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CN107271383B - 一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器 - Google Patents

一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其包括固定套筒，固定套筒底部设置有连接端口，用于与原子化系统传输室连接，固定套筒顶部与原子化器阵列燃烧芯底部连接；气孔阵列座底部套设在固定套筒上部外侧，气孔阵列座顶部与屏蔽筒底部连接，屏蔽筒位于原子化器阵列燃烧芯外部，屏蔽筒与原子化器阵列燃烧芯之间具有距离；气孔阵列座中部位置处内侧设置有一圈凹槽，凹槽与原子化器阵列燃烧芯底部外侧壁构成辅气通路；辅气管路设置在气孔阵列座一侧，并与辅气通路连接；位于辅气通路上方，在气孔阵列座上还间隔设置有若干辅气孔。本发明原子化效率较高、原子化火焰稳定，并能量化生产，可广泛在原子光谱分析仪器领域中应用。

Description

一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器
技术领域
本发明涉及一种原子光谱分析仪器领域，特别是关于一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器。
背景技术
火焰原子荧光光谱仪突破了氢化物发生法原子荧光光谱仪原理上的限制，拓展了原子荧光仪器的检测元素，可以测试Au、Ag、Cu、Cd、Zn、Cr、Co、Ni、Pb、Fe、In、Mn、Hg、Te等元素，特别是在测试微量金方面，取得了显著的成果。用火焰法测试Au时，其灵敏度已经超过石墨炉原子吸收方法，并且线性范围大大超过石墨炉原子吸收方法，但其运行费用却远远低于石墨炉原子吸收方法。
火焰原子荧光光谱仪检测范围宽，完全能够满足更多微量元素的测试，并将替代部分进口原子光谱仪器。被广泛应用于冶金、矿山、地质找矿、应急事件处理、石油化工、轻工、农林、土肥、环保、饲料、生物、医药、卫生疾控、科研、教学、食品、保健品、环境以及电子电器等各个领域的重金属、贵金属和有色金属元素的测定。
阵列火焰汇聚式原子化器是火焰原子荧光光谱仪原子化系统的核心零部件，其作用是使样品元素在原子化火焰中被原子化。市面上已有的火焰原子荧光光谱仪双层多头火焰燃烧器存在以下缺点：1、工艺上采用的是纯手工工艺，整个燃烧器为一体结构，加工效率低下，难于量产。2、燃烧头角度(四个燃烧头向中心汇聚)难以保持一致，角度不一致时导致小火焰组成的大火焰结构不对称，影响原子化效率。3、燃烧头进气口尺寸难以保持一致，燃烧头进气口尺寸不一致时容易导致回火，在传输室内产生爆炸，存在危险性；燃烧头进气口尺寸不一致时小火焰大小不一致，导致小火焰组成的大火焰结构不对称，影响原子化效率。4、辅气进气孔位置不合理，辅气采用围绕燃烧头的方式，辅气除了包围保护大火焰的同时，在圆心处从大火焰底部影响大火焰的稳定性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其原子化效率较高、原子化火焰稳定，并可以量化生产。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于包括：固定套筒、原子化器阵列燃烧芯、气孔阵列座、屏蔽筒和辅气管路；所述固定套筒底部设置有连接端口，用于与原子化系统传输室连接，所述固定套筒顶部与所述原子化器阵列燃烧芯底部连接；所述气孔阵列座底部套设在所述固定套筒上部外侧，所述气孔阵列座顶部与所述屏蔽筒底部连接，所述屏蔽筒位于所述原子化器阵列燃烧芯外部，所述屏蔽筒与所述原子化器阵列燃烧芯之间具有距离；所述气孔阵列座中部位置处内侧设置有一圈凹槽，所述凹槽与所述原子化器阵列燃烧芯底部外侧壁构成辅气通路；所述辅气管路设置在所述气孔阵列座一侧，并与所述辅气通路连接；位于所述辅气通路上方，在所述气孔阵列座上还间隔设置有若干辅气孔。
