一种半导体加热制冷雾室系统的制作方法

本实用新型属于分析仪器技术领域，涉及一种利用peltier效应的半导体加热制冷雾室系统，用于原子吸收光谱仪、等离子体发射光谱仪或等离子体质谱仪等分析仪器。

背景技术：

半导体制冷是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的p-n结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，是通过直流电制冷的一种新型制冷方法。80年代以后，半导体的热电制冷的性能得到大幅度的提高，但在分析仪器中进行应用的具体技术方案，目前还鲜有报道。例如：

文献1：半导体制冷雾室系统，中国实用新型专利no.zl200820126191.6，申请日：2008-06-23；

文献2：雾室温度对icp-ms分析性能影响的研究，分析试验室，vol.23.no.8，2004.8；

在火焰原子吸收光谱仪，等离子体发射光谱仪，等离子体质谱仪等分析仪器的进样过程中，样品溶液雾化后形成气溶胶进入火焰激发源，与此同时样品溶剂也会大量进入火焰激发源，形成干扰，降低仪器灵敏度，尤其是高挥发性溶剂，会严重干扰火焰激发源的稳定性，甚至导致熄火。

文献1介绍了一种半导体制冷雾室系统，通过peltier半导体制冷器件，将雾室降温，将样品气溶胶中的溶剂冷凝，从而达到去除干扰、提高激发源的稳定性等效果。文献2研究了制冷温度和溶剂去除效率的关系，可见制冷温度在去溶剂方面发挥的重要作用。然而，除了制冷温度外，气雾的温度同样在去溶剂方面起到重要作用。

文献1中虽然提到了气雾经过加热后导入制冷雾室，以达到更佳的溶剂去除效果，但没有提供具体可行的方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种紧凑、高效、稳定的半导体加热制冷雾室系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种半导体加热制冷雾室系统，它包括第一热交换器2、半导体制冷片3、第二热交换器4、保温层5、雾室6、雾化器7和流体管路；其中：

第二热交换器4紧密包裹雾室6，对雾室6进行制冷；保温层5紧密包裹第二热交换器4；

半导体制冷片3冷端面和热端面分别与第一热交换器2和第二热交换器4进行热交换完成加热和制冷；

流体管路分别设置在第一热交换器2和雾室6内部：第一热交换器2内的流体管路具有气体加热通道和溶液加热通道，两个加热通道的出端分别与雾化器7的进气端71和进液端72连通；雾室6内部的流体管路具有入口、排液口和气溶胶通道。

所述半导体制冷片3的冷端面和热端面分别通过导热硅脂与第一热交换器2和第二热交换器4紧密连接；第一热交换器2对应半导体制冷片3的热端面、吸收半导体制冷片3产生的热量进行加热；半导体制冷片3的冷端面对应第二热交换器4，吸收第二热交换器4的热量进行制冷。

所述第一热交换器2和第二热交换器4内设置有第一温度计8和第二温度计9。

所述第一温度计8布置在溶液和气流的出口附近。

所述第一热交换器2的气体通道前端设置有质量流量控制器1。

所述质量流量控制器1的流量控制范围为0-2l/min。

第一热交换器2内气体加热通道和溶液加热通道的加热温度为从30℃至100℃连续可调。

所述雾室6内部的流体管路为一个贯通的管体，入口位于雾室6内部的管体侧面，排液口11和气溶胶通道10位于雾室6外面的管体下端和上端。

所述雾室6是旋流雾室或者scott双通道雾室。

雾化器7是气动型或非气动型雾化器。

当雾化器7是气动型雾化器时，与气体质量流量控制器1配合。

所述第二温度计9和第一温度计8的温度差为从5℃至120℃连续可调，控制精度±0.2℃。

所述第二温度计9的温度为20℃至-20℃连续可调，控制精度±0.3℃。

所述第一热交换器2由铜或铝材料制成，其中的溶液加热通道内有耐腐蚀保护层。

所述第一热交换器2的一面与半导体制冷片3的热端面相连，另一面暴露在空气中，并设置有散热用风扇。

所述第一热交换器2的散热用风扇是可调速风扇。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的半导体加热制冷雾室系统利用半导体制冷器件的冷端实现雾室的制冷，同时利用半导体制冷器件的热端实现溶液和气体的加热，系统设计紧凑，运行高效；并且可以把制冷和加热的温度差作为控制对象，系统去溶剂效果更稳定，从而实现更佳的仪器稳定性。

与现有技术(文献1)相比，本实用新型的改进在于：一、通过利用半导体制冷片的热端对气体和溶液进行加热，充分利用系统多余能量，节能高效；二、融合气体质量流量控制器到系统中，既实现了雾化器供气的精准控制，又实现了气体的加热，系统设计紧凑；三、在半导体制冷片的冷端和热端增加温度计，既可以将制冷温度作为控制目标，又可以将制冷和加热的温度差作为控制目标，实现更好更稳定的去溶剂效果。

附图说明

图1为本实用新型的半导体加热制冷雾室系统的结构示意图。

具体实施方式

参照图1所示，本实用新型提供的半导体加热制冷雾室系统，包括：气体质量流量控制器1，第一热交换器2，半导体制冷片3，第二热交换器4，保温层5，雾室6，雾化器7，第一温度计8，第二温度计9。

雾化气供气至气体质量流量控制器1的输入端，气体质量流量控制器1输出某一设定流量的气体至第一热交换器2的气体输入端，气体经过加热后，从第一热交换器2的气体输出端进入雾化器7的进气端71，作为雾化器7的雾化动力气。

