專利名稱：化學氣相發(fā)生氣液分離裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于原子光譜測量中的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置及其方法。
背景技術：
化學氣相發(fā)生法是原子光譜測量中廣泛采用的一種高效進樣技術，其一般方法是將含有被測元素的溶液在適當?shù)幕瘜W環(huán)境中與還原劑溶液混合，混合后的液體在一定尺寸的管道中充分反應，反應形成的氣液混合物在分離裝置中分成兩相，其中液相經由排廢管路流出，而氣相則被載氣送往原子化器中檢測。傳統(tǒng)的化學氣相發(fā)生裝置以載氣來推動混合液體經由反應管流入氣液分離裝置中，氣液分離后的氣體送入原子化器中檢測。其化學氣相發(fā)生的過程為含酸樣品或載流和還原劑分別經樣品/載流輸送管和還原劑輸送管被蠕動泵推入混合反應器，在混合反應器中發(fā)生化學氣相生成反應，生成物和經載氣入口導入的一定流量的載氣混合為氣液共存物，氣液共存物流入氣液分離裝置中分成氣、液兩相。其中氣相送入原子化器中檢測，液相經廢液排放口蠕動泵排出。
使用這種裝置時被測元素的傳輸效率接近100％，會使被測元素的檢測限大幅降低，但此裝置存以下兩點缺陷(1)氣液分離后得到的氣相物中含有大量的水汽，而這些水汽的存在會對信號造成顯著的衰減，并且降低信號的穩(wěn)定性，因此需要采用結構復雜的多級去水裝置。從文獻報道可知，除水可采用多級氣液分離裝置，旋風分離或采用膜分離等手段，但其中大部分裝置僅能將氣體的露點降低到略低于室溫，并不能達到原子光譜測量的最佳要求。只有采用“耐分”(Nafion，美國杜邦出品)膜除水，可以在常溫下穩(wěn)定得到露點大大低于室溫的氣體，而Nafion膜本身價格昂貴，在去水過程中又要消耗大量的干燥氣體，且使用壽命不長，從經濟角度上成本太高；另一方面Nafion還會吸收堿性氫化物，造成信號的衰減。因此，目前尚無非常理想的適用于化學氣相發(fā)生原子光譜的氣液分離裝置；(2)當被測物中有機物含量較高時，往往會生成大量氣泡，降低了氣液分離效率，嚴重時甚至會因氣泡進入原子化器而損壞儀器。從文獻報道可知消泡可采用消泡劑，多孔板，攪拌或超聲等方法。這些方法對常見的泡沫都有一定的消除效果，但不能有效的消除生物樣品產生的非常細小粘稠的大量泡沫。
實用新型內容本實用新型的目的是解決上述缺陷，提供一種能消泡的、高效除水的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置。
本實用新型一種化學氣相發(fā)生氣液分離裝置，包括混合反應器、氣液分離裝置和載氣輸送管，所述氣液分離裝置的氣相輸出管的管路中設置氣體混合器，所述載氣輸送管與氣體混合器連接。
在混合反應器和氣液分離裝置之間設置有液體霧化器。
所述液體霧化器是超聲噴霧器或兩相流噴霧器。
所述氣體混合器包括混氣腔和與其連接的氣體輸入管。
所述氣體輸入管與混氣腔相互垂直或相互成一個角度，兩者的中心線相交或相互偏置，其氣體輸入管必須伸入混氣腔內。
所述混氣腔套裝在氣液分離裝置的氣相輸出管上，混氣腔和氣相輸出管的出口端的口徑小于自身主體的尺寸。
本實用新型所述的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置可用于各類原子光譜儀器，包括原子吸收光譜儀(AAS)、原子發(fā)射光譜儀(AES)、電感耦合等離子體—質譜儀(ICP-MS)和原子熒光光譜儀(AFS)的化學氣相發(fā)生系統(tǒng)，整個裝置安裝在原子化器的前端，可以有效地消除化學氣相發(fā)生過程中產生的大量氣泡，并降低進入原子化器的待測氣中的水份含量，從而提高了儀器的信噪比，有效地改善了儀器的檢出下限。
本實用新型所述的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置包括一個抽力較強的混氣裝置，能將氣液分離裝置中的反應生成氣迅速抽出并與載氣均勻混合，這樣可以顯著降低送往原子化器中氣體的濕度，其露點大大低于室溫，顯著提高了儀器的靈敏度和穩(wěn)定性。