进一步，所述固定套筒采用倒T型结构，其横向端用于连接传输室，竖向端用于连接所述原子化器阵列燃烧芯。
进一步，所述气孔阵列座采用空心结构，所述原子化器阵列燃烧芯与所述固定套筒连接后穿过所述气孔阵列座的空心部；所述气孔阵列座两端均设置有连接槽，底部所述连接槽套设在所述固定套筒的竖向端外侧，顶部所述连接槽用于嵌设所述屏蔽筒；所述辅气通路位于两所述连接槽之间的所述气孔阵列座上；若干所述辅气孔均布在所述气孔阵列座的顶部连接槽内，位于所述屏蔽筒与所述原子化器阵列燃烧芯之间。
进一步，所述气孔阵列座一侧设置有通孔，所述辅气管路通过所述通孔与所述辅气通路连接。
进一步，所述原子化器阵列燃烧芯中心位置处设置有一个第一燃烧头，围绕所述第一燃烧头间隔设置有多个第二燃烧头，且各所述第二燃烧头及所述第一燃烧头均垂直设置，经过所述第一燃烧头和第二燃烧头的燃气和样品气溶胶形成陈列火焰，所述阵列火焰汇聚形成原子化火焰。
进一步，所述第二燃烧头呈圆形均匀分布。
进一步，所述第一燃烧头和第二燃烧头均采用圆柱型结构；所述第一燃烧头的直径大于等于所述第二燃烧头的直径。
进一步，所述第一燃烧头和第二燃烧头均采用机械加工制成。
进一步，所述第一燃烧头和第二燃烧头的半径以及原子化器阵列燃烧芯的半径设置方法为：1)所述第一燃烧头和第二燃烧头直径相等时，第一燃烧头和第二燃烧头的孔径根据《分析化学手册-光谱分析》中的各种火焰性能表进行设置，同时要满足阵列火焰符合燃烧条件，则所述第一燃烧头和第二燃烧头半径需满足以下条件：
式中，Q1为空气流量，Q2为燃气流量，n为所述第一燃烧头和第二燃烧头的总数量，r2为所述第一燃烧头和第二燃烧头的半径；2)所述第一燃烧头与所述第二燃烧头组合后形成的原子化火焰需要不符合燃烧条件，否则原子化火焰会大于原子化器阵列燃烧芯的外径，则所述原子化器阵列燃烧芯的半径r1需满足以下两个条件中的一个：
条件一：
条件二：
进一步，当所述第一燃烧头和第二燃烧头数量为9个时，空气流量为6000mL/min，燃气流量为200mL/min，则所述原子化器阵列燃烧芯的半径r1取值为11mm，所述第一燃烧头和第二燃烧头的半径取值范围为：2.11mm<r2<2.92mm。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的原子化器阵列燃烧芯采用机械加工工艺，整个阵列火焰汇聚式原子化器采用固定套筒、原子化器阵列燃烧芯、气孔阵列座、屏蔽筒和辅气管路组装而成，加工效率高，可以量化生产。2、本发明第一燃烧头和第二燃烧头均垂直设置，使燃烧角度保持一致垂直向上，且第二燃烧头呈圆形均匀分布，保证由陈列火焰组成的原子化火焰结构对称，提高了原子化效率，并且火焰原子化器整体水平安装角度不限(水平面上旋转角度)。3、本发明原子化器阵列燃烧芯的进气口尺寸由于机械加工方式保持一致，避免了回火的发生，安全性得到了提高；各燃烧头的阵列火焰大小一致，组成的原子化火焰稳定。4、本发明采用辅气围绕原子化器阵列燃烧芯，辅气只包围原子化火焰，对阵列火焰没有影响，提高了原子化火焰的稳定性。5、本发明采用由陈列火焰构成原子化火焰，使火焰温度得到了提高,进而提高了原子化效率。6、本发明的原子化器阵列燃烧芯采用多孔结构，即由多个第二燃烧头和第一燃烧头构成，多孔的设置可以平均个别孔位火焰不稳定带来的影响，进一步提高了火焰稳定性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明的阵列火焰和原子化火焰示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明提供一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其包括固定套筒1、原子化器阵列燃烧芯2、气孔阵列座3、屏蔽筒4和辅气管路5。固定套筒1底部设置有连接端口，用于与原子化系统传输室连接，固定套筒1顶部与原子化器阵列燃烧芯2底部连接，传输室内混合均匀的燃气和样品气溶胶经固定套筒1进入原子化器阵列燃烧芯2。