系统还连接微机系统，微机系统还连接外部设备。
[0005]作为本发明的优选方案:所述外部设备包括计算机和打印机。
[0006]作为本发明的优选方案:所述原子化器为原子吸收与原子荧光一体机。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明光谱仪兼容了原子吸收和原子荧光两种仪器的功能，实现了一机多用，降低了实验室建设成本，在同一软件平台上操作，性能可靠，操作方便，提高了分析效率，广泛适用于矿山冶金、石油化工、农林土肥、食品制药等行业，尤其适用于环境监测、卫生防疫、质量监督等部门对水质、食品、药品和农产品中汞、砷、铅等有害元素的检测。其多功能和小型化尤其适宜装备各类监测车辆，是应对危及人民生命安全的突发事件和军事防毒、防疫的最佳检测设备。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的的结构框图。
【具体实施方式】
[0009]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0010]请参阅图1，一种多功能原子光谱仪，包括四灯座光源、荧光灯座光源、原子化器、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元、氢化物单元、光路系统、微机系统和外部设备，所述原子化器分别连接四灯座光源、荧光灯座光源、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元和氢化物单元，原子吸收检测单元和原子荧光检测单元还分别连接光路系统，光路系统还连接微机系统，微机系统还连接外部设备。
[0011]外部设备包括计算机和打印机。原子化器为原子吸收与原子荧光一体机。
[0012]本发明的工作原理是:本发明研究主要包括4个内容:①原子吸收与原子荧光一体机光路设计;②可用于四元素同时分析的光路及分光设计。③整机结构设计;④针对微量和痕量元素进行定量分析。
[0013]原子吸收与原子荧光一体机光路设计:根据原子吸收、透射、荧光原理，设计实现基本光路的装置，重点研制光源、原子化器、光学系统和检测系统。拟设计可与普通元素灯兼容的内置专用电源，并根据不同种类的元素灯可相互切换。电源中采用开关电源技术及大规模集成电路。
[0014]四元素同时分析光路设计:采用四灯座自动转换模式，自动选择阴极灯(铜，锌，铅，镉)、自动波长扫描、自动寻峰，氘灯背景模式，自动设定灯电流，自动置零，计算机控制自动设置最佳燃烧条件，同时分析测试。优化单色器，检测器设计理念，通过狭缝设计及灯分时操作检测。
[0015]整机结构设计:在开发相应的控制电路的基础上，设计开发外壳机构、波长自动设置、波长自动扫描、狭缝自动换档、自动寻峰、自动对光等功能;并增加安全性保护设计，包括火焰熄灭安全保护及报警、空气欠压安全保护及报警、气路箱燃气漏气安全保护及报警等。
[0016]针对农村饮用水的应用示范:针对环境监测、卫生防疫、质量监督等部门对水质、食品、药品和农产品中汞、砷、铅等有害元素的检测需求，开发出适用的机型。并针对农村饮用水检测环境，建立检测方法并验证检测性能。相关检测方法应用于一体机，形成一体机的专用分析软件和使用规范。
[0017]技术关键:
关键技术在于原子吸收与原子荧光的光路切换。由于原子荧光通过散色原理，采用专门设计的屏蔽式石英炉低温原子化器，减少荧光猝灭和气相干扰，提高原子化效率。在分析切换的过程中只需要更换原子化系统，方便快捷。在一体化设计中，关键技术环节还包括:
1、利用微流控芯片技术研制了微型氢化物发生器
微流控芯片是近年来国际上重点开发的前沿技术，该项技术在微型氢化物上的应用，将氢化物发生器各项技术指标提高到了一个新的层面，具有测试样品量少、反应速度快、测量结果准确、性能稳定可靠等优点，每小时可以测定上百种试样，试剂消耗从每次1ml降低到小于2ml，仪器进一步微型化，为研制多功能原子吸收光谱仪奠定了基础。
[0018]2、研制高性能空心阴极灯内置高压电源
高性能空心阴极灯是近年发展起来的一项新技术，可替代一些发光强度较弱的元素灯来提高原子吸收光谱仪的测量精度，但这种元素灯一般需外接特制的高压供电电源，体积庞大，造价高昂，操作不便，限制了这一技术的发展，本项目拟设计可与普通元素灯兼容的内置专用电源，并根据不同种类的元素灯可相互切换。电源中采用开关电源技术及大规模集成电路，具有体积小，电压稳定，工作寿命长等优点。