實測的氣體露點示于表1，從表中可以發(fā)現(xiàn)本實用新型所使用的技術達到了較為理想的除水效果，脫水率達到了60％，略低于Nafion管75％的脫水率。在此基礎上，我們還比較了兩種除水方式對As測量的影響，結果示于圖3，從圖中可以發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)氣液分離裝置的a段的熒光強度最低；經Nafion管除水的b段的熒光強度有了明顯的提高；經Nafion管和本專利技術結合除水的c段的熒光強度比b段又有所提高，但與單純使用本專利技術除水的d段的熒光值大體持平。這說明對于后續(xù)的原子熒光光譜而言，脫水率只要達到60％(本專利水平)，就可以基本消除待測氣體中水氣含量對測量結果的影響。這說明本專利提供的方法，可以將原子熒光測量的靈敏度提高到與采用Nafion管相同的水平，考慮到Nafion管本身上千美元的價格和至少多出兩倍的載氣消耗量，本實用新型所提供的除水方法顯然是更具優(yōu)勢的。
本實用新型所述的分離器將液體霧化來破壞生成的氣泡，使得氣液分離裝置中無氣泡積存。表2中列出了高泡樣和無泡樣經本實用新型所述氣液分離除水的結果，從中可以發(fā)現(xiàn)不同泡沫含量的樣品采用本實用新型的氣液分離裝置后，都能保持較高的除水率，只是高泡樣品的除水率略有降低。而在使用傳統(tǒng)的氣液分離裝置時，大量泡沫會直接從氣液分離器上端出氣口直接溢出，遠遠超出了露點儀的測量范圍。這說明本實用新型中采用的霧化器對泡沫消除非常有效。
表1.不同除水方式下混合氣(載氣和反應生成氣)中的含水量
a、此時反應生成氣量與載氣的流量比約為1∶2，該組數(shù)據(jù)為連續(xù)運行時取得。
b、Nafion管內外氣流量比為1∶2；c、脫水率＝(不除水條件下水分壓—除水條件下水分壓)÷不除水條件下水分壓×100％。
表2.不同樣品采用本實用新型氣液分離器實例二后的除水效果a
a、此時反應生成氣量與載氣的流量比約為1∶2，該組數(shù)據(jù)為斷續(xù)運行(運行30秒停10秒)時取得；b、高泡樣是將家用洗手液用水1∶2000稀釋后得到的；c、脫水率＝(不除水條件下水分壓-除水條件下水分壓)÷不除水條件下水分壓×100％。
圖1是本實用新型所述的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置的一個實施例的示意圖；
圖2是本實用新型所述的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置的另一實施例的示意圖；圖3是圖1和圖2中所示的分離裝置氣體混合器的一個實施例的示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是圖1和圖2中所示的分離裝置氣體混合器的第2個實施例的示意圖；圖6是圖5的俯視圖；圖7是圖1和圖2中所示的分離裝置的氣體混合器第3個實施例的示意圖；圖8是圖7的俯視圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型所述的化學氣相發(fā)生氣液分離裝置，包括混合反應器5、氣液分離裝置6和載氣輸送管4。所述氣液分離裝置6的氣相輸出管7的管路中設置氣體混合器11，所述載氣輸送管4與氣體混合器11連接。其化學氣相發(fā)生的過程為，含酸樣品和還原劑分別經載流輸送管2和還原劑輸送管1被蠕動泵3推入混合反應器5，在混合反應器5中發(fā)生化學氣相生成反應，生成物進入氣液分離裝置6中分成氣、液兩相，其中氣相經氣相輸出管7體混合器11，與載氣輸送管4導入的一定流量的載氣混合后送入原子化器中檢測，液相經排廢口8、9被蠕動泵3排出。
參見圖2，本實用新型所述的分離裝置的進一步改進是在混合反應器5和氣液分離裝置之間設置有液體霧化器10。氣液共存物經液體霧化器10霧化，霧滴排入氣液分離裝置6中。
所述液體霧化器10可以是超聲噴霧器或兩相流噴霧器。
參見圖3至圖6，所述的氣體混合器11包括混氣腔12和氣體輸入管13。所述氣體輸入管13與混氣腔12相互垂直或相互成一個角度，兩者的中心線相交或相互偏置，其氣體輸入管13必須伸入混氣腔12內，至中心位置。
參見圖7和圖8，所述混氣腔12套裝在氣液分離裝置6的氣相輸出管7上，混氣腔12和氣相輸出管7的出口端的口徑小于自身主體的尺寸。
下面列舉幾種組合，并說明其效果1、實施例1，即無霧化器，氣體混合器11采用圖3、4氣體輸入管13與混氣腔12兩者的中心線相互偏置的混氣裝置，由于大流量載氣在氣體混合器11中部產生氣旋，造成較大負壓，可以將其下部氣液分離裝置中化學氣相發(fā)生產生含待測元素的氣體完全抽入氣體混合器11上部，與載氣混合后送入原子化器A中檢測。
上述氣液分離裝置對原子熒光光譜儀信號靈敏度的提高效果示于表3。從表中可以發(fā)現(xiàn)，上述裝置無論是對檢測砷還是銻，都確實起到了提高靈敏度的作用。表4中給出了使用該裝置后砷、銻兩種元素的測量穩(wěn)定性和檢出限，從表中可知，使用上述裝置，兩種元素的檢出限達到了ppt級，而使用傳統(tǒng)的裝置，對這兩種元素的檢測限一般為砷＜20ppt；銻＜40ppt。這說明上述氣液分離裝置能夠非常有效的提高氣相發(fā)生原子光譜儀器的性能。
