CN103439316A - 气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统，包括试样引入装置、雾化器和雾室，所述的试样引入装置主要由容器、与容器气密连接的容器盖、试样管和进样气管组成；所述的雾化器为具有内管和外管的双层结构，所述的内管为毛细管，在毛细管上套有一不锈钢管，该毛细管的一端伸出雾化器且气密地穿过试样引入装置中的容器盖伸入试样管内；所述雾化器喷口的内径为0.3～0.4mm，所述毛细管的外径为雾化器喷口内径的90～95%，所述毛细管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离为0.2～0.4mm；所述的雾室具有两个端口，其中一个端口与雾化器的外管气密性连接，另一个端口与原子光谱仪或等离子体质谱仪的进样端连接。

Description

气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统

技术领域

本发明涉及一种进样系统，具体涉及气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统。

背景技术

现有原子吸收光谱仪、等离子体质谱仪等分析仪器的进样系统主要包括试样引入装置、雾化器和雾室。但现有进样系统雾化器的雾化效率均不高，雾化效率通常在1～3%左右，因此雾化室除了开设有与雾器连接的端口以及与仪器光源连接的端口之外，还开设有废液排放口，大的雾滴通过该排放口排出雾室，如此一来，由于雾化效率不高，一方面需要更大的进样量才能完成检测(现有技术中通常的进样量在10mL左右)，导致检测成本增加，另外，当样品溶液较少时无法完成检测任务；另一方面，由于雾化效率低，造成较多废液的排放，不环保。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统。该进样系统结构简单、样品需求量少、雾化效率高且零废液排放。

本发明所述的气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统，包括试样引入装置、雾化器和雾室，其中：

所述的试样引入装置包括一容器及与该容器气密连接的容器盖，容器内置有用于装样品溶液的试样管，进样气管的一端气密地穿过容器盖伸入容器内，其另一端与进样气源连接；

所述的雾化器为具有内管和外管的双层结构，外管上连接有一载气管；所述的内管为毛细管，在毛细管上套有一不锈钢管，该毛细管的一端伸出雾化器且气密地穿过试样引入装置中的容器盖伸入试样管内；所述雾化器喷口的内径为0.3～0.4mm，所述毛细管的外径为雾化器喷口内径的90～95%，所述毛细管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离为0.2～0.4mm；

所述的雾室具有两个端口，其中一个端口与雾化器的外管气密性连接，另一个端口通过管路与原子光谱仪或等离子体质谱仪的进样端连接。

上述技术方案的试样引入装置中，可以在容器底部固接一个支撑环，将所述的试样管置于该支撑环中，以保持其与容器的相对固定。所述的进样气源通常为氩气，可以通过氩气罐(氩气钢瓶)提供。

上述技术方案中，所述毛细管的内径优选为50～100μm。所述雾化器喷口的内径优选为0.33～0.38mm，所述毛细管的外径优选为雾化器喷口内径的90～92%，所述毛细管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离优选为0.3mm。所述不锈钢管为微型不锈钢管，其口径稍大于毛细管的外径，主要起固定、保护毛细管的作用，以免毛细管受从载气管中喷出的气流冲击而引起毛细管的位置改变继而影响雾化效率。所述不锈钢管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离为1.3～2.3mm，优选为1.5～2.0mm，其另一端向后延伸至超出雾化器的进样端，一般是延伸至外管的覆盖范围之外。所述雾化器的进样端的外管内壁和内管(即毛细管)外壁之间设有密封圈，如果不锈钢管向后延伸至外管的覆盖范围之外，则雾化器的进样端的外管内壁和不锈钢管外壁之间、不锈钢管内壁与内管外壁之间均设有密封圈，也可以用其它可实现密封的零部件代替密封圈。在本发明技术方案中，所述毛细管的长度越短、内径越小，检测时需要的进样量就越少。优选的毛细管长度在50cm左右，更优选是在20～35cm。

上述技术方案中，所述的雾室只有两个端口，可以采用塑料、玻璃等材质制作；雾室形状大小可根据需要调整。具体地，与雾化器连接的端口则根据雾化器的外管的大小确定，与原子光谱仪或等离子体质谱仪连接的端口则根据仪器的样品引入端的尺寸确定。优选地，将雾化室设计成锥形，其中大口径端口与雾化器的外管气密性连接，小口径端口直接或者通过管路与原子光谱仪或等离子体质谱仪的样品端连接。

在上述限定条件下，本发明所述系统与原子光谱仪或等离子体质谱仪联用时，进样量通常在10μL左右，甚至在5μL即可完成检测。

与现有技术相比，本发明所述进样系统的特点在于：

雾化器选用更小内径的毛细管作为内管，同时用不锈钢管对其进行加固、保护，以防止载气管气流的影响，再结合特别限定的雾化器喷口的内径、毛细管的外径以及毛细管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离等特点，使本发明所述进样系统的雾化效率达99%以上；又由于雾化效率高，毛细管内径小且长度较短，使得本进样系统与各光谱分析仪联用时进样量只需5μL即可完成检测任务，检测成本低，样品用量少；再者由于雾化效率高，没有废液排放，因此，本发明所述进样系统中的雾室无需开设废液排放口，实现了零排放。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图；

