專利名稱:一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，包括：進(jìn)樣系統(tǒng)，電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，光路收集和濾光分選系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述進(jìn)樣系統(tǒng)將樣品引入電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)進(jìn)行輝光放電發(fā)出元素光譜，由所述光路收集和濾光分選系統(tǒng)采集并傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，最后由所述控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示與采集，所述控制系統(tǒng)控制進(jìn)樣系統(tǒng)、電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)、光路收集和濾光分選系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供了一種無需提前酸化樣品，無需載氣，放電更為穩(wěn)定，操作簡便，設(shè)備便宜和體積較小的金屬元素分析裝置。本實(shí)用新型的檢測方法，自動(dòng)檢測，操作簡單，野外適應(yīng)性強(qiáng)，大大提高野外檢測速度和精度。
【專利說明】
一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種金屬元素分析裝置，具體的為一種用于液體樣品在線檢測的體積較小，成本較低，操作簡便的便攜式元素分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在水中金屬元素檢測方面，傳統(tǒng)檢測方法如絡(luò)合滴定法、電化學(xué)法、電感耦合原子發(fā)射光譜法等往往存在著這樣或那樣的缺陷與不足，具體表現(xiàn)為設(shè)備體積龐大、價(jià)格昂貴，預(yù)處理操作復(fù)雜及不易實(shí)現(xiàn)對(duì)水中金屬元素的實(shí)時(shí)連續(xù)檢測，而近幾年興起的電解液輝光放電技術(shù)恰恰可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。其基本結(jié)構(gòu)為:電解質(zhì)溶液通過進(jìn)樣裝置經(jīng)一根豎直導(dǎo)管的一端導(dǎo)出，形成噴泉，而在導(dǎo)出端上方附近用金屬電極加上一定正電壓，從而產(chǎn)生放電等離子體。Webb等從縮小陰極表面積，減小等離子體體積等方面對(duì)放電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，采用“J”型導(dǎo)流式結(jié)構(gòu)，所構(gòu)建的系統(tǒng)放電所需試樣體積減小，且降低了外部電路功率，而系統(tǒng)對(duì)金屬元素的檢測能力則大大提高，可達(dá)到y(tǒng)g/L及以下。
[0003]但是目前針對(duì)電解液輝光放電技術(shù)研究方面，其光譜探測部分均采用光譜儀進(jìn)行采集和處理，比如采用單色分光儀與光電倍增管作為探測器的組合光譜儀或采用便攜式光譜儀等，使得整套檢測設(shè)備體積偏大、成本偏高，降低了依托電解液輝光放電原理的金屬離子檢測儀器的便攜性，從而限制了電解液放電放電光電檢測技術(shù)獲得普遍應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種便攜式金屬元素檢測裝置及其檢測方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，包括:進(jìn)樣系統(tǒng)，電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，光路收集和濾光分選系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng);所述進(jìn)樣系統(tǒng)將樣品引入電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)進(jìn)行輝光放電發(fā)出元素光譜，由所述光路收集和濾光分選系統(tǒng)采集并傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，最后由所述控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示與采集，所述控制系統(tǒng)控制進(jìn)樣系統(tǒng)、電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)、光路收集和濾光分選系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)包括鋰電池與變壓器構(gòu)成的電源、變壓器和輝光放電原子化器。
