本實(shí)用新型涉及光譜分析技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種可拆卸的微波感應(yīng)等離子體炬管。
背景技術(shù):
激發(fā)光源作為原子發(fā)射光譜法(AES)的核心部件,使待測(cè)樣品原子化、激發(fā)和電離,用于提供待測(cè)元素的光譜信息,其性能往往決定著所提供信息的質(zhì)量。等離子體光源作為AES的激發(fā)光源現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用,主要分為電感耦合等離子體(ICP)和微波等離子體(MWP)兩大類。其中,電感耦合等離子體(ICP)因其具有的檢出限低、基體效應(yīng)小、精密度高、靈敏度高、線性范圍寬以及多元素同時(shí)分析等諸多優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。然而,由于采用ICP的光譜分析儀器要消耗大量的稀有氣體—?dú)鍤猓瑢?dǎo)致其儀器成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。
微波等離子體(MWP)主要優(yōu)點(diǎn)是可用氦氣作為工作氣體來(lái)測(cè)定包括鹵族元素在內(nèi)的幾乎所有元素,且儀器成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電感耦合等離子體(ICP),按照能量導(dǎo)入工作氣體的方法及等離子體形成的方式,MWP通??煞譃閮深悾娙蓠詈衔⒉ǖ入x子體(CMP)和微波感生等離子體(MIP)。
其中,微波感生等離子體(MIP)可采用氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w維持它的等離子體焰炬,在一定條件下它可以形成類似于ICP光源的環(huán)形等離子體,因而得到廣泛應(yīng)用。但是,現(xiàn)有的MIP炬管都是采用一體式設(shè)計(jì)的內(nèi)管、中間管及外管結(jié)構(gòu),在使用過(guò)程中,外層的石英管由于氣體流速、微波功率偏離正常值或其他原因,容易被等離子體燒融損壞,而相對(duì)而言結(jié)構(gòu)較外管更為復(fù)雜的中心管發(fā)生損壞的幾率較少。當(dāng)外管發(fā)生損壞時(shí),無(wú)法替換新的外管,只能整根炬管替換,從而使得等離子炬管的替換和維修成本過(guò)高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種可拆卸的微波感應(yīng)等離子體炬管,采用可拆卸的獨(dú)立的外管、中管、和內(nèi)管結(jié)構(gòu),有效降低等離子炬管的替換和維修成本。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
一種可拆卸的微波感應(yīng)等離子體炬管,包括相互獨(dú)立的外管、中間管和內(nèi)管,以及用于將所述外管、中間管和內(nèi)管基本同軸固定在一起的固定裝置,所述固定裝置包括與外管可拆卸連接的第一夾持體、與中間管可拆卸連接的第二夾持體、以及與內(nèi)管可拆卸連接的第三夾持體,所述內(nèi)管用于把載送分析樣品的載氣注入炬管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體中,所述第二夾持體設(shè)有讓輔助氣進(jìn)入內(nèi)管與中間管之間空間的中間氣體入口,所述第一夾持體設(shè)有讓冷卻氣進(jìn)入中間管與外管之間空間的外氣體入口。
所述固定裝置為分體式結(jié)構(gòu),所述第一夾持體、第二夾持體和第三夾持體同軸可拆卸地連接在一起。