图2为图1所示实施方式中雾化器的结构示意图；

图3为将本发明所述进样系统与微波等离子体原子发射光谱仪联用时，测定钙溶液(40mg/L)的强度及亚沸水中钙强度的曲线，其中a表示钙溶液(40mg/L)，b表示亚沸水。

图中标号为：

1进样气源；2阀门；3双表头压力表；4乳胶管；5三通旋塞；6进样气管；7容器盖；8容器；9支撑环；10试样管；11载气管；12毛细管；13不锈钢管；14密封圈；15外管；16喷口；17雾室；H表示毛细管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离；G表示不锈钢管靠近喷口一端的端头与喷口之间的距离。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的进样系统包括试样引入装置、雾化器和雾室17，其中：

所述的试样引入装置主要由容器8、与该容器8气密连接的容器盖7、用于盛装样品溶液的试样管10、进样气源1和进样气管6组成，在容器8底部固接有一个圆柱形的支撑环9，所述的试样管10置于该支撑环9中；所述进样气源1的出口处设有双表头压力表3，所述进样气管6的一端气密地穿过容器盖7伸入容器8内，其另一端上接有一三通旋塞5，该三通旋塞5的一个接口通过乳胶管4与工作气源出口处的双表头压力表3连接，另一个接口与大气连通(进样时处于关闭，进样完成后与大气相通)；

所述的雾化器为具有内管和外管15的双层结构，外管15(通常为玻璃材质)上连接有一载气管11，该载气管11通过乳胶管4与进样气源1出口处的双表头压力表3连接；所述的内管为一毛细管12，在毛细管12上套有一微型不锈钢管13，该毛细管12的一端伸出雾化器的进样端且气密地穿过试样引入装置中的容器盖7并伸入置于容器8中的试样管10内，所述的微型不锈钢管13向后伸出雾化器的进样端(相当于向后延伸至外管15的覆盖范围之外)；所述雾化器喷口16的内径为0.3～0.4mm，所述毛细管12的外径为雾化器喷口16内径的90～95%，所述毛细管12靠近喷口16一端的端头与喷口16之间的距离H为0.2～0.4mm；所述雾化器的进样端的外管15内壁和微型不锈钢管13外壁之间、不锈钢管13内壁与内管(即毛细管12)外壁之间均设有密封圈14，以实现进样端处外管15内壁和微型不锈钢管13外壁之间的密封性，以及不锈钢管13内壁与内管(即毛细管12)外壁之间的密封性；

所述的雾室17呈锥形，具有两个端口，一个大，一个小，其中的大口径端口与雾化器的外管15气密性连接(两者之间设有密封圈14)；小口径端口直接或者通过管路与原子光谱仪或等离子体质谱仪的进样端连接(其大小根据与原子光谱仪或等离子体质谱仪进样端口的尺寸确定)。

上述实施方式中，所述的进样气为氩气，进样气源1可以通过氩气罐(氩气钢瓶)提供，通常情况下，进样时的进气压力通常为0.03～0.05MPa。所述作为雾化器内管的毛细管12的内径优选为50～100μm，其长度优选在50cm左右，更优选是在20～35cm。所述雾化器喷口16的内径优选为0.33～0.40mm，所述毛细管12的外径优选为雾化器喷口16内径的90～92%，所述毛细管12靠近喷口16一端的端头与喷口16之间的距离H优选为0.2～0.4mm。所述微型不锈钢管13的口径稍大于毛细管12的外径，主要起固定、保护毛细管12的作用，以免毛细管12受从载气管11中喷出的气流冲击而引起毛细管12的位置改变。所述微型不锈钢管13靠近喷口16一端的端头与喷口16之间的距离G为1.3～2.3mm，优选为1.5～2.0mm。

申请人在具体做实验时，上述系统中雾化器等的尺寸如下述，并对下述尺寸的进样系统的稳定性及雾化效率进行了试验，具体如下：

雾化器外管15内径为0.6cm、长为8cm，其喷口16的内径为0.4mm，雾化器内管即毛细管12的外径为365μm、内径为100μm、其长度为30cm，套在毛细管12上的微型不锈钢管13内径为0.4cm、外径为0.5cm、长为8cm；所述毛细管12靠近喷口16一端的端头与喷口16之间的距离H为0.3mm，所述微型不锈钢管13靠近喷口16一端的端头与喷口16之间的距离G为1.7mm。连接三通旋塞5与进样气源1的乳胶管4内径为0.2cm、外径为0.4cm；连接载气管11的乳胶管4的内径为0.2cm、外径为0.4cm。