[0007]所述的進(jìn)樣系統(tǒng)包括兩個(gè)用以分別將未酸化樣品和標(biāo)準(zhǔn)酸溶液栗入緩沖腔的單通道蠕動(dòng)栗，一端與所述的緩沖腔連通另一端連接至電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的毛細(xì)玻璃管的導(dǎo)管，多個(gè)被容納在所述的導(dǎo)管內(nèi)的緩沖球，以及等離子體輔助產(chǎn)生裝置，所述的等離子體輔助產(chǎn)生裝置包括串接在導(dǎo)管和毛細(xì)玻璃管間的氣囊，設(shè)置在所述的氣囊上且與所述的控制系統(tǒng)可控連接的電控注射閥，所述單通道蠕動(dòng)栗的轉(zhuǎn)速分別由所述控制系統(tǒng)控制。
[0008]所述的光路收集和濾光分選系統(tǒng)集成于籠式共軸系統(tǒng)上，包括依次沿光路設(shè)置的雙凸透鏡(2)，空間濾波器(3)，前平凸透鏡、窄帶濾光片和后平凸透鏡，所述的電解液放電等離子體發(fā)出的發(fā)射光譜由位于等離子體后的雙凸透鏡收集并匯聚成像到位于雙凸透鏡
(2)后的空間濾波器(3)，空間濾波器(3)選出等離子體中金屬元素的主要放電發(fā)光區(qū)負(fù)輝光區(qū)，再由位于空間濾波器(3)后f2處的前平凸透鏡(4)將負(fù)輝光區(qū)的平行光式光譜匯聚到窄帶濾光片(5)，再由后平凸透鏡(6)將選定金屬元素特征光譜收集匯聚到位于后平凸透鏡
(6)后的光電倍增管的光敏面上，其中雙凸透鏡的焦距為3cm?10cm，f2為前平凸透鏡的焦距，f2為3cm?10cm，后平凸透鏡結(jié)構(gòu)與前平凸透鏡完全相同，所述雙凸透鏡和平凸透鏡均為熔融石英材料制成。
[0009]數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括光電倍增管、電流放大器和數(shù)據(jù)采集器。
[0010]所述的緩沖球由玻璃或耐酸材料制成，緩沖球放置于水平放置的導(dǎo)管內(nèi)，緩沖球直徑為導(dǎo)管直徑的3/4-4/3。
[0011]所述窄帶濾光片為電動(dòng)濾光片輪上的安裝的窄帶通干涉濾光片，帶寬為5-30nm，且窄帶濾光片的通光中心波長為金屬元素共振線的發(fā)射波長。所述的電動(dòng)濾光片輪與所述的控制系統(tǒng)可控連接以通過控制電動(dòng)濾光片輪選擇對(duì)應(yīng)所測金屬元素的窄帶濾光片濾除其他波段的雜散光，選出金屬元素特征光譜。
[0012]所述空間濾波器為長度為I?5mm、寬度為50μπι?ΙΟΟμπι的光學(xué)狹縫，且空間濾波器上下空間位置可調(diào)。
[0013]所述分析儀中數(shù)據(jù)采集器還具有WiFi和/或藍(lán)牙傳輸功能，所述數(shù)據(jù)采集器存儲(chǔ)測定結(jié)果并通過進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸。
[0014]—種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀的檢測方法，包括以下步驟，
[0015]I)根據(jù)緩沖腔內(nèi)測量的pH值或者未酸化樣品和標(biāo)準(zhǔn)酸溶液的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定值控制兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗的轉(zhuǎn)速以調(diào)整待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)酸溶液的混合比例，使混合后溶液的PH值為I;
[0016]2)混合后溶液在單通道蠕動(dòng)栗的壓力下由緩沖腔進(jìn)入導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)的緩沖球進(jìn)一步消弱溶液的脈動(dòng)；
[0017]3)控制系統(tǒng)控制鋰電池與變壓器構(gòu)成的電源給輝光放電原子化器提供工作電壓并控制電動(dòng)注射閥向下推動(dòng)以壓縮氣囊，加快溶液的流速，使溶液從玻璃毛細(xì)管噴出從而自動(dòng)點(diǎn)火；
[0018]4)控制系統(tǒng)控制電動(dòng)濾光片輪轉(zhuǎn)動(dòng)以選擇對(duì)應(yīng)所測金屬元素的窄帶濾光片濾除其他波段的雜散光，選出金屬元素特征光譜；
[0019]5)控制系統(tǒng)控制安裝電解液放電等離子體激發(fā)光源的三維調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)電解液放電等離子體激發(fā)光源與光路收集和濾光分選系統(tǒng)的相對(duì)位移，獲得金屬元素特征光譜的最佳信號(hào)；
[0020]6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的光電倍增管采集經(jīng)光路收集和濾光分選系統(tǒng)透來的光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)電流放大器放大后由數(shù)據(jù)采集器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙功能將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他終端設(shè)備并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；