所述第一夾持體、第二夾持體和第三夾持體均為中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu),所述第一夾持體的前端外壁設(shè)有第一外螺紋,所述第一夾持體的前端內(nèi)壁設(shè)有與外管配合的第一結(jié)合部,所述第一夾持體的后端內(nèi)壁設(shè)有第一內(nèi)螺紋,所述第二夾持體的前端外壁設(shè)有與第一內(nèi)螺紋相匹配的第二外螺紋,所述第二夾持體的前端內(nèi)壁設(shè)有與中間管配合的第二結(jié)合部,所述第二夾持體的后端內(nèi)壁設(shè)有第二內(nèi)螺紋,所述第三夾持體的前端外壁設(shè)有與第二內(nèi)螺紋相匹配的第三外螺紋,所述內(nèi)管穿設(shè)在第三夾持體的內(nèi)壁上。
所述固定裝置還包括套設(shè)在外管上的固定件,所述固定件的后端內(nèi)壁設(shè)有與第一外螺紋相匹配的第三內(nèi)螺紋,所述第一夾持體的前端面設(shè)有第一凹槽,所述第一凹槽內(nèi)設(shè)有套設(shè)在外管上的第一彈性件,所述第二夾持體的前端面設(shè)有第二凹槽,所述第二凹槽內(nèi)設(shè)有套設(shè)在中間管上的第二彈性件,所述第三夾持體的前端面設(shè)有第三凹槽,所述第三凹槽內(nèi)設(shè)有套設(shè)在內(nèi)管上的第三彈性件。
所述外管、中間管和內(nèi)管均為石英管,所述固定裝置由耐熱材料制成。
所述外氣體入口偏離炬管中心軸線,使冷卻氣沿外管管壁切向進(jìn)入中間管與外管之間的空間。
所述外氣體入口的出口形成向軸心收縮的倒錐形,用于提高冷卻氣的流速。
所述中間氣體入口的出口形成向周邊擴(kuò)張的正錐形,用于減緩輔助氣的流速。
所述內(nèi)管和中間管的氣體出口端水平對(duì)齊,所述內(nèi)管和中間管的出口端距離固定裝置前端30~40mm,所述外管的出口端距離固定裝置前端90~100mm。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比,其有益效果在于:
1、采用相互獨(dú)立的外管、中間管和內(nèi)管結(jié)構(gòu),相對(duì)于一體式炬管,分體式炬管加工更簡(jiǎn)便,且可以對(duì)外管、中間管及內(nèi)管任意更換,避免了外管燒壞需要更換整個(gè)矩管的情況,有效降低炬管的替換和維修成本。
2、采用分體式固定裝置固定炬管,保障各管同軸的同時(shí),又可自由組裝拆卸,使得炬管的更換、組裝十分簡(jiǎn)便。
3、氣路通道設(shè)置在由耐熱材料制成的固定裝置上,氣體供應(yīng)穩(wěn)定,不會(huì)出現(xiàn)堵塞或氣路不穩(wěn)定問(wèn)題。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型的微波感應(yīng)等離子體炬管的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型的微波感應(yīng)等離子體炬管的冷卻氣入口示意圖;
圖3是本實(shí)用新型的微波感應(yīng)等離子體炬管的輔助氣入口示意圖
附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-外管;2-中間管;3-內(nèi)管;4-第一夾持體;5-第二夾持體;6-第三夾持體;7-固定件;11-外氣體入口;12-外管出口端;21-中間氣體入口;22-中間管出口端;31-內(nèi)管進(jìn)口端;32-內(nèi)管出口端;41-第一外螺紋;42-第一結(jié)合部;43-第一內(nèi)螺紋;44-第一凹槽;51-第二外螺紋;52-第二結(jié)合部;53-第二內(nèi)螺紋;54-第二凹槽;61-第三外螺紋;62-第三凹槽;71-第三內(nèi)螺紋。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例:
如圖1所示,一種可拆卸的微波感應(yīng)等離子體炬管,包括相互獨(dú)立的外管1、中間管2和內(nèi)管3,以及用于將所述外管1、中間管2和內(nèi)管3基本同軸固定在一起的固定裝置,所述固定裝置包括用于第一夾持體4、第二夾持體5、以及第三夾持體6,所述內(nèi)管3用于把載送分析樣品的載氣注入炬管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體中,所述第二夾持體5設(shè)有讓輔助氣進(jìn)入內(nèi)管3與中間管2之間空間的中間氣體入口21,所述第一夾持體4設(shè)有讓冷卻氣進(jìn)入中間管2與外管1之間空間的外氣體入口11。