[0019]3、研制火焰原子化器、电热原子化器自动切换系统
火焰原子化器、电热原子化器连动装置自动切换系统将上述两种关键部件有机地溶为一体，相互兼容，可根据需要自动切换。装置中采用自行设计的电热原子化器可围绕火焰原子化器上下自由转换模式，使这一操作灵活，稳定可靠。
[0020]元素灯发出的锐线光线通过透镜照射在石墨炉中的原子蒸汽上，透射光经反射镜照到入射狭缝上。狭缝具有衍射作用，相当于一个点光源，入射狭缝恰好在准直镜的焦平面上，经狭缝衍射后射出的光照射到准直镜上，经准直镜反射后成为平行光射出。从准直镜来的平行光照射到光栅上，经光栅分光后所需波长的光被投射到聚焦物镜上(光栅由计算机控制转到将特定波长的光投射到聚焦物镜上所需的角度，在此工作站上通过“设置波长”、“波长回零”和“波长自动”来实现)。光线在经过光栅分光前是复合光，经光栅分光后就成为向不同方向射出的平行单色光。待检测波长的平行单色光经聚焦物镜反射到出射狭缝上，通过出射狭缝后，进入检测器(光电倍增管)。分光器的作用是选择待测元素的共振线光束进入检测器(由于元素灯发出的光线不只是待测元素的吸收线，而是包含有其他杂波的复合光线，所以分光器是必不可少的部件)。检测器输出的电信号经采样保持电路送至工作站上的信号采集卡中，经采集卡数字化后，交由程序处理(样品的吸光度数值就是由程序对此数字化信号取对数求得。本仪器用氘灯来做背景扣除，因为氘灯紫外光区产生的连续光谱比较理想，而在原子吸收光谱法中一般使用的吸收谱线均在紫外光区。元素灯所发的光经过半透半反射镜照射到石墨炉的原子蒸汽上，氘灯所发的光也经过半透半反射镜照射到石墨炉的原子蒸汽上，但两种光束并不是同时进入石墨炉的。元素灯和氘灯的发光有一定的顺序，二者都不是持续发光的，当元素灯发光时氘灯熄灭，当氘灯发光时元素灯熄灭，元素灯与氘灯所发的光均为脉冲光。自动安全保护气路系统:空气欠压自锁，泄漏自锁，火焰异常报警;采用阵列式结构气路系统:自动精确控制气体流量，配备新型节气装置，有效节约氩气消耗;全钛雾化燃烧系统，采用单缝10mm全钛雾化、防腐蚀、抗氧化、耐高温，永不变形;原子荧光采用专屏蔽式石英炉低温原子化器，减少猝灭和气相干扰，提高原子化效率。双路多狭缝光路系统，满足同一样品铜、铅、锌、镉四种元素同时检测;原子化器系统采用原子吸收与原子荧光快速简单切换方式。自动设置一键测试功能:阴极灯、波长、狭缝，自动设定灯电流，自动置零，控制设置最佳燃烧条件。自动平衡功能:能量与负高压自动平衡，元素灯能量与氘灯能量自动平衡。
【主权项】
1.一种多功能原子光谱仪，其特征在于，包括四灯座光源、荧光灯座光源、原子化器、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元、氢化物单元、光路系统、微机系统和外部设备，所述原子化器分别连接四灯座光源、荧光灯座光源、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元和氢化物单元，原子吸收检测单元和原子荧光检测单元还分别连接光路系统，光路系统还连接微机系统，微机系统还连接外部设备。2.根据权利要求1所述的一种多功能原子光谱仪，其特征在于，所述外部设备包括计算机和打印机。3.根据权利要求1所述的一种多功能原子光谱仪，其特征在于，所述原子化器为原子吸收与原子焚光一体机。
【专利摘要】本发明公开一种多功能原子光谱仪，包括四灯座光源、荧光灯座光源、原子化器、原子吸收检测单元、原子荧光检测单元、气路单元、氢化物单元、光路系统、微机系统和外部设备。本发明光谱仪兼容了原子吸收和原子荧光两种仪器的功能，实现了一机多用，降低了实验室建设成本，在同一软件平台上操作，性能可靠，操作方便，提高了分析效率，广泛适用于矿山冶金、石油化工、农林土肥、食品制药等行业，尤其适用于环境监测、卫生防疫、质量监督等部门对水质、食品、药品和农产品中汞、砷、铅等有害元素的检测。其多功能和小型化尤其适宜装备各类监测车辆，是应对危及人民生命安全的突发事件和军事防毒、防疫的最佳检测设备。
【IPC分类】G01N21/31, G01N21/64
【公开号】CN105588810
【申请号】CN201510943605
【发明人】黄灿灿, 蔡强, 张新民
【申请人】浙江清华长三角研究院
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月16日