[0021]7)重復(fù)步驟4、步驟5和6直至測量出預(yù)定元素的數(shù)據(jù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0023]本實(shí)用新型提供了一種無需提前酸化樣品，無需載氣，放電更為穩(wěn)定，操作簡便，設(shè)備便宜和體積較小的金屬元素分析裝置。
[0024]本實(shí)用新型的檢測方法，自動(dòng)檢測，操作簡單，野外適應(yīng)性強(qiáng)，大大提高野外檢測速度和精度。
【附圖說明】

[0025]圖1所示為本實(shí)用新型的一種便攜式元素分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2所示為進(jìn)樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0028]如圖1-2所示，本實(shí)用新型的一種便攜式元素分析儀包括:進(jìn)樣系統(tǒng)，電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，光路收集和濾光分選系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng);所述的電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)包括鋰電池與變壓器構(gòu)成的電源、變壓器16和輝光放電原子化器1，光路收集和濾光分選系統(tǒng)包括雙凸透鏡2、空間濾波器3、平凸透鏡4和6、以及窄帶濾光片5，所述的光路收集和濾光分選系統(tǒng)包括光電倍增管7和電流放大器8，以及變壓器17，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為具有藍(lán)牙功能的數(shù)據(jù)采集器9，所述的控制線為控制器，如計(jì)算機(jī)10，所述的進(jìn)樣系統(tǒng)包括單通道蠕動(dòng)栗11、12、15、樣品緩沖腔13、進(jìn)樣緩沖和等離子體輔助產(chǎn)生裝置14，即單通道蠕動(dòng)栗11、12、15，樣品緩沖腔13，以及進(jìn)樣緩沖和等離子體輔助產(chǎn)生裝置14組成分析儀的進(jìn)樣系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)中的單通道蠕動(dòng)栗11、12、15以及等離子體輔助產(chǎn)生裝置的動(dòng)作由控制系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)10控制。
[0029]分析儀的電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)由電解液輝光放電原子化器I和變壓器16組成，外加12V鋰電池提供一輸入電壓，通過變壓器16輸出的高壓給放電系統(tǒng)提供一個(gè)工作電壓，變壓器的輸出電壓受控于計(jì)算機(jī)10。即，整個(gè)元素分析儀由12V鋰電池供電。鋰電池和變壓器為輝光放電原子化器提供工作電壓，對(duì)由進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)入的樣品進(jìn)行輝光放電，產(chǎn)生放電等離子體，發(fā)出元素特征光譜。
[0030]雙凸透鏡2、空間濾波器3、平凸透鏡4和6、窄帶濾光片5組成的光路收集和濾光分選系統(tǒng)對(duì)元素特征譜線進(jìn)行采集，并由光電倍增管7、電流放大器8、具有藍(lán)牙功能的數(shù)據(jù)采集器9組成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將光學(xué)系統(tǒng)收集的光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行采集與存儲(chǔ)。
[0031]數(shù)據(jù)采集器9和計(jì)算機(jī)10為整個(gè)分析儀的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和計(jì)算分析中心，計(jì)算機(jī)控制進(jìn)樣系統(tǒng)、電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，同時(shí)控制光路收集和濾光分選系統(tǒng)中的電動(dòng)濾光片輪轉(zhuǎn)動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)所測金屬元素的窄帶濾光片以及控制變壓器17的輸出電壓為光電倍增管7提供工作電壓。數(shù)據(jù)采集器采集并存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，從而得到待測樣品中金屬元素濃度。
