基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测系统技术方案

本发明专利技术公开一种基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测系统，包括载气系统、微波源系统、进样系统、微波诱导等离子激发源、对微波诱导等离子激发源发出的检测光进行收集、传输、分光、检测的检测系统，以及对检测系统的输出信号进行分析处理的数据处理系统；载气系统与微波诱导等离子激发源的气体放电管进口连接，数据处理系统的信号输入端与检测系统的信号输出端连接，微波诱导等离子激发源通过微波传输线与微波源系统连接。本发明专利技术采用表面进样方式进行元素分析，系统构成小型化，生产稳定性好、灵敏度高、装置简洁、操作简便、样品消耗量小、分析速度快、能耗低、耗气量小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱分析领域，尤其涉及一种等离子体表面进样激发光谱检测系统。
技术介绍
在等离子体原子光谱分析中，进样方式经常被视为其致命的弱点。进样系统的开发和改良已成为该领域科学家的主要研究挑战之一。传统的气动雾化器(Pneumatic Nebulization,PN)因其简单的结构和工作原理，是当前原子光谱分析中最常用的液态样品进样器。但是，传统气动雾化器具有很多缺陷，如雾化效率低(<5％)、样品消耗量大(1-2mL)和严重的基质干扰。这些缺点降低了方法的灵敏度并且限制了其在体积小、基体复杂的样品检测中的应用。由于传统气动雾化器的这些缺点，不少研究者把目光投向了其他一些进样方式如小型雾化器和电热蒸发进样(Electrothermal Vaporization,ETV),这些进样系统在很大程度上克服了传统PN的缺陷，具有较高的进样效率和较低的样品消耗量。然而，这些进样方式依然或多或少存在一些不足之处，如雾化器小型化后堵塞的风险增大且成本更为高昂、ETV常伴随有严重的记忆效应等。近年来，电解液阴极放电(Electrolyte-cathode Discharge,ELCAD)也被成功用于溶液中元素分析，如Hieftje等人研发的液体阴极辉光放电(Solution-cathode Glow Discharge,SCGD)和朱振利等人研发的液膜介质阻挡放电(Liquid-film Dielectric Barrier Discharge,LFDBD)。这些液体放电装置避免了雾化器的使用，具有体积小、功率低、样品消耗量低、装置成本低廉等优点。然而，绝大多数液体放电装置采用流动的样品溶液作为阴极，所以样品泵在装置中依然不可或缺。ELCAD的另一个众所周知的缺点是元素信号强度对溶液PH值的严重依赖性，这就需要在测试前对样品PH值进行精确的调控。这一特性在一定程度上使ELCAD分析系统的样品前处理过程复杂化，从而限制了其广泛应用。2004年，Cooks等人开发了新型的质谱常压解析离子源，名为电喷雾解吸离子化源(Desorption Electrospray Ionization,DESI)，引发了常压解吸离子化质谱技术研究的热潮。DESI技术是将特定溶剂在电场作用下形成气动辅助喷雾，喷雾与样品表面直接接触，发生动量转移，从而实现样品的解吸和离子化。DESI技术的突出优势包括常压进样、分析速度快、样品无需前处理。在这一科技革命浪潮的推动下，等离子体技术作为有力工具也被用于常压解吸离子源质谱技术。十年来很多基于等离子体技术的质谱常压解吸离子源纷纷出现，其中包括直接实时分析(Direct Analysis in Real-Time,DART)、常压解吸化学离子化技术(Desorption Atmospheric Pressure Chemical Ionization DAPCI)、等离子体辅助激光解吸离子化技术(Plasma-Assisted Desorption/Ionization,PADI)、流动常压余晖辉光放电离子化技术(Flowing Atmospheric Pressure Afterglow,FAPA)、低温等离子体离子化技术(Low-temperature Plasma Ionization,LTP)、介质阻挡放电离子化技术(Dielectric Barrier Discharge Ionization,DBDI)、微波诱导等离子体解吸离子化技术(Microwave-induced Plasma Desorption/Ionization,MIPDI)以及小型辉光放电等离子体(Microfabricated Glow Discharge Plasma,MFGDP)。但是现有常压离子源均用于有机物的质谱分析。在光谱分析、特别是原子光谱分析领域，这类技术还从未有过报道。这是因为在原子光谱中，需要较强的高能量等离子体源以实现样品的有效原子化和激发。而普通等离子体射流的能量和温度往往达不到原子发射的能量需求。