1、进样系统的稳定性

将上述进样系统与微波等离子体原子发射光谱仪联用，在微波等离子体原子发射光谱仪的微波功率为110W，倍增管高压为800V，工作气流速为0.9L/min；进样系统的载气流速为0.9L/min，进样压力为0.03MPa的条件下，采用5μL/min的进样流速，测定钙溶液(40mg/L)2小时，同样条件测定亚沸水2小时，结果如图3所示，其中40mg/L钙溶液平均强度为3605（扣除空白值后的强度），相对标准偏差为0.98%；亚沸水中钙强度为600，相对标准偏差（RSD）为0.93%。

从图3可知，钙的发射强度分布比较集中，稳定性较好，RSD小于1%。这不仅充分体现了本发明所述进样系统与微波等离子体原子发射光谱仪联用的可行性，而且也为本发明所述进样系统与其他光谱仪的联用研究奠定了坚实的基础。

在采用将本发明所述进样系统与微波等离子体原子发射光谱仪联用测定上述浓度的钙溶液的同时，也将上述浓度的钙溶液采用MPT-AES(1020型，吉林长春小天鹅仪器厂)进行了测定，测定条件与前述相同，均为：在微波功率为110W，倍增管高压为800V，工作气流速为0.9L/min，载气流速为0.9L/min，自吸式进样(进样流速为872μL/min)，传输管道加热，后冷凝，浓硫酸干燥等复杂过程进样。其对照结果如表1所示。

表1本发明进样系统与MPT-AES商品仪器进样系统的比较

由表1可知，本发明所需样品用量只为MPT-AES样品量的千分之二，且测量精度较好。

2、进样系统的雾化效率

雾化效率（NE）按照如下公式计算：

雾化效率(NE)={[（m1－m2）－（M2－M1）]÷（m1－m2）}×100%

工作中，m1为进样前溶液的质量，m2为进样一定时间后的溶液质量（本实验使用2、3和5小时进样时间），M1为进样前的雾化室质量，M2为进样一定时间后的雾化室质量（这里进样时间与m2相同）。

本实验中，进样时间t为2、3和5小时，所得雾化效率如表2所示。

表2进样系统的雾化效率

3、进样系统的记忆效应

进样系统的记忆效应是进样后残留在进样管道、雾化器及雾化室等内壁上的待测组分所造成的。如果清洗不完全将对后面的测量结果偏高。进样系统的记忆效应常采用如下公式计算：

记忆效应（RE）=[(清洗一定时间后的待测组分强度-空白值)/(待测组分的强度-空白值)]×100%

本发明所述的进样系统记忆效应采用如下方法测量：在进样前用亚沸水清洗进样系统1小时，进样压力为0.03MPa，然后测量亚沸水的钙强度（本发明测得的亚沸水的钙强度平均值为600（n=10），即空白值），再改用钙标准溶液进样（钙浓度为40mg/L），进样30分钟后测量其钙标准溶液的钙强度平均值为4205（n=10），再改进亚沸水1分钟后，测量钙的平均强度为605（n=10），按照上述公式计算本发明的记忆效应为0.14%。一般微量分析要求测量误差在5%左右就能满足要求，而本发明的记忆效应误差远小于结果测量误差。因此，使用本发明的进样系统通过清洗1分钟就能完全达到清洗要求。

Claims (4)

1.气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统，包括试样引入装置、雾化器和雾室(17)，其特征在于：

所述的试样引入装置包括一容器(8)及与该容器(8)气密连接的容器盖(7)，容器(8)内置有用于装样品溶液的试样管(10)，进样气管(6)的一端气密地穿过容器盖(7)伸入容器(8)内，其另一端与进样气源(1)连接；

所述的雾化器为具有内管和外管(15)的双层结构，外管(15)上连接有一载气管(11)；所述的内管为毛细管(12)，在毛细管(12)上套有一不锈钢管(13)，该毛细管(12)的一端伸出雾化器且气密地穿过试样引入装置中的容器盖(7)伸入试样管(10)内；所述雾化器喷口(16)的内径为0.3～0.4mm，所述毛细管(12)的外径为雾化器喷口(16)内径的90～95%，所述毛细管(12)靠近喷口(16)一端的端头与喷口(16)之间的距离(H)为0.2～0.4mm；

所述的雾室(17)具有两个端口，其中一个端口与雾化器的外管(15)气密性连接，另一个端口直接或者通过管路与原子光谱仪或等离子体质谱仪的进样端连接。

2.根据权利要求1所述的气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统，其特征在于：所述毛细管(12)的内径为50～100μm。

3.根据权利要求1所述的气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统，其特征在于：所述不锈钢管(13)靠近喷口(16)一端的端头与喷口(16)之间的距离(G)为1.3～2.3mm。

4.根据权利要求1所述的气压型零废液排放原子光谱或等离子体质谱进样系统，其特征在于：所述的雾室(17)呈锥形，其大口径端口与雾化器的外管(15)气密性连接，小口径端口直接或者通过管路与原子光谱仪或等离子体质谱仪的进样口连接。

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