[0032]本方案中采用功耗低、無需輔助氣體且在大氣壓下工作的電解液輝光放電作為激發(fā)源，比ICP、MIP和DBD等其他等離子體激發(fā)源具有更大的便攜化優(yōu)勢，特別適用于便攜儀器。依據(jù)此便攜式儀器，可實(shí)現(xiàn)用于野外勘測的便攜式金屬元素分析儀，為野外勘測鹽湖中金屬鉀礦和鋰礦等金屬礦源提供現(xiàn)場的快速測量設(shè)備，具有極大的應(yīng)用價(jià)值。
[0033]基于上述方案構(gòu)成的元素分析儀在進(jìn)行元素測定的過程如下:
[0034]計(jì)算機(jī)10控制進(jìn)樣系統(tǒng)中單通道蠕動(dòng)栗11、12的轉(zhuǎn)速，分別將待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)酸溶液栗入樣品緩沖腔13并在樣品緩沖腔13內(nèi)形成pH值為I的待測樣品，待測樣品經(jīng)等離子體輔助產(chǎn)生裝置14進(jìn)入到電解液放電原子化器I，計(jì)算機(jī)10控制由鋰電池和變壓器16構(gòu)成的電源給電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)提供工作電壓并控制氣囊20上的電控注射閥21向下推動(dòng)，使待測樣品從毛細(xì)玻璃管上端噴出從而自動(dòng)點(diǎn)火，產(chǎn)生放電等離子體，不需對(duì)待測樣品進(jìn)行預(yù)先調(diào)制，簡化了檢測步驟，而且自動(dòng)點(diǎn)火進(jìn)一步提高野外操作的便利性。
[0035]等離子體發(fā)射出的元素特征譜線經(jīng)過雙凸透鏡2、空間濾波器3、平凸透鏡4和6、窄帶濾光片5組成的光路收集和濾光分選系統(tǒng)進(jìn)入到光電倍增管7轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電流放大器8放大后由數(shù)據(jù)采集器9對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，通過其藍(lán)牙功能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10或其他終端設(shè)備計(jì)算得到待測金屬元素濃度。
[0036]該元素分析儀中的進(jìn)樣系統(tǒng)使用兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗將待測樣品和酸溶液栗入導(dǎo)管，通過控制兩個(gè)蠕動(dòng)栗轉(zhuǎn)速使酸溶液和待測樣品在樣品緩沖腔匯集并形成PH為I的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)放有緩沖球的導(dǎo)管穩(wěn)流后進(jìn)入到輝光放電原子化器。本實(shí)用新型利用兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗的進(jìn)樣結(jié)構(gòu)將未酸化待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)酸溶液引入導(dǎo)管，使得樣品不需預(yù)先酸化，再通過放有緩沖球的導(dǎo)管，使得樣品在導(dǎo)管內(nèi)更平穩(wěn)的流動(dòng)，最后進(jìn)入電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，使得放電更為穩(wěn)定。
[0037]同時(shí)該元素分析儀使用帶有電控注射閥的氣囊組成的等離子體輔助產(chǎn)生裝置，通過計(jì)算機(jī)控制閥門來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。
[0038]元素分析儀的光路系統(tǒng)中采用空間濾波器來提取放電等離子體中金屬元素的光譜發(fā)射區(qū)的光譜信號(hào)，提高了信號(hào)接收的信背比，從而提高該分析儀的檢測靈敏度。
[0039]由于電解液輝光放電等離子體發(fā)射光譜較少，而且不同金屬元素的譜線分離較寬，該元素分析儀使用窄帶濾光片來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單色分光儀，使得其結(jié)構(gòu)更加簡單，體積更小，操作更為方便，產(chǎn)品價(jià)格更加低廉。
