一種超聲霧化進樣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子光譜分析領(lǐng)域中所采用的進樣裝置，尤其涉及一種超聲霧化進樣
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]在原子光譜分析中，樣品進樣是影響分析的一個重要因素，有固體、液體、氣體等狀態(tài)的樣品進樣方式，常見的液體進樣方式是樣品溶液的霧化進樣。樣品溶液的霧化方法常用的有氣動霧化、超聲霧化以及微波熱霧化等方式。
[0003]氣動霧化是一種利用動力學原理將溶液試樣變成氣溶膠并傳輸?shù)皆踊鞯倪M樣方式。當高速氣流從霧化器噴口的環(huán)形截面噴出時，在噴口毛細管端部形成負壓，試液從毛細管中被抽吸出來。當氣流的運動速率遠大于液流時，氣流強烈沖擊液流，使其破碎形成細小霧滴。其種類很多，大致可以分為三大類:同心型、直角型和特殊型(如Babington型霧化器等)。但是氣動霧化的效率往往較低，液體顆粒不容易形成氣霧狀，因此大多數(shù)樣品會凝聚成液體大顆粒流出，進入分析裝置的樣品比較少。而且氣動霧化利用的是壓差，因此氣體端的壓力必須足夠大才能保證霧化的效率，雖然操作比較簡便，但是對于實驗結(jié)果的影響偶然性太大。
[0004]微波熱霧化是一種比較新型的熱霧化法，通過微波加熱待測液體樣品，繼而生成霧狀顆粒。微波熱霧化法操作過程比較復雜，微波的實際工作效率直接影響樣品的霧化效率，同時微波的泄露會對人體安全構(gòu)成威脅，因此該方法應用不廣泛。
[0005]超聲霧化法則是利用超聲波定向通過陶瓷霧化片的高頻諧振，使液體表面隆起，在隆起的液面周圍發(fā)生空化作用，使液體霧化成小分子的氣霧，將液態(tài)水分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然的細水霧。
[0006]市面上常見的光譜分析用超聲霧化器主有CETAC公司的U5000AT+，U6000AT+型，其結(jié)構(gòu)主要由霧化去溶部分和控制部分組成，通過控制單元控制換能器產(chǎn)生超聲波，其換能器豎直放置防止液體殘留，樣品溶液直接與換能器表面接觸震蕩形成霧狀。這種超聲霧化器的諧振膜由于豎直放置，在重力作用下，樣品溶液無法在諧振膜上停留較長時間，這樣導致樣品溶液與諧振膜表面停留接觸時間較為短暫，部分樣品溶液順著諧振膜以廢液形式排放，造成資源的浪費。因此這種方式的霧化效率還有待提高，而且設備體積較大，成本高，適用面較小。
[0007]此外，公開號為CN1232178A的專利文獻提供了一種超聲霧化器，基于一種家用加濕器進行改進搭建，應用于發(fā)射光譜領(lǐng)域。雖然該超聲霧化器的諧振膜水平放置可大大提高超聲霧化的效率，但是由于其封閉式空間導致廢液排放困難，增加了換樣時長，同時樣品的殘留對二次樣品進樣分析產(chǎn)生干擾。這種超聲霧化器為了排除廢液特別設計了一套復雜的排液系統(tǒng)以及處理機制，包括借助蠕動泵、導管等外力排除廢液，以及換液時需將導管深入溶液，借用蠕動泵將剩余廢液導出，由于廢液處理的不干凈，導致該裝置結(jié)構(gòu)對樣品的記憶效應也特別嚴重，對于長時間大量的樣品分析而言會造成誤差放大，靈敏度低等問題。同時由于每次樣品切換處理都需要借助蠕動泵將廢液排出，大大增加了樣品切換時間，降低工作效率。該發(fā)明為了保持霧化時候的效率恒定性，特別增加了液面水平管，而為了達到液面的平衡，需要外設蠕動泵的工作，雖然該裝置結(jié)構(gòu)改進了不少提高了霧化效率，但是大量的外設裝置以及復雜的操作流程對于實驗科學造成了不少的麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種既解決廢液殘留問題，又改善樣品溶液的霧化效率的超聲霧化進樣裝置。
[0009]一種超聲霧化進樣裝置，包括一個分隔成耦合室和霧化室的容腔；耦合室的側(cè)壁上安裝有受超聲波發(fā)生電路控制的超聲波換能器；霧化室的上部連通有進氣管和送樣管，下部連通有排液管；所述耦合室和霧化室通過傾斜安裝的隔離玻璃隔開，所述隔離玻璃上安裝有諧振膜，伸入霧化室內(nèi)的進樣管輸送樣品溶液直接至諧振膜上。
[0010]超聲波換能器由兩側(cè)的金屬隔層和中間層的壓電陶瓷圓盤組成，超聲波發(fā)生電路通過電纜線與超聲波換能器電連接，控制超聲波換能器生成超聲波。
[0011]超聲波經(jīng)由耦合室耦合傳導至諧振膜上，使得諧振膜發(fā)生振動。樣品溶液由進樣管輸送至諧振膜表面，振動霧化為氣溶膠，未霧化的樣品溶液在重力作用下由傾斜的諧振膜表面下滑經(jīng)由霧化室內(nèi)壁進入排液管流出霧化室；氣溶膠狀樣品溶液由進氣管進入的載氣帶入加熱冷凝結(jié)構(gòu)中，經(jīng)加熱冷凝作用去除含有的一部分水汽后通入樣品分析裝置，完成進樣，為后續(xù)的分析提供了較為純凈的樣品，降低樣品溶液背景對樣品分析的干擾，提高分析的準確度。