气孔阵列座3底部套设在固定套筒1上部外侧，气孔阵列座3顶部与屏蔽筒4底部连接，用于固定屏蔽筒4。屏蔽筒4位于原子化器阵列燃烧芯2外部，与原子化器阵列燃烧芯2构成套筒结构，并由固定套筒1和气孔阵列座3使屏蔽筒4与原子化器阵列燃烧芯2之间具有距离。气孔阵列座3中部位置处内侧设置有一圈凹槽，凹槽与原子化器阵列燃烧芯2底部外侧壁构成辅气通路6；辅气管路5设置在气孔阵列座3一侧，并与辅气通路6连接。位于辅气通路6上方，在气孔阵列座3上还间隔设置有若干辅气孔7，各辅气孔7均与辅气通路6连通，将辅气均匀的输送到原子化器阵列燃烧芯2和屏蔽筒4之间的空间内，不进入原子化器阵列燃烧芯2内部。其中，辅气为空气。
上述实施例中，固定套筒1采用倒T型结构，其横向端用于连接传输室，竖向端用于连接原子化器阵列燃烧芯2。
上述各实施例中，气孔阵列座3采用空心结构，原子化器阵列燃烧芯2与固定套筒1连接后穿过气孔阵列座3的空心部。气孔阵列座3两端均设置有连接槽，底部连接槽套设在固定套筒1的竖向端外侧，顶部连接槽用于嵌设屏蔽筒4；辅气通路6位于两连接槽之间的气孔阵列座3上。若干辅气孔7均布在气孔阵列座3的顶部连接槽内，位于屏蔽筒4与原子化器阵列燃烧芯2之间。
上述各实施例中，在气孔阵列座3一侧设置有通孔，该通孔与辅气管路5连通；辅气管路5通过通孔与辅气通路6连接。
上述各实施例中，如图3所示，原子化器阵列燃烧芯2中心位置处设置有一个第一燃烧头8，围绕第一燃烧头8间隔设置有多个第二燃烧头9，且各第二燃烧头9及第一燃烧头8均垂直设置，经过第一燃烧头8和第二燃烧头9的燃气和样品气溶胶形成陈列火焰10，阵列火焰汇聚形成原子化火焰11，通过屏蔽筒4保护阵列火焰和原子化火焰11，屏蔽火焰与外界气体的接触，而且辅气12由若干辅气孔7进入屏蔽筒4与原子化器阵列燃烧芯2之间的空间，围绕在原子化火焰11周围，同时不进入原子化火焰11内部，能够保护原子化火焰11的火焰形状和火焰稳定性。其中，第二燃烧头9的设置数量为偶数个，且呈圆形均匀分布，进而使火焰更加稳定。在一个优选地实施例中，第二燃烧头9的设置数量为八。
上述实施例中，第一燃烧头8和第二燃烧头9均采用圆柱型结构；第一燃烧头8的直径大于等于第二燃烧头9的直径。
上述各实施例中，第一燃烧头8和第二燃烧头9均可采用机械加工制成。
上述实施例中，第一燃烧头8和第二燃烧头9的半径以及原子化器阵列燃烧芯2半径设置方法为：
1)第一燃烧头8和第二燃烧头9直径相等时，第一燃烧头8和第二燃烧头9的孔径根据《分析化学手册-光谱分析》中的各种火焰性能表(预混型火焰)进行设置，同时要满足阵列火焰符合燃烧条件，其中空气丙烷混合气体的最大燃烧速度为82cm/s，最小燃烧速度为43cm/s，则第一燃烧头8和第二燃烧头9半径r2需满足以下条件：
式中，Q1为空气流量，Q2为燃气流量，n为第一燃烧头8和第二燃烧头9总数量，r2为第一燃烧头8和第二燃烧头9的半径。
当第一燃烧头8和第二燃烧头9数量一共为9个时，空气流量为6000mL/min，燃气流量为200mL/min，则第二燃烧头9半径取值范围为：2.11mm<r2<2.92mm。
2)第一燃烧头8与第二燃烧头9组合后形成的原子化火焰11需要不符合燃烧条件，否则原子化火焰11会大于原子化器阵列燃烧芯2的外径，则原子化器阵列燃烧芯2的半径r1需满足以下两个条件中的一个即可：
条件一：
条件二：
当第一燃烧头8和第二燃烧头9数量一共为9个时，空气流量为6000mL/min，燃气流量为200mL/min，则原子化器阵列燃烧芯2的半径r1取值为11mm。