[0040]該元素分析儀使用石英透鏡收集光信號(hào)，輔以窄帶濾光片和光電倍增管選取特征光譜信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)由后續(xù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并處理，在保證檢測精度的同時(shí)使得光路系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)體積更小，便于集成，同時(shí)降低了檢測裝置成本。[0041 ]該元素分析儀內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)為:所述進(jìn)樣系統(tǒng)中的單通道蠕動(dòng)栗11、12與所述的緩沖腔13連通，通過放置多個(gè)緩沖球18的導(dǎo)管19連接至電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的毛細(xì)玻璃管，所述的等離子體輔助產(chǎn)生裝置包括與所述的串接在導(dǎo)管和毛細(xì)玻璃管間的氣囊20，在所述的氣囊20上設(shè)置有與所述的控制系統(tǒng)可控連接的電控注射閥21;所述的光路收集和濾光分選系統(tǒng)包括依次沿光路設(shè)置的雙凸透鏡2，空間濾波器3，前平凸透鏡4、窄帶濾光片5和后平凸透鏡6，所述的等離子體發(fā)出的發(fā)射光譜由位于等離子體的雙凸透鏡I收集并匯聚成像到位于雙凸透鏡I后的空間濾波器3，如等離子體于雙凸透鏡I前2fl處，空間濾波器位于雙凸透鏡后2fl處以成等大的像，空間濾波器選出等離子體的主要放電區(qū)負(fù)輝光區(qū)，再由位于空間濾波器3后f2處的前平凸透鏡4將負(fù)輝光區(qū)的平行光式光譜匯聚到窄帶濾光片，再由后平凸透鏡6將選定金屬元素特征光譜收集匯聚到位于后平凸透鏡6后的光電倍增管7的光敏面上。其中為雙凸透鏡的焦距fl為3cm?10cm，前平凸透鏡和后平凸透鏡完全相同，焦距f2均為3cm?10cm，所述雙凸透鏡和平凸透鏡均為熔融石英材料制成。所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括光電倍增管7、電流放大器8以及具有WiFi和藍(lán)牙功能的數(shù)據(jù)采集器9，其用以獲得并存儲(chǔ)各元素的電流強(qiáng)度，通過藍(lán)牙功能將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10或其他終端設(shè)備，從而定量分析其中的金屬元素含量。同時(shí)，廢液經(jīng)單通道蠕動(dòng)栗15排入廢液池。
[0042]即未酸化待測樣品和酸溶液分別經(jīng)單通道蠕動(dòng)栗進(jìn)入導(dǎo)管，通過控制兩個(gè)蠕動(dòng)栗轉(zhuǎn)速使酸溶液和待測樣品在樣品緩沖腔匯集并形成PH為I的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)放有緩沖球的導(dǎo)管穩(wěn)流后進(jìn)入到輝光放電原子化器，本實(shí)用新型利用兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗的進(jìn)樣結(jié)構(gòu)將未酸化待測樣品和酸溶液引入導(dǎo)管，使得樣品不需預(yù)先酸化，再通過放有緩沖球的導(dǎo)管，使得樣品在導(dǎo)管內(nèi)更平穩(wěn)的流動(dòng)，最后進(jìn)入電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，使得放電更為穩(wěn)定。
[0043]優(yōu)選地，所述進(jìn)樣系統(tǒng)包括兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗，裝有緩沖球的導(dǎo)管，樣品緩沖腔以及等離子體輔助產(chǎn)生裝置，所述等離子體輔助產(chǎn)生裝置包括帶有自動(dòng)閥門的氣囊，所述蠕動(dòng)栗和等離子體輔助產(chǎn)生裝置的動(dòng)作由控制系統(tǒng)控制。
[0044]優(yōu)選地，所述窄帶濾光片為電動(dòng)濾光片輪上的窄帶濾光片，所述的電動(dòng)濾光片與所述的控制系統(tǒng)可控連接以通過計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片輪選擇對(duì)應(yīng)所測金屬元素的窄帶濾光片濾除其他波段的雜散光，選出金屬元素特征光譜。
[0045]其中，所述空間濾波器的寬度在為50μπι?ΙΟΟμπι范圍內(nèi)可調(diào)，所述空間濾波器的作用在于對(duì)等離子體經(jīng)雙凸透鏡在空間濾波器所在處成像后，對(duì)放電等離子體的主放電區(qū)的空間選擇性。同時(shí)，所述的電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)置在高度和前后均可調(diào)的支撐架上。
[0046]優(yōu)選的，所述雙凸透鏡，空間濾波器，前平凸透鏡、窄帶濾光片、后平凸透鏡和光電倍增管固定集成于一個(gè)籠式共軸系統(tǒng)，保證所有光學(xué)器件同軸心且位置固定，便于調(diào)節(jié)。
[0047]優(yōu)選地，所述元素分析儀還包括具有藍(lán)牙功能的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器與電流放大器相連接，收集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙功能向外部計(jì)算機(jī)或其他終端設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)分析與處理。
