[发明专利]一种基于介质阻挡放电的固体样品剥蚀方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于介质阻挡放电的固体样品剥蚀方法及装置。

背景技术

近年来，在考古、临床、生物化学、有色金属、材料化学、冶金、环境检测及食品安全等等多个领域，对固体样品中针对元素进行微区、成像以及深度的分析已经成为国内外研究的热点问题。对于等离子体发射光谱、等离子体质谱、原子吸收或者原子荧光光谱仪，最早分析固体样品时均有复杂的前处理过程，比如酸溶法、熔融法、微波消解法等，存在前处理时间长，挥发性元素损失、样品二次污染、污染环境、消解不完全的可能，且所有固体样品必须破坏，无法实现元素微区、成像以及深度的分析。目前发展的固体样品直接分析方法主要有激光烧蚀和辉光放电等。激光烧蚀进样装置通常光路复杂，维护复杂，成本高，不易实现小型化。而辉光放电需要一定的真空度，因此必须同时配备真空设备和除水装置，导致了仪器设计复杂化，而且辉光放电电极与样品直接接触，必须定时清洗才能得到良好的重现性。

介质阻挡放电的结构特点是至少存在一层绝缘性的阻挡介质和小的放电通道。当在放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体，即使在大气压下也会被击穿而形成所谓的介质阻挡放电。该放电现象为蓝紫色，均匀、散漫而稳定，实际上是由大量细微的快速脉冲放电通道构成的。目前，还未有将介质阻挡放电用于固体物质的溅射/剥蚀直接进行元素分析的装置的报道，其在电感耦合等离子体光谱、电感耦合等离子质谱、原子吸收及原子荧光等分析方法方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于介质阻挡放电的固体样品剥蚀方法及装置。

本发明提供的一种基于介质阻挡放电的固体样品剥蚀方法，包括如下步骤：

工作气体在交流电场的作用下进行介质阻挡放电产生等离子体射流；所述等离子体射流聚于待测固体样品上即可对所述待测固体样品中的元素进行剥蚀。

上述的方法中，所述工作气体具体可为氦气、氩气、氖气、氮气、氢气和氧气中至少一种。

上述的方法中，所述工作气体的流速可为100～600mL/min，具体可为100mL/min或400mL/min。

上述的方法中，所述交流电场的放电功率可为1w～100w，具体可为5w或16w。

本发明提供的方法中，待测固体样品中的元素可为元素周期表中除了H、C、N、O、F等难电离的元素以外的金属元素和部分非金属元素，如钠、镁、铝、硅、钾、钙、铬、铁、钛、钴、镍、铜、锰、锌、砷、硒、碘、钨、锡、银、碲、金、汞、铅、铋等。

本发明还提供了一种基于介质阻挡放电的固体样品剥蚀装置，包括样品室和毛细管，所述样品室包括样品室腔体和与该样品室腔体相配合的样品室盖体；所述毛细管固设于所述样品室盖体上且一端延伸至所述样品室腔体内；所述毛细管设于所述样品室腔体外的部分上贴附有两个电极，所述两个电极之间设有间距，所述两个电极均与交流电源相连接；所述样品室腔体的侧壁上的相对位置处分别设有辅助气体进口和出气口；所述样品室和毛细管的材质均为绝缘介质。

上述的装置中，所述毛细管的内径可为100nm～5mm，所述两个电极之间的距离可为2cm～8cm，形成放电通道，通入至该毛细管内的载气后，接通所述交流电源，可形成蓝紫色等离子体射流。

上述的装置中，所述样品室盖体的材质可为石英玻璃、硅氧玻璃、有机玻璃等透明材质，可随时在实验过程中观察所述样品室腔体内的样品剥蚀情况。

上述的装置中，所述毛细管与样品室盖体之间可通过真空硅脂、橡皮泥、玻璃胶或密封圈进行密封配合。

上述的装置中，所述样品室的底部与其侧壁之间可为旋转配合，该底部与电动转动平台相连接，通过所述电动转动平台可控制样品剥蚀的起始位置，两者结合起来可进行点、线或面的点阵或连续工作模式。

上述的装置中，所述绝缘介质具体可为石英玻璃、有机玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯塑料等。

使用上述装置时，可将出气口通过惰性气体导管与原子荧光光谱仪、电感耦合等离子体光谱或质谱仪相连，辅助气体进口用于输入辅助载气，提升剥蚀颗粒的传输效率；可应用计算机软件控制所述交流电源开关和输出电压大小，从而控制样品剥蚀的开启与结束，通过电动转动平台控制样品剥蚀的起始位置，两者结合起来可进行点、线或面的点阵或连续工作模式；控制剥蚀时间并提供同步触发信号可实现原子荧光光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱或质谱仪数据采集与样品剥蚀的同步。