使用时，燃气和样品气溶胶经过传输室混匀后，由固定套筒1进入原子化器阵列燃烧芯2，在原子化器阵列燃烧芯2上方燃烧形成阵列火焰，阵列火焰汇聚形成原子化火焰11，样品元素在原子化火焰11中被原子化，再被空心阴极灯照射后，激发产生原子荧光信号，用于测量。辅气经过气孔阵列座3进入原子化器阵列燃烧芯2和屏蔽筒4之间，气孔阵列座3内的辅气孔7使辅气均匀的围绕在原子化火焰11周围，同时不进入原子化火焰11内部，能够保护原子化火焰11的火焰形状和火焰稳定性。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于包括：固定套筒、原子化器阵列燃烧芯、气孔阵列座、屏蔽筒和辅气管路；所述固定套筒底部设置有连接端口，用于与原子化系统传输室连接，所述固定套筒顶部与所述原子化器阵列燃烧芯底部连接；所述气孔阵列座底部套设在所述固定套筒上部外侧，所述气孔阵列座顶部与所述屏蔽筒底部连接，所述屏蔽筒位于所述原子化器阵列燃烧芯外部，所述屏蔽筒与所述原子化器阵列燃烧芯之间具有距离；所述气孔阵列座中部位置处内侧设置有一圈凹槽，所述凹槽与所述原子化器阵列燃烧芯底部外侧壁构成辅气通路；所述辅气管路设置在所述气孔阵列座一侧，并与所述辅气通路连接；位于所述辅气通路上方，在所述气孔阵列座上还间隔设置有若干辅气孔；
所述原子化器阵列燃烧芯中心位置处设置有一个第一燃烧头，围绕所述第一燃烧头间隔设置有多个第二燃烧头，且各所述第二燃烧头及所述第一燃烧头均垂直设置，经过所述第一燃烧头和第二燃烧头的燃气和样品气溶胶形成陈列火焰，所述阵列火焰汇聚形成原子化火焰；
所述第一燃烧头和第二燃烧头均采用圆柱型结构；所述第一燃烧头的直径大于等于所述第二燃烧头的直径。
2.如权利要求1所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：所述固定套筒采用倒T型结构，其横向端用于连接传输室，竖向端用于连接所述原子化器阵列燃烧芯。
3.如权利要求2所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：所述气孔阵列座采用空心结构，所述原子化器阵列燃烧芯与所述固定套筒连接后穿过所述气孔阵列座的空心部；所述气孔阵列座两端均设置有连接槽，底部所述连接槽套设在所述固定套筒的竖向端外侧，顶部所述连接槽用于嵌设所述屏蔽筒；所述辅气通路位于两所述连接槽之间的所述气孔阵列座上；若干所述辅气孔均布在所述气孔阵列座的顶部连接槽内，位于所述屏蔽筒与所述原子化器阵列燃烧芯之间。
4.如权利要求1所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：所述气孔阵列座一侧设置有通孔，所述辅气管路通过所述通孔与所述辅气通路连接。
5.如权利要求1所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：所述第二燃烧头呈圆形均匀分布。
6.如权利要求1所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：所述第一燃烧头和第二燃烧头均采用机械加工制成。
7.如权利要求1所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：所述第一燃烧头和第二燃烧头的半径以及原子化器阵列燃烧芯的半径设置方法为：1)所述第一燃烧头和第二燃烧头直径相等时，第一燃烧头和第二燃烧头的孔径根据《分析化学手册-光谱分析》中的各种火焰性能表进行设置，同时要满足阵列火焰符合燃烧条件，则所述第一燃烧头和第二燃烧头半径需满足以下条件：
式中，Q1为空气流量，Q2为燃气流量，n为所述第一燃烧头和第二燃烧头的总数量，r2为所述第一燃烧头和第二燃烧头的半径；2)所述第一燃烧头与所述第二燃烧头组合后形成的原子化火焰需要不符合燃烧条件，否则原子化火焰会大于原子化器阵列燃烧芯的外径，则所述原子化器阵列燃烧芯的半径r1需满足以下两个条件中的一个：
条件一：
条件二：
8.如权利要求7所述的一种用于火焰原子荧光光谱仪的阵列火焰汇聚式原子化器，其特征在于：当所述第一燃烧头和第二燃烧头数量为9个时，空气流量为6000mL/min，燃气流量为200mL/min，则所述原子化器阵列燃烧芯的半径r1取值为11mm，所述第一燃烧头和第二燃烧头的半径取值范围为：2.11mm<r2<2.92mm。
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