波长调制原子光谱仪制造技术

一种用来测量很微弱并且周围有连续背景的波长调制原子光谱仪，它以谱线在出口狭缝处快速扫描的方式，产生二阶导数谱，有效地扣除了连续背景，提高了检测微弱谱线的灵敏度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种原子光谱仪，特别是波长调制原子光谱仪。在用分光光度法测量谱线的强度时，有时谱线周围有连续背景，或谱线坐骑在一个很宽的分子峰上。这时在λ处测得的强度I1，并不是所测谱线的真正强度，它包括了分子辐射在该处的强度Iοο因此，Iλ=I1-Iο才是谱线的真正强度。由于谱线辐射和分子辐射往往是由同一分析样品或同一光源发射出来的，因此用一般的光学调制或电学调制的方法不能将其分离。有时当背景强度即Iο很强或谱线的强度Iλ很弱时，谱线就会淹没在强大的背景中。以Na的5890谱线为例，用火焰分光光度计测量灵敏度是很高的，但是要想再进一步提高测钠的灵敏度，如要测几个PPb的含量，问题就会出现了。乙炔火焰在5890处有很大的连续辐射，这辐射的强度相当于几十个PPb钠含量的强度，因此用普通分光光度计测Na的灵敏度是达不到PPb级的。二阶导数快速扫描分光光度法为上述问题提供了一种有效的解决方法。从数学概念上说，二阶导数快速扫描谱是一种导数光谱，它是将叠加谱进行二次微分。由于分子谱都比较宽，而且平缓，因此经过两次微分后就消失了，剩下的只有被测的谱线。这样就有效地实现了扣除背景的目的，极大地提高分析的灵敏度。这可参见W.Snelleman等人在Analytical Chemistry,42(3)394-8(1970)上发表的文章。但是，按W.Snelleman的方法所组装的仪器的测定灵敏度、精密度仍稍低，测定方法仍不够快速、简便，空白值也较高。本专利技术的目的就是专利技术一种测定灵敏度高、精密度高，测定快速、简便，而且空白值低的波长调制原子光谱仪。本专利技术波长调制原子光谱仪的二阶导数谱是这样获得的在分光计的单色仪中用一种频率为fο的快速扫描装置使谱线在出口狭缝或入口狭缝左右来回扫描，由光电倍增管获得交变信号，然后用锁相放大器放大，以2fο的频率解调，得出的就是二阶导数快速扫描谱。本专利技术波长调制原子光谱仪由进样及燃烧系统，单色仪，快速扫描装置及其驱动系统，锁相放大器四部分组成。进样及燃烧系统见附图说明图1图中1、气泵，2、乙炔钢瓶，3、压力表，4、带调节阀的流量计，5、空气净化器，用来除去气流中夹带的固体颗粒，6、高效雾化器，7、被分析试样，8、雾化室，9、净化空气夹套，套在燃烧头10的外围，当火焰11燃烧时，在火焰外形成一层净化空气保护层，防止外界空气中的尘埃进入火焰。单色仪及光谱快速扫描系统，见图2图2是单色仪及快速扫描系统，图中10、燃烧头，11、火焰，12、单色仪，13、光栅，14、进口狭缝，15、出口狭缝，16、折光板，17、光电倍增管。从火焰11的辐射通过进口狭缝14进入单色仪12，经光栅13分光后从出口狭缝15处射出，照到光电倍增管17的光阴极上，在出口铗缝前有一个能绕其中心轴来回转动的石英折光板16，例如30×10×30mm厚石英玻璃，它由一个振动器驱动，围绕其中心轴以130周/秒的频率，在±15°的范围内来回转动电磁驱动器。当折光板在正中位置时(见图3Ⅰ)，谱线正好射出狭缝；当折光板偏离其中心位置时(见图3的Ⅱ,Ⅲ)，谱线因折射而偏离狭缝。图3为折光片工作示意图。光电倍增管对于Na的5890，大多数的光电倍增管都能适用，但要选用那些噪音低，放大率高的管子。光电倍增管负高压电源，要求电压为-400V～1100V连续可调，输出电流2mA。图4为另一种光谱快速扫描系统，它用90°的反射镜产生光谱扫描，当镜面快速前后移动时，使出射谱线在出射狭缝左右快速扫描。图中18为反射镜面，19为振动驱动器，它是用在磁场中运动的线圈的推力来推动一片小镜片，使镜面快速前后移动。它的结构与一个扬声器十分类似，实际上就是一片镜面代替扬声器的纸盒或将其粘接在纸盒上与纸盒一起振动，这种结构的驱动器制作简单，对驱动电路的要求低，而且振动频率范围也宽。