溶液从第一热交换器2的溶液输入端进入，经过加热后，从第一热交换器2的溶液输出端输出至雾化器7的进液端72，然后在雾室6内被雾化。

在光谱仪和质谱仪中，雾化气通常是ar气，连接气体质量流量控制器1的输入端，气体质量流量控制器1可以控制ar气的流量，这一路气通常也叫载气。气体质量流量控制器1既可以是机械旋钮式手动可调的，也可以是电控可调的。

气体流量的选择在于取得较好的雾化效率，使得仪器的灵敏度或稳定性最佳。在光谱仪和质谱仪中，最佳流量在0到2l/min范围内；

雾化气从第一热交换器2的气体输入端进入，在第一热交换器2内被加热后，输出给雾化器7。雾化气既作为雾化器7的雾化动力气，也用于将雾推送出雾室6，当雾化器7是非气动型雾化器时(例如是超声雾化器)，雾化气仅用于将雾推送出雾室6。

因此，优选的，雾化器7是气动型的雾化器，与气体质量流量控制器1结合，可以实现稳定的雾化效率和紧凑的结构设计。但是，如果雾化器7是非气动型雾化器时，并不影响本系统的去溶剂效果。

第一热交换器2的一面与半导体制冷片3的热端面通过导热硅脂紧密相连，吸收半导体制冷片3产生的热量。

半导体制冷片3的冷端面通过导热硅脂与第二热交换器4的一面紧密相连，吸收第二热交换器4的热量，进行制冷。

第二热交换器4紧密包裹着雾室6，对雾室6进行制冷。

保温层5紧密包裹着第二热交换器4，达到保温效果及减少外界温度变化的干扰。

优选的，第一热交换器2内既有气体通道可以对气体加热，又有溶液加热通道，可以对溶液进行加热。

第一热交换器2的一面与半导体制冷片3的热端面通过导热硅脂紧密相连，吸收半导体制冷片3产生的热量；另一面暴露在空气中，与空气形成热对流，把多余的热量散走。优选的，可以添加风扇，加强散热效果。进一步优选的，风扇是可调速风扇。

第一热交换器2通常由导热性能良好的铜或铝制成，在铜或铝内镂空即可实现气体的加热通道；而溶液通常是含酸的腐蚀性液体，不能直接接触第一热交换器2。所以溶液加热通道宜采用包裹溶液管道(溶液管道通常由聚四氟材料构成)的方式，对溶液进行间接加热。加热温度从30℃至100℃连续可调。

优选的，质量流量控制器1必须在第一热交换器2的前端，可以有效避免高温气流对质量流量控制器的干扰，实现雾化气流量的精准控制。质量流量控制器1的流量控制范围：0-2l/min。

当半导体制冷片3正常工作时，热量从其冷端面被泵到其热端面，从而第二热交换器4的温度降低，对雾室6形成制冷效果，第一热交换器2的温度升高，对气体和溶液形成加热效果。

加热的气体和溶液通过雾化器7在雾室6内形成热的雾态气溶胶，热雾碰到制冷了的雾室内壁，颗粒较大的雾滴冷凝成废液，从雾室6的排液口11排出，颗粒较小的雾滴从雾室6的气溶胶通道10导出到仪器的火焰激发源，从而实现优异的去溶剂效果。

优选的，雾室6是旋流雾室或者scott双通道雾室，可保证雾流与雾室内部充分接触，达到更好的冷凝效果。

优选的，雾化器7是气动型的雾化器，与气体质量流量控制器1结合，实现稳定的雾化效率和紧凑的结构设计。

保温层5紧密包裹着第二热交换器4，达到保温效果及减少外界温度变化的干扰。

第一温度计8嵌入第一热交换器2内，用于测量第一热交换器2的温度，同时也是测量气体和溶液的加热温度。优选的，第一温度计8布置在离溶液和气流的出口附近，第一温度计8测量的温度更能表征溶液和气体加热后的温度。

第二温度计9嵌入第二热交换器4内，用于测量第二热交换器4的温度，表征雾室6的制冷温度。

当半导体制冷片3正常工作时，热量从其冷端面被泵到其热端面，从而第二热交换器4的温度降低，对雾室6形成制冷效果，第一热交换器2的温度升高，对气体和溶液进行加热。

加热的气体和溶液通过雾化器7在雾室6内形成热的雾态气溶胶，热雾碰到制冷了的雾室6的内壁，颗粒大的雾滴冷凝成废液排走，颗粒小的雾滴保留下来，进入仪器被分析。从而进入仪器分析的气溶胶内溶剂含量得以大大减少，实现优异的去溶剂效果。

光谱仪和质谱仪通常在实验室环境下运行，实验室通常有空调进行恒温控制，但温度通常在±2℃范围内波动。由参考文献2可知，这将造成输出的雾态气溶胶中，溶剂的负载量在±4.6％内波动，气溶胶在±0.70％内波动。

本系统既可以利用第二温度计9，把制冷温度作为控制对象，实现恒定的制冷温度。但这种情况下，不能屏蔽室温波动带来的雾化气和溶液的温度波动问题，从而造成去溶剂效果不够稳定。

所以，优选的是同时用第二温度计9和第一温度计8，把制冷和加热的温度差作为控制对象，实现恒定的加热和制冷温度差，实现更稳定的去溶剂效果。温度差从5℃至120℃连续可调，控制精度±0.3℃，可以控制输出的雾态气溶胶中，溶剂的负载量波动在±0.69％内，气溶胶波动在±0.10％内。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，例如，用第一热交换器2仅对溶液加热或仅对气体加热；增加半导体制冷片3的数量；对溶液管道或者气体管道增加保温层；等等。这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。