其中,外管1、中間管2和內(nèi)管3均為石英管,外管1進(jìn)口端與外氣體入口11連通,外管1的出口端12距離固定裝置前端90~100mm;中間管2進(jìn)口端與中間氣體入口21連通,中間管2的出口端22位于外管1的內(nèi)部;內(nèi)管3進(jìn)口端31伸出固定裝置后端一段距離,內(nèi)管3的出口端32與中間管2的出口端22平齊且距離固定裝置前端30~40mm,為了減少內(nèi)管3出口端32融化的風(fēng)險(xiǎn),可以將內(nèi)管3的出口端32稍微靠后以增加與等離子體的距離,從而降低其出口端32的溫度。這一溫度降低既減少了熔化內(nèi)管3的風(fēng)險(xiǎn),又減少了樣品過(guò)早蒸發(fā)的可能性。同時(shí)為了提高炬管性能,還需將內(nèi)管3的出口端32設(shè)計(jì)成平滑的錐形,即將出口端32的內(nèi)徑設(shè)計(jì)得更小,以增大載氣的流速,從而更容易將待測(cè)樣品送入到等離子體中。
其中,外氣體入口11向外管1與中間管2之間提供冷卻氣,對(duì)炬管內(nèi)產(chǎn)生的等離子體形成隔離層,使等離子體與外管1的內(nèi)壁分開(kāi),阻止外管1熔化。對(duì)偏離炬管中心軸線的外氣體入口11,會(huì)使冷卻氣沿炬管長(zhǎng)度方向移動(dòng)時(shí)發(fā)生螺旋,螺旋氣流有助于穩(wěn)定等離子體并保持其均勻的管狀形態(tài)。
進(jìn)一步地,請(qǐng)參照?qǐng)D2所示,外氣體入口11的出口形成向軸心收縮的倒錐形,較小的出口可以提高冷卻氣的注入速度,高速的螺旋氣流能夠使得隔離層“變硬”,從而更好地約束等離子體。
其中,中間氣體入口21向中間管2與內(nèi)管3之間提供用于維持等離子體的輔助氣,該氣流同時(shí)用來(lái)控制等離子體的軸向位置。
進(jìn)一步地,請(qǐng)參照?qǐng)D3所示,中間氣體入口21的出口形成向周邊擴(kuò)張的正錐形,較大的出口可以減緩輔助氣的流速,使炬管內(nèi)的等離子體更穩(wěn)定。
其中,固定裝置采用耐熱材質(zhì)加工而成,如聚甲醛、尼龍、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯等,其熱膨脹系數(shù)較小,不會(huì)因熱變形而影響到設(shè)置在其上的氣體通道。固定裝置可以采用一體式結(jié)構(gòu),外管1、中間管2和內(nèi)管3可以采用緊配合分別插入在第一夾持體4、第二夾持體5以及第三夾持體6中,其中緊配合可以采用O-ring配合方式,或其他的可拆卸方式,以保證能夠隨時(shí)更換其中任意的一根石英管。
作為本實(shí)用新型的另一改進(jìn)點(diǎn),將固定裝置設(shè)計(jì)成分體式結(jié)構(gòu),其中第一夾持體4、第二夾持體5以及第三夾持體6均為獨(dú)立的構(gòu)件,通過(guò)法蘭或螺紋配合方式,實(shí)現(xiàn)同軸可拆卸地連接在一起。下面對(duì)本實(shí)施例較佳的實(shí)現(xiàn)方式--螺紋連接進(jìn)行具體描述。
其中,第一夾持體4、第二夾持體5和第三夾持體6均為中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu),第一夾持體4的前端外壁設(shè)有第一外螺紋41,所述第一夾持體4的前端內(nèi)壁設(shè)有與外管1配合的第一結(jié)合部42,所述第一夾持體4的后端內(nèi)壁設(shè)有第一內(nèi)螺紋43,所述第二夾持體5的前端外壁設(shè)有與第一內(nèi)螺紋43相匹配的第二外螺紋51,所述第二夾持體5的前端內(nèi)壁設(shè)有與中間管配合的第二結(jié)合部52,所述第二夾持體5的后端內(nèi)壁設(shè)有第二內(nèi)螺紋53,所述第三夾持體6的外壁設(shè)有與第二內(nèi)螺紋53相匹配的第三外螺紋61,所述內(nèi)管3穿設(shè)在第三夾持體6的內(nèi)壁上。