[0048]本實(shí)用新型將電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)與一套三維可調(diào)的支撐架上，通過控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)等離子體發(fā)生系統(tǒng)與光路收集和濾光分選系統(tǒng)的相對(duì)位移，同時(shí)輔以調(diào)節(jié)空間濾波器寬度，觀察信號(hào)強(qiáng)弱，從而可以選出最佳放電位置，不需要調(diào)節(jié)后續(xù)光路收集裝置，使得該套檢測裝置操作更加便捷。采用空間濾波器對(duì)等離子體的區(qū)域進(jìn)行空間選擇，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)等離子體發(fā)生系統(tǒng)與光路收集和濾光分選系統(tǒng)的相對(duì)位移選出等離子體的主要放電區(qū)域，即等離子體的負(fù)輝光區(qū)，讓有效光信號(hào)充分的進(jìn)入到光電倍增管，從而提高了信號(hào)接收的信背比，提高了該套元素分析儀的檢測靈敏度，空間濾波器配合濾光片的檢測裝置使該套分析儀較已有的光電檢測裝置體積更小，設(shè)備也更便宜。
[0049]綜上所述，本實(shí)用新型的可用于野外勘測的元素分析儀的光路收集和濾光分選系統(tǒng)，不同于現(xiàn)有技術(shù)中采用單色分光儀加光電倍增管的檢測技術(shù)，本實(shí)用新型采用石英透鏡、空間濾波器和窄帶濾光片來代替單色分光儀，在同樣具有較高光譜分辨率的情況下使得整套檢測系統(tǒng)價(jià)格更便宜，體積更小，結(jié)合三維可調(diào)電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，使該檢測系統(tǒng)操作也更為簡便。
[0050]具體檢測方法，包括以下步驟，
[0051]I)根據(jù)緩沖腔內(nèi)測量的pH值或者未酸化樣品和標(biāo)準(zhǔn)酸溶液的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定值控制兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗的轉(zhuǎn)速以調(diào)整待測樣品與標(biāo)準(zhǔn)酸溶液的混合比例，使混合后溶液的PH值為I;即，可在緩沖腔內(nèi)設(shè)置與控制系統(tǒng)通訊連接的pH計(jì)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整兩個(gè)單通道蠕動(dòng)栗的轉(zhuǎn)速配合；
[0052]2)混合后溶液在單通道蠕動(dòng)栗的壓力下由緩沖腔進(jìn)入導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)的緩沖球進(jìn)一步消弱溶液的脈動(dòng)；
[0053]3)控制系統(tǒng)控制鋰電池與變壓器構(gòu)成的電源給輝光放電原子化器提供工作電壓并控制電動(dòng)注射閥向下推動(dòng)以壓縮氣囊，加快溶液的流速，使溶液從玻璃毛細(xì)管噴出從而自動(dòng)點(diǎn)火；
[0054]4)控制系統(tǒng)控制電動(dòng)濾光片輪轉(zhuǎn)動(dòng)以選擇對(duì)應(yīng)所測金屬元素的窄帶濾光片濾除其他波段的雜散光，選出金屬元素特征光譜；
[0055]5)控制系統(tǒng)控制安裝電解液放電等離子體激發(fā)光源的三維調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)電解液放電等離子體激發(fā)光源與光路收集和濾光分選系統(tǒng)的相對(duì)位移，獲得金屬元素特征光譜的最佳信號(hào)。
[0056]6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的光電倍增管采集經(jīng)光路收集和濾光分選系統(tǒng)透來的光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)電流放大器放大后由數(shù)據(jù)采集器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙功能將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他終端設(shè)備并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；
[0057]7)重復(fù)步驟4、步驟5和6直至測量出預(yù)定元素的數(shù)據(jù)。
[0058]本實(shí)用新型的元素分析儀實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)整液體pH值以及自動(dòng)點(diǎn)火和持續(xù)測量，同時(shí)可自動(dòng)調(diào)整濾光片實(shí)現(xiàn)多元素依次測量，有效提高了測量效率，降低使用成本。