因此，开发能够实现常压等离子体射流表面激发的原子光谱检测系统具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测系统，采用表面进样方式进行元素分析，系统构成小型化，生产稳定性好、灵敏度高、装置简洁、操作简便、样品消耗量小、分析速度快、能耗低、耗气量小。为达到上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：本专利技术公开的基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测系统，包括载气系统、微波源系统、进样系统、微波诱导等离子激发源、对微波诱导等离子激发源发出的检测光进行收集、传输、分光、检测的检测系统，以及对检测系统的输出信号进行分析处理的数据处理系统；所述载气系统与微波诱导等离子激发源的气体放电管进口连接，所述数据处理系统的信号输入端与检测系统的信号输出端连接，所述微波诱导等离子激发源通过微波传输线与微波源系统连接；所述微波源系统可采用2450MHZ的固态微波源，并具有输出功率和反射功率的显示功能；检测系统包括依次连接的聚光透镜、光纤、光谱仪；数据处理系统包括计算机。优选的，所述微波诱导等离子激发源包括具有圆柱管腔的基体件、用于调节微波耦合的主调节件和安装在气体放电管外用于将微波耦合到气体放电管内放电气体上的微波天线，基体件腔底设置安装孔，所述主调节件包括位于前端的环形塞盘、与环形塞盘连接的中空的主调节杆，所述主调节杆的另一端连接主调节手柄，所述环形塞盘与圆柱管腔的内壁滑动配合，所述气体放电管轴向穿过主调节杆和安装孔，所述基体件设置有支撑件，所述主调节杆的外表面与支撑件的端部适配，所述微波天线的耦合件位于环形塞盘与圆柱管腔的腔底之间的气体放电管上，并通过微波传输线与微波源系统的微波发生器连接。进一步的，本专利技术还包括微调节件，所述微调节件包括中空的微调节杆，所述微调节杆的前端轴向穿过主调节杆，微调节杆的外壁与主调节杆的内壁适配，微调节杆的后端连接微调节手柄，所述气体放电管轴向穿过微调节杆。在本专利技术的上述技术方案中，所述微波诱导等离子激发源的基体件的圆柱管腔的内径为25～100mm,管长为10～100mm，管腔壁厚为1～5mm；微调节杆的管腔内径为1～10mm，管长为10～200mm，管壁厚度为0.1～4mm；主调节杆的管长为10～70mm，厚度为1～4mm。优选的，气体放电管为无机材质的绝缘管，进一步优选为石英、陶瓷或三氧化二铝，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测系统，其特征在于：包括载气系统、微波源系统、进样系统、微波诱导等离子激发源、对微波诱导等离子激发源发出的检测光进行收集、传输、分光、检测的检测系统，以及对检测系统的输出信号进行分析处理的数据处理系统；所述载气系统与微波诱导等离子激发源的气体放电管进口连接，所述数据处理系统的信号输入端与检测系统的信号输出端连接，所述微波诱导等离子激发源通过微波传输线与微波源系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测系统，其特征在于：
包括载气系统、微波源系统、进样系统、微波诱导等离子激发源、对微波诱
导等离子激发源发出的检测光进行收集、传输、分光、检测的检测系统，以
及对检测系统的输出信号进行分析处理的数据处理系统；所述载气系统与微
波诱导等离子激发源的气体放电管进口连接，所述数据处理系统的信号输入
端与检测系统的信号输出端连接，所述微波诱导等离子激发源通过微波传输
线与微波源系统连接。
2.根据权利要求1所述的基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测
系统，其特征在于：所述微波诱导等离子激发源包括具有圆柱管腔的基体件、
用于调节微波耦合的主调节件和安装在气体放电管外用于将微波耦合到气体
放电管内放电气体上的微波天线，基体件腔底设置安装孔，所述主调节件包
括位于前端的环形塞盘、与环形塞盘连接的中空的主调节杆，所述主调节杆
的另一端连接主调节手柄，所述环形塞盘与圆柱管腔的内壁滑动配合，所述
气体放电管轴向穿过主调节杆和安装孔，所述基体件设置有支撑件，所述主
调节杆的外表面与支撑件的端部适配，所述微波天线的耦合件位于环形塞盘
与圆柱管腔的腔底之间的气体放电管上，并通过微波传输线与微波源系统的
微波发生器连接。
3.根据权利要求2所述的基体辅助下的等离子体表面进样激发光谱检测
系统，其特征在于：还包括微调节件，所述微调节件包括中空的微调节杆，
所述微调节杆的前端轴向穿过主调节杆，微调节杆的外壁与主调节杆的内壁
适配...

【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，袁欣，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51