[0012]所述的諧振膜優(yōu)選為聚乙烯材質(zhì)，避免腐蝕性或酸堿性樣品溶液對諧振膜的損害，提高本發(fā)明的有效工作時限。
[0013]霧化室和耦合室材質(zhì)優(yōu)選采用石英玻璃或其余透明耐酸堿的材質(zhì)，避免受到樣品溶液的損害，同時便于觀察。
[0014]進氣管可選用用于導氣的硅膠管、管、金屬管。進氣管通入霧化室內(nèi)的載氣根據(jù)光譜分析的實際需求而定，可選用氬氣、氦氣、氮氣、其他單種氣體或混合氣體。
[0015]作為優(yōu)選，諧振膜安裝在與換能器水平相對并與送樣管的入口相對的位置的隔離玻璃上，可以提高耦合效率，并便于進氣管輸入的載氣受霧化室內(nèi)部結(jié)構(gòu)引導運輸樣品溶液進入加熱冷凝結(jié)構(gòu)。
[0016]諧振膜的傾斜度由樣品溶液決定，確保樣品溶液在諧振膜上的停留時間足夠與諧振膜充分接觸，同時未霧化的樣品溶液易于滑落，作為優(yōu)選，所述諧振膜的安裝傾斜度為30°、45°或60°。作為優(yōu)選，所述進樣管的出口貼在諧振膜的表面上。樣品溶液通過直通方式導入諧振膜表面，確保樣品溶液平穩(wěn)輸送至諧振膜上并停留足夠時間。進樣管優(yōu)選蠕動泵管、毛細管、石英玻璃管等，使進樣管輸送樣品溶液的速度可控。
[0017]作為優(yōu)選，所述送樣管的出口高于所述容腔，送樣管的前部設有加熱帶，后部設有冷凝器送樣管的入口處纏繞加熱帶對送樣管內(nèi)的樣品溶液進行加熱，加熱帶由加熱絲和隔熱帶組成，加熱絲纏繞在隔熱帶內(nèi)，加熱絲起加熱作用，隔熱帶起保溫作用。
[0018]作為優(yōu)選，霧化室為為扇形結(jié)構(gòu)，可選30° -60°弧度，與進氣管出口相切，引導載氣將霧化氣溶膠沿霧室的右側(cè)面向上流動，優(yōu)化進氣管進入的載氣的流動趨勢，確保載氣運輸氣溶膠狀樣品溶液進入加熱冷凝結(jié)構(gòu)，減少氣溶膠狀樣品溶液附在霧化室內(nèi)表面的可能。
[0019]作為優(yōu)選，所述超聲波換能器安裝在耦合室的側(cè)壁上；所述耦合室為密閉結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充滿耦合水；耦合室的上端和下端分別安裝有進水管和出水管。
[0020]耦合室與超聲波換能器、隔離玻璃和諧振膜連接的部位均密封配合，防止耦合水泄漏。超聲波通過耦合水傳導。進水管和出水管外接水冷循環(huán)系統(tǒng)，使得耦合水能夠進行循環(huán)更替，起到冷卻降溫作用，降低與耦合水充分接觸的超聲波換能器工作產(chǎn)生的熱量，并使得超聲波換能器維持恒溫狀態(tài)。因此，耦合水對超聲波換能器起到保護作用并提高工作效率，同時也有利于增強霧化穩(wěn)定性。
[0021]采用的耦合水為二次蒸餾水，可有效避免耦合水冷卻循環(huán)過程中產(chǎn)生水垢。
[0022]作為一種簡化裝置結(jié)構(gòu)，所述超聲波換能器貼近諧振膜表面，與諧振膜同傾斜度安裝。
[0023]諧振膜貼近超聲波換能器表面，簡化諧振耦合作用，諧振膜直接經(jīng)由超聲波換能器產(chǎn)生的超聲波振動，去除了采用耦合水水冷時需要外接水冷循環(huán)系統(tǒng)的困難。
[0024]作為優(yōu)選，所述超聲波換能器上設有有用于冷卻超聲波換能器的冷卻裝置。冷卻裝置對超聲波換能器起到降溫作用，防止超聲波換能器過熱引起性能故障，可半導體制冷，也可風扇制冷，也可直接用散熱片，優(yōu)選采用風冷。
[0025]作為優(yōu)選，所述冷卻裝置包括散熱片和散熱板，散熱板與超聲波換能器貼合，散熱板表面均勻插設散熱片，將超聲波換能器產(chǎn)生的熱量傳導至散熱片上。
[0026]冷卻風流穿過散熱片，帶走散熱片上的熱量，對超聲波換能器起到冷卻效果。散熱片和散熱板均選用散熱效果好的金屬。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]1.超聲波的頻率受到超聲波發(fā)生電路的控制，即可針對進樣速率由超聲波發(fā)生電路調(diào)控霧化功率。
[0029]2.諧振膜傾斜放置，增加樣品溶液與諧振膜的接觸時間，提高霧化效率，同時不存在樣品溶液殘留問題，避免樣品溶液的記憶效應。
[0030]3.霧化室為扇形結(jié)構(gòu)，為進氣管輸入的載氣的走勢提供便利，防止載氣在霧化室內(nèi)無方向性，提尚載氣運輸樣品溶液的能力。
[0031]4.氣溶膠狀的樣品溶液經(jīng)過加熱冷凝作用減少樣品溶液經(jīng)過霧化作用后含有的水分，提高后續(xù)分析裝置的靈敏度。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的超聲霧化進樣裝置的第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2是本發(fā)明的超聲霧化進樣裝置與微波