[0059]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，包括:進(jìn)樣系統(tǒng)，電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)，光路收集和濾光分選系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng);所述進(jìn)樣系統(tǒng)將樣品引入電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)進(jìn)行輝光放電發(fā)出元素光譜，由所述光路收集和濾光分選系統(tǒng)采集并傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，最后由所述控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示與采集，所述控制系統(tǒng)控制進(jìn)樣系統(tǒng)、電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)、光路收集和濾光分選系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括光電倍增管、電流放大器和數(shù)據(jù)采集器。2.權(quán)利要求1所述的一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，所述的進(jìn)樣系統(tǒng)包括兩個(gè)用以分別將未酸化樣品和標(biāo)準(zhǔn)酸溶液栗入緩沖腔的單通道蠕動(dòng)栗，一端與所述的緩沖腔連通另一端連接至電解液放電等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的毛細(xì)玻璃管的導(dǎo)管，多個(gè)被容納在所述的導(dǎo)管內(nèi)的緩沖球，以及等離子體輔助產(chǎn)生裝置，所述的等離子體輔助產(chǎn)生裝置包括串接在導(dǎo)管和毛細(xì)玻璃管間的氣囊，設(shè)置在所述的氣囊上且與所述的控制系統(tǒng)可控連接的電控注射閥，所述單通道蠕動(dòng)栗的轉(zhuǎn)速分別由所述控制系統(tǒng)控制。3.權(quán)利要求1所述的一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，所述的光路收集和濾光分選系統(tǒng)集成于籠式共軸系統(tǒng)上，包括依次沿光路設(shè)置的雙凸透鏡(2)，空間濾波器(3)，前平凸透鏡、窄帶濾光片和后平凸透鏡，所述的電解液放電等離子體發(fā)出的發(fā)射光譜由位于等離子體后的雙凸透鏡收集并匯聚成像到位于雙凸透鏡(2)后的空間濾波器(3)，空間濾波器(3)選出等離子體中金屬元素的主要放電發(fā)光區(qū)負(fù)輝光區(qū)，再由位于空間濾波器(3)后f2處的前平凸透鏡(4)將負(fù)輝光區(qū)的平行光式光譜匯聚到窄帶濾光片(5)，再由后平凸透鏡(6)將選定金屬元素特征光譜收集匯聚到位于后平凸透鏡(6)后的光電倍增管的光敏面上，其中雙凸透鏡的焦距為3cm?10cm，f 2為前平凸透鏡的焦距，f2為3cm?10cm，后平凸透鏡結(jié)構(gòu)與前平凸透鏡完全相同，所述雙凸透鏡和平凸透鏡均為熔融石英材料制成。4.如權(quán)利要求2所述的一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，所述的緩沖球由玻璃或耐酸材料制成，緩沖球放置于水平放置的導(dǎo)管內(nèi)，緩沖球直徑為導(dǎo)管直徑的3/4-4/305.如權(quán)利要求3所述的一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，所述窄帶濾光片為電動(dòng)濾光片輪上的安裝的窄帶通干涉濾光片，帶寬為5_30nm，且窄帶濾光片的通光中心波長為金屬元素共振線的發(fā)射波長，所述的電動(dòng)濾光片輪與所述的控制系統(tǒng)可控連接以通過控制電動(dòng)濾光片輪選擇對(duì)應(yīng)所測金屬元素的窄帶濾光片濾除其他波段的雜散光，選出金屬元素特征光譜。6.如權(quán)利要求3所述的一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，所述空間濾波器為長度為I?5mm、寬度為50μπι?ΙΟΟμπι的光學(xué)狹縫，且空間濾波器上下空間位置可調(diào)。7.如權(quán)利要求1所述的一種可用于野外勘測的便攜式元素分析儀，其特征在于，所述分析儀中數(shù)據(jù)采集器還具有WiFi和/或藍(lán)牙傳輸功能，所述數(shù)據(jù)采集器存儲(chǔ)測定結(jié)果并通過進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸。
【文檔編號(hào)】G01N21/01GK205719984SQ201620218594
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】鄭培超, 曾笑波, 王金梅, 鞏亞明
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)