[实用新型]一种基于微波耦合等离子体的原子发射光谱仪

摘要

本实用新型的一种基于微波耦合等离子体的原子发射光谱仪,属于等离子体光谱仪技术领域，结构有气体流量控制单元(1)、进样单元(2)、微波单元(3)、MCP谐振腔单元(4)、分光单元(5)、控制与检测单元(6)、数据处理与显示单元(7)和恒温冷却单元(8)。本实用新型工作时气体消耗量小，仪器的运转费用低，且样品承受能力强，使用方便，适用范围广，可以测量包括卤素在内的所有元素。

主权项

一种基于微波耦合等离子体的原子发射光谱仪，结构有：气体流量控制单元(1)、进样单元(2)、微波单元(3)、分光单元(5)、控制与检测单元(6)、数据处理与显示单元(7)和恒温冷却单元(8)，其特征在于，结构还有MCP谐振腔单元(4)；其中气体流量控制单元(1)用以精确控制各路气体流量，并稳定输送至MCP谐振腔，构成MCP的气体要素，保持等离子体炬焰稳定工作；进样单元(2)利用气体流量控制单元(1)输出的载气经雾化器将液态样品雾化形成的气溶胶输送至MCP谐振腔的样品管内，或者由蠕动泵直接泵入气态被测样品至MCP谐振腔的样品管内；微波单元(3)用以提供连续输出的功率可调的微波能量，构成MCP的能量要素；并且，经第一环形器传输微波能量至MCP谐振腔，并经第二环形器实现MCP谐振腔单元产生的微波反射功率动态测量；MCP谐振腔具有嵌套同轴结构，MCP谐振腔统合气体要素和能量要素，所形成的等离子体多重复合、能量集中、功率密度高、高温区长，炬形粗壮、准直、稳定，具有明显的中央通道，对样品的承受能力和激发能力强；分光单元(5)用以接收样品激发后产生的光信号并形成光谱分析信号；控制与检测单元(6)以微处理器为核心，用以控制各个系统并检测光谱信号；数据处理与显示单元(7)以计算机和打印机为核心，用以传输、处理、显示和输出光谱分析结果；恒温冷却单元(8)用以冷却微波单元(3)，使之可以长时间稳定输出微波功率；所述的MCP谐振腔单元(4)的具体结构包括：外导体(41)、微波天线(42)、内导体(43)、中管(44)、样品管(46)、样品入口(47)、工作气入口(49)、维持气入口(410)、屏蔽气隔板(411)、屏蔽气入口(412)、冷却环(413)、屏蔽气扼流锥(414)、阻抗匹配锥(415)以及由该谐振腔统合气体和能量要素产生的微波耦合等离子体(416)；其中外导体(41)与内导体(43)均为中空圆柱体，外导体(41)的内表面与内导体(43)的外表面共同构成谐振腔的工作主体；微波天线(42)与内导体(43)之间保持良好的电气连接，微波能量以电磁耦合方式进入腔体内部；内导体(43)内部还有中管(44)，中管(44)为中空圆柱体；中管(44)内部有样品管(46)；样品管(46)位于谐振腔的中心轴线上；样品管(46)、中管(44)、内导体(43)、外导体(41)为嵌套同轴结构，并且样品管(46)、中管(44)和内导体(43)三者在谐振腔出口端面齐平，与外导体(41)形成完整的微波耦合等离子体谐振腔；样品入口(47)位于样品管(46)的末端，经样品管将样品送入复合层流等离子体的中央通道进行激发、电离，形成中央层等离子体；工作气入口(49)位于中管(44)的下部靠近末端的位置，在中管(44)与样品管(46)构成的圆柱形空间，工作气采用径向进气方式通入，并以层流状态从谐振腔的出口侧端面流出，在端面微波电场作用下，形成中层等离子体；维持气入口(410)位于内导体(43)的下部靠近末端的位置，在内导体(43)与中管(44)构成的圆柱形空间，维持气采用径向进气方式通入，并以层流状态从谐振腔的出口侧端面流出，在端面微波电场作用下，形成外层等离子体；中央层、中层与外层等离子体一同形成三重复合层流微波耦合等离子体(416)；屏蔽气隔板(411)位于微波天线(42)上方；屏蔽气入口(412)位于外导体(41)上且位于屏蔽气隔板(411)的上方，以外导体(41)内腔的切线方向或径向引入外导体(41)与内导体(43)构成的圆柱形空间；外导体(41)上部还有冷却环(413)，采用水冷或气冷的方式冷却外导体(41)；屏蔽气扼流锥(414)位于谐振腔出口端面内部，用来约束屏蔽气，外导体(41)的顶部端面与屏蔽气扼流锥(414)的外壁密封；阻抗匹配锥(415)位于谐振腔出口端面上部，实现谐振腔的特性阻抗与自由空间阻抗近似匹配，阻抗匹配锥(415)是中空结构，外部为圆柱体形状或圆台体形状，中空部分为底端口径小于顶端口径的圆台体，高度为所使用微波波长的1/4倍。