表3.實施例1對AFS信號靈敏度的提高效果
a提高率＝[(除水后10ppb下AFS值-除水后空白AFS值)-(除水前10ppb下AFS值-除水前空白AFS值)]÷(除水前10ppb下AFS值-除水前空白AFS值)×100％表4.實施例1對AFS信號穩(wěn)定性的提高效果
a數(shù)據(jù)已經扣除了空白2、液體霧化器10采用兩相流霧化裝置，氣體混合器11采用圖3、4所示的氣體輸入管13與混氣腔12相互成一個角度的混合器，由于大流量載氣在氣體混合器11中部產生負壓，可以將其下部氣液分離裝置中化學氣相發(fā)生產生含待測元素的氣體完全抽入氣體混合器11上部，與載氣混合后送入原子化器A中檢測。
上述氣液分離裝置測量高泡樣品時的AFS結果列于下表5中。從表中可以發(fā)現(xiàn)，原來無法測量的高泡樣品，使用上述裝置后，四個不同濃度標樣測量值的線性相關系數(shù)達到了1.00，檢出限為14.3ppt，略高于上述無泡樣品的7.2ppt，甚至優(yōu)于傳統(tǒng)氣液分離裝置下無泡樣品的檢出限20ppt，這說明此種氣液分離裝置能夠很好的滿足氣相發(fā)生原子光譜儀器測量有泡樣品的要求。
表5.實施例2中除水裝置測量高泡樣品時的AFS結果
a、數(shù)據(jù)已經扣除了空白b、高泡樣是將家用洗手液用含痕量砷的標準溶液1∶2000稀釋后得到的；3、液體霧化器10采用兩相流霧化裝置，氣體混合器11采用圖5、6所示的氣體輸入管13與混氣腔12相互成一個角度的混合器，由于大流量載氣在氣體混合器11中部產生負壓，可以將其下部氣液分離裝置中化學氣相發(fā)生產生含待測元素的氣體完全抽入氣體混合器11上部，與載氣混合后送入原子化器A中檢測。
4、液體霧化器10采用兩相流霧化裝置，氣體混合器11采用圖7、8所述的結構，即混氣腔12套裝在氣液分離裝置6的氣相輸出管7上，氣體輸入管13的中心線與混氣腔12的中心線相互偏置的結構。由于大流量載氣在M2中延切向流入，在上部小噴嘴處產生較強負壓，可以將其下部氣液分離裝置中化學氣相發(fā)生產生含待測元素的氣體完全抽入上部，與載氣混合后送入原子化器A中檢測。
權利要求1.化學氣相發(fā)生氣液分離裝置，包括混合反應器(5)、氣液分離裝置(6)和載氣輸送管(4)，其特征是所述氣液分離裝置(6)的氣相輸出管(7)的管路中設置氣體混合器(11)，所述載氣輸送管(4)與氣體混合器(11)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的分離裝置，其特征是在混合反應器(5)和氣液分離裝置之間設置有液體霧化器(10)。
3.根據(jù)權利要求2所述的分離裝置，其特征是所述液體霧化器(10)是超聲噴霧器或兩相流噴霧器。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的分離裝置，其特征是所述氣體混合器(11)包括混氣腔(12)和與其連接的氣體輸入管(13)。
5.根據(jù)權利要求4所述的分離裝置，其特征是所述氣體輸入管(13)與混氣腔(12)相互垂直或相互成一個角度，兩者的中心線相交或相互偏置，其氣體輸入管(13)必須伸入混氣腔(12)內。
6.根據(jù)權利要求4所述的分離裝置，其特征是所述混氣腔(12)套裝在氣液分離裝置(6)的氣相輸出管(7)上，混氣腔(12)和氣相輸出管(7)的出口端的口徑小于自身主體的尺寸。
專利摘要本實用新型涉及一種化學氣相發(fā)生氣液分離裝置，包括混合反應器、氣液分離裝置和載氣輸送管。所述氣液分離裝置的氣相輸出管的管路中設置氣體混合器，所述載氣輸送管與氣體混合器連接。該裝置可用于各類原子光譜儀器的化學氣相發(fā)生系統(tǒng)，有效地消除化學氣相發(fā)生過程中產生的大量氣泡，并降低進入原子化器的待測氣中的水份含量，從而提高了儀器的信噪比，有效地改善了儀器的檢出下限。該裝置采用抽力較強的混氣裝置，能將氣液分離裝置中的反應生成氣迅速抽出并與載氣均勻混合，這樣可以顯著降低送往原子化器中氣體的濕度，其露點大大低于室溫，顯著提高了儀器的靈敏度和穩(wěn)定性。
文檔編號G01N21/25GK2787290SQ200520001620
公開日2006年6月14日 申請日期2005年1月26日 優(yōu)先權日2005年1月26日
發(fā)明者劉霽欣, 韋昌金, 劉明鐘, 裴曉華, 陳紅軍 申請人:北京吉天儀器有限公司