本發(fā)明涉及溶液中金屬元素檢測領(lǐng)域，具體地，涉及一種大氣壓等離子體射流檢測溶液中金屬離子的裝置。

背景技術(shù)：

隨著水資源污染等環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，對水溶液中含有的金屬離子檢測至關(guān)重要。傳統(tǒng)的電感耦合等離子體發(fā)射光譜法或質(zhì)譜法雖然能很準(zhǔn)確的檢測溶液中金屬離子的種類與含量，但是這些方法檢測費(fèi)用高，周期長，過程復(fù)雜，且不能實(shí)時(shí)在線檢測。因此對溶液中金屬離子的檢測，發(fā)展小型化、低成本、操作簡單、快速實(shí)時(shí)在線檢測裝置越來越受到重視。

鄭培超等人在發(fā)明專利“一種用于液體樣品在線檢測的便攜式元素光譜儀”，公開號：CN103969244A，中描述了一種包括樣品引入與排除系統(tǒng)、等離子體原子化器和光譜測量系統(tǒng)組成的液體樣品在線檢測裝置。同樣，周衛(wèi)東等人在發(fā)明專利“一種溶液中元素含量的檢測裝置及方法”，授權(quán)公告號：CN102183508B，中描述了一種由高壓放電電路、一套液體樣品進(jìn)樣系統(tǒng)和一套光譜檢測系統(tǒng)組成的液體樣品中金屬元素檢測裝置。雖然這些方法相比于傳統(tǒng)的電感耦合等離子體發(fā)射光譜法或質(zhì)譜法已經(jīng)大大簡化了操作步驟，降低了成本，但是由于仍然需要一套復(fù)雜的液體樣品進(jìn)樣系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)依然復(fù)雜，且操作相對繁瑣。

為了摒棄復(fù)雜的液體進(jìn)樣系統(tǒng)，朱振利等人在發(fā)明專利“液體介質(zhì)阻擋放電發(fā)射光譜檢測金屬離子的方法及裝置”，授權(quán)公告號：CN102445445B以及論文“Elemental Determination of Microsamples by Liquid Film Dielectric Barrier Discharge Atomic Emission Spectrometry”,Analytical Chemistry,84,4179-4184(2012)，中描述了一種液體介質(zhì)阻擋放電發(fā)射光譜實(shí)時(shí)在線檢測金屬離子的方式及裝置。他們采用針-板型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生等離子體射流使得金屬離子受激發(fā)發(fā)射光譜信號，實(shí)現(xiàn)對溶液中金屬離子的檢測。該方法摒除了復(fù)雜的樣品引入系統(tǒng)，大大簡化了檢測裝置的結(jié)構(gòu)。但是該方法中使用一根金屬絲或棒直接產(chǎn)生等離子體，容易產(chǎn)生電暈或電弧放電，使得放電不穩(wěn)定，因此會降低檢測的準(zhǔn)確度。而且金屬絲直接處于等離子體中，因此金屬絲容易受等離子體濺射而大大縮短了該裝置的使用壽命，同時(shí)也容易對樣品造成污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種大氣壓等離子體射流檢測溶液中金屬離子的裝置，解決了現(xiàn)有溶液中金屬離子檢測裝置體積龐大，操作復(fù)雜，檢測準(zhǔn)確度不高且使用壽命短等局限性，能夠?qū)θ芤褐薪饘匐x子實(shí)現(xiàn)無需復(fù)雜進(jìn)樣系統(tǒng)，操作簡單，成本低廉，測量準(zhǔn)確度高且壽命長的實(shí)時(shí)在線檢測。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種大氣壓等離子體射流檢測溶液中金屬離子的裝置，包括：絕緣介質(zhì)管、高壓金屬電極、功率電源、介質(zhì)薄膜、等離子體射流、無塵紙、載玻片、金屬箔片、光纖、光譜儀、智能終端、進(jìn)氣裝置；其中：

所述進(jìn)氣裝置設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)管的上端，所述絕緣介質(zhì)管的下端設(shè)置有出口，工作氣體經(jīng)所述進(jìn)氣裝置進(jìn)入所述絕緣介質(zhì)管，從出口產(chǎn)生等離子體射流；

所述高壓金屬電極設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)管中；

所述金屬箔片設(shè)置于所述介質(zhì)薄膜與所述載玻片之間，從而組成三明治結(jié)構(gòu)；

所述功率電源連接所述高壓金屬電極、所述金屬箔片；

所述無塵紙?jiān)O(shè)置于所述介質(zhì)薄膜上，并置于所述等離子體射流的下方；所述無塵紙上滴有液體樣品；

所述光纖放置于所述等離子體射流的一側(cè)，并與光譜儀連接后接入智能終端；

工作氣體經(jīng)所述進(jìn)氣裝置進(jìn)入所述絕緣介質(zhì)管，在通電后經(jīng)所述高壓金屬電極從所述絕緣介質(zhì)管的出口處產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體射流，所述等離子體射流接觸所述無塵紙時(shí)，所述無塵紙上所述液體樣品里的金屬離子被蒸發(fā)后激發(fā)，并產(chǎn)生特征原子發(fā)射光譜，所述特征原子發(fā)射光譜被所述光纖和所述光譜儀采集后傳入所述智能終端。

優(yōu)選地，所述液體樣品為含有待測金屬離子的混合溶液，且用濃HNO₃調(diào)至pH為1。

優(yōu)選地，所述高壓金屬電極連接所述功率電源的高壓端，所述金屬箔片連接所述功率電源的接地端。

更優(yōu)選地，所述功率電源是高壓交流電源，或射頻電源，或脈沖直流電源。

優(yōu)選地，所述無塵紙需先用丙酮、去離子水洗凈，并烘干。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣裝置通入的工作氣體為惰性氣體。