固定裝置還包括套設(shè)在外管1上的固定件7,該固定件用于將炬管固定到微波諧振腔當(dāng)中。所述固定件7的后端內(nèi)壁設(shè)有與第一外螺紋41相匹配的第三內(nèi)螺紋71,所述第一夾持體4的前端面設(shè)有第一凹槽44,所述第二夾持體5的前端面設(shè)有第二凹槽54,所述第三夾持體6的前端面設(shè)有第三凹槽62,所述第一凹槽44、第二凹槽54和第三凹槽62內(nèi)均設(shè)有套設(shè)在相應(yīng)管外壁上的彈性件(圖中未示出),如硅膠或氟橡膠墊圈等。當(dāng)?shù)谝粖A持體4的前端面接近固定件8的第三內(nèi)螺紋71的底端面時(shí),位于第一凹槽44中彈性件將受壓產(chǎn)生向周邊的變形,從而緊箍住外管1,以將外管1固定。同理,中間管2和內(nèi)管3都采用相同的方式進(jìn)行固定,這樣設(shè)計(jì)的好處在于能夠保持整個(gè)裝置的氣密性。
本實(shí)用新型的微波感應(yīng)等離子體炬管,通過(guò)固定件7將等離子體炬管固定到諧振腔上,使等離子體炬管與諧振腔內(nèi)磁場(chǎng)最大處軸向?qū)R,等離子輔助氣體通過(guò)中間氣體入口21進(jìn)入內(nèi)管3與中間管2之間的空間,在微波的電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)的分量作用下,使其在出口端22和32的前方形成橢圓形剖面中空的等離子體,這是發(fā)射光譜中通常應(yīng)用的一種等離子體產(chǎn)生的方式。通過(guò)外氣體入口11沿外管1內(nèi)壁切向進(jìn)入中間管2與外管1之間的空間的冷卻氣,在外管1與中間管2之間的空間螺旋流動(dòng),形成高流速的冷卻氣體,有效地約束等離子體,防止外管1燒融。與內(nèi)管3進(jìn)口端31相連通的霧化系統(tǒng)將待測(cè)液質(zhì)樣品霧化,攜帶著霧化的樣品的載氣通過(guò)內(nèi)管3的出口端32注入到等離子體進(jìn)行激發(fā)。
本實(shí)用新型的微波感應(yīng)等離子體炬管,采用相互獨(dú)立的外管、中間管和內(nèi)管結(jié)構(gòu),可以更換任意一根石英管,對(duì)比一體化的炬管,本實(shí)用新型的石英管加工更簡(jiǎn)便,加工成本低。在儀器開(kāi)發(fā)試驗(yàn)過(guò)程中,諸多不確定的因素容易損壞炬管,分體式設(shè)計(jì)能夠避免因其中一根石英管燒壞需要更換整個(gè)矩管的情況,有效降低炬管的替換和維修成本。
采用分體式固定裝置固定炬管,保障各管同軸的同時(shí),又可自由組裝拆卸,不但可以更換石英管,還可以更換出現(xiàn)缺陷的夾持體,使得炬管的更換、組裝更加簡(jiǎn)便。
一般MIP炬管利用橡膠面與炬管固定裝置連接,氣體必須通過(guò)橡膠面進(jìn)入矩管,在炬管的長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中,橡膠面會(huì)由于高溫體積膨脹,對(duì)于內(nèi)徑較細(xì)的氣孔而言,膨脹的橡膠面會(huì)使氣孔的內(nèi)徑縮小,甚至堵塞,影響等離子體的穩(wěn)定性。而本實(shí)用新型的固定裝置直接與石英管相連,輔助氣和冷卻氣通過(guò)固定裝置的氣孔直接進(jìn)入到了石英管之間的間隙當(dāng)中,固定裝置采用耐熱材質(zhì)加工而成,熱膨脹系數(shù)較小,可以有效防止氣孔堵塞。
上述實(shí)施例只是為了說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn),其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施,并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本實(shí)用新型內(nèi)容的實(shí)質(zhì)所做出的等效的變化或修飾,都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。