图5为反射镜折光的示意图，当镜面18前后作△d的位移时，其反射谱线在出口狭缝面上产生△λ的位移。图6为反射镜面驱动器的原理图。锁相放大器其框图见图7现将其流程简要说明如下从光电倍增管出来的信号很微弱，只有几个毫伏，很容易被外界电气噪音所干扰，因此必须用前置放大器先进行放大，前置放大器直接安装在光电倍增管的管座上，将光电信号放大到几百毫伏的信号，再用电缆联接到后级放大器上，主频振荡器产生的信号一路经方波整形器，整形后作为解调信号送到相敏检波器；另一路放移相器选取适当的位移再由1/2分频器产生fο频率，经功率放大器放大后送到快速扫描的驱动器上驱动折光板或反射镜。图7中1为光电倍增管，2为前置放大器，3为后级放大器，4为相敏检波器，5为读数仪表，6为方波整形器，7为高频振荡器，8为倍增管高压电源，9为移相器，10为1/2分频器，11为功率放大器，12为扫描驱动器，13为电源供给。电路原理图见图8及图9。图8为光电倍增管及前置放大器电路，它单独制成一小块线路板，固定在光电倍增管的管座上。图9为锁相放大器及扫描驱动电路，简要说明如下Iο1为后级放大器，Iο2,T1,T2为相敏检波及解调电路，Iο3为2fο振荡及移相电路，Iο4为方波成形电路，T3与T4为1/2分频电路，Iο5为驱动功率放大电路，其输出信号推动单色仪中的扫描驱动装置。其中的前置放大器前置放大器为放大系统中很重要的一部分，它对提高仪器的灵敏度有很大的影响。它的输入阻抗高，并有很大的放大率，因此很容易被外界电气噪音特别是50周工频电源所干扰。为此，我们将前置放大器单独制成一块小线路板，并将其与光电倍增管的管座制成一整体，从光电倍增管得出的微弱信号立即就送入前置放大器放大，放大了一定倍数后再用电缆联到后级电路继续处理，这样就不会被外界噪音所干扰了。在电路参数的设计上，使其放大通频带为100周/秒～600周/秒之间，将50周/秒的工频干扰及1000周/秒以上的光电倍增管噪音排除在外。表1 测定钾的检出极限测定次数 测定条件* 标准溶液浓度测 定 结 果(ng/ml)8秒积分读数 平均值 标准 相对标 检出极(相对强度) X偏差 准偏差 限(3σ)σ RSD(％) ng/ml光电倍增管 20 165.5 163.9 164.6 1.07 0.65负高压 163.2 165.71 800伏 164.90.0341.13 1.18空白 1.16 1.081.10 1.011.11 1.04 1.050.0930.97 0.910.89 1.07光电倍增管 2163.1 162.7负高压 161.2 160.8 161.5 1.38 0.852 161.7 159.31070伏0.014空白 6.92 6.977.21 6.81 6.770.356.26 6.46*每次测定时共同的条件是波长7665，狭缝宽0.125mm，高25mm。读数积分时间8秒。表2测得检出极限与文献值的比较检出极限(3σ),ng/ml火焰类型Na K本文 0.036 0.034空气-乙炔文献 0.5a0.5a 空气-乙炔文献 未报导 0.03a、b氧-氢a、所给检出极限值根据背景标准偏差的2倍(2σ)计算。b、测定时有钙存在，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长调制原子光谱仪，由进样及燃烧系统、单色仪、快速扫描装置及其驱动系统以及锁相放大器组成，其特征在于：在火焰辐射的出口狭缝或入口狭缝之前装有快速扫描装置，此装置为一快速来回转动的电磁驱动器，其来回转动的角度最大为±１５°，在其转动轴上固定有石英玻璃折光板，这使得谱线在狭缝的左右被快速扫描，用光电倍增管将谱线转换成交变讯号，用锁相放大器放大，并以２倍的扫描频率将交变讯号解调；锁相放大器中的前置放大器必须放在光电倍增管的屏蔽筒内；用净化空气将燃烧头包围。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：达明辉，王化圣，
申请(专利权)人：北京化学试剂研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]