優(yōu)選地，所述的絕緣介質(zhì)管采用石英玻璃管。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)薄膜選用聚酰亞胺薄膜。

優(yōu)選地，所述智能終端可以是電腦、平板、手機(jī)等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有溶液中金屬離子檢測裝置體積龐大，操作復(fù)雜，檢測準(zhǔn)確度不高且使用壽命短等局限性，能夠?qū)θ芤褐薪饘匐x子實(shí)現(xiàn)無需復(fù)雜進(jìn)樣系統(tǒng)，操作簡單，成本低廉，測量準(zhǔn)確度高且壽命長的實(shí)時(shí)在線檢測。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例用滴管在無塵紙上滴樣示意圖；

圖中：絕緣介質(zhì)管1，高壓金屬電極2，功率電源3，介質(zhì)薄膜4，等離子體射流5，液體樣品6，無塵紙7，載玻片8，金屬箔片9，光纖10，光譜儀11，電腦12，進(jìn)氣裝置13，滴管14；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例產(chǎn)生的等離子體射流實(shí)物圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例測得的光譜圖，其中：(a)為pH為1的純HNO₃發(fā)射光譜圖，(b)為含10mg/L NaCl溶液發(fā)射光譜圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的Na離子濃度與光譜強(qiáng)度的校準(zhǔn)曲線；

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的含有Na、K、Ca、Cu、Pb混合金屬離子溶液發(fā)射光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1、圖2所示，一種大氣壓等離子體射流檢測溶液中金屬離子的裝置，包括：絕緣介質(zhì)管1、高壓金屬電極2、功率電源3、介質(zhì)薄膜4、等離子體射流5、無塵紙7、載玻片8、金屬箔片9、光纖10、光譜儀11、電腦12、進(jìn)氣裝置13，其中：

所述進(jìn)氣裝置13設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)管1的上端，所述絕緣介質(zhì)管1的下端設(shè)置有出口，工作氣體經(jīng)所述進(jìn)氣裝置13進(jìn)入所述絕緣介質(zhì)管1，從出口產(chǎn)生等離子體射流；

所述高壓金屬電極2設(shè)置于所述絕緣介質(zhì)管1中；

所述金屬箔片9置于介質(zhì)薄膜4與載玻片8之間以組成三明治結(jié)構(gòu)；

所述無塵紙7置于介質(zhì)薄膜4上，并置于等離子體射流5的下方；所述無塵紙7上有液體樣品6；所述液體樣品6可以利用滴管14直接滴在無塵紙7上；

所述光纖10放置于等離子體射流5一側(cè)，并與光譜儀11連接后接入電腦12；

工作氣體通過進(jìn)氣裝置13流入絕緣介質(zhì)管1；功率電源3通電，從絕緣介質(zhì)管1出口處產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體射流5；當(dāng)?shù)入x子體射流5接觸無塵紙7時(shí)，無塵紙7上的液體樣品6里的金屬離子被蒸發(fā)后激發(fā)，并產(chǎn)生特征原子發(fā)射光譜；特征原子發(fā)射光譜被光纖10和光譜儀11采集后傳入電腦12。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述液體樣品6為純HNO₃溶液，或10mg/L NaCl溶液，或含有Na、K、Ca、Cu、Pb金屬離子的混合溶液，且均用濃HNO₃調(diào)至PH為1。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述高壓金屬電極2連接功率電源3的高壓端，所述金屬箔片9連接功率電源3的接地端。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述功率電源3采用高壓交流電源，施加電壓2.5kV、工作頻率20kHz。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述無塵紙7用丙酮、去離子水洗凈，并烘干待用。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述進(jìn)氣裝置13通入氬氣，流量為100sccm。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述絕緣介質(zhì)管1采用石英玻璃管，其內(nèi)徑為0.5mm。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述介質(zhì)薄膜4選用聚酰亞胺薄膜。

如圖1所示，金屬箔片9置于介質(zhì)薄膜4與載玻片8之間組成三明治結(jié)構(gòu)；且將金屬箔片9連接功率電源3的接地端；無塵紙7用丙酮、去離子水洗凈，并烘干后置于介質(zhì)薄膜4上，并置于等離子體射流5下方；將pH為1的純HNO₃溶液或10mg/L NaCl溶液用滴管14直接滴在無塵紙7上(如圖2所示)；進(jìn)氣裝置13通入流量為100sccm氬氣；功率電源3通電，并調(diào)至施加電壓2.5kV、工作頻率20kHz；之后，從絕緣介質(zhì)管1出口處產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體射流5(如圖3所示)；無塵紙7上的液體樣品6里的金屬離子被蒸發(fā)后激發(fā)，并產(chǎn)生特征原子發(fā)射光譜(如圖4中(a)、(b)所示)；特征原子發(fā)射光譜被光纖10和光譜儀11采集后傳入電腦12；根據(jù)不同Na離子濃度對應(yīng)的光譜強(qiáng)度，便可得到Na離子濃度的校準(zhǔn)曲線(如圖5所示)；另外，當(dāng)液體樣品6為含有Na、K、Ca、Cu，Pb金屬離子的混合溶液時(shí)，同樣可以同時(shí)測得各個(gè)金屬離子的特征原子發(fā)射光譜(如圖6所示)。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有溶液中金屬離子檢測裝置體積龐大、操作復(fù)雜、檢測準(zhǔn)確度不高且使用壽命短等局限性，能夠?qū)θ芤褐薪饘匐x子實(shí)現(xiàn)無需復(fù)雜進(jìn)樣系統(tǒng)，操作簡單，成本低廉，測量準(zhǔn)確度高且壽命長的實(shí)時(shí)在線檢測。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。