微波等离子体源及空气元素的分析方法与流程

本发明涉及微波等离子体源的结构及元素分析方法领域，具体是微波等离子体源及空气元素的分析方法。

背景技术：

1、在对空气中的元素进行分析时，通常采用的方式包括：

2、1、直接进样法：

3、（1）开放式载气-空气混合进样系统：这是最简单的进样方法，其中空气样本直接通过进样管引入。这种方式由于对于空气样品的激发效率低而适用于高浓度的空气样本，但对于低浓度或易受环境污染影响的空气样本则不太适用。

4、此种方式就是简单的将载气和空气按一定比例进行混合后用一根炬管输送，通过微波直接对混合气体进行激发。此种方法因为没有考虑单/双原子分子等离子体化过程中的微波能量如何传递，因此导致空气样本激发效率低，使得空气样本中低浓度元素无法测量，只能进行前处理富集，这就导致无法实时对空气中的元素含量进行检测。且因为空气样本的微波能量利用率低，导致常常要采用大能量微波、高流量载气才能激发极少量的空气，这不利于人体健康和实现仪器的便携。

5、（2）封闭式载气-空气混合进样系统：在这种方法中，空气样本首先被密封在容器中，然后通过控制装置逐渐释放到icp（电感耦合等离子体发射光谱仪）中。这种方法提高了空气样本浓度，但由于要先进行收集所以检测速度慢、通量低，不适合实时检测。

6、2、前处理进样法：

7、（1）过滤收集：空气样本通过过滤器收集固体颗粒物，然后将过滤器中的颗粒溶解或矿化，最后将溶解的样品引入进行分析。这种方法要对空气样品进行收集、过滤、提炼，检测效率慢，不适合实时检测。

8、（2）冷阱收集：在这种方法中，空气样本通过一个冷阱系统，其中某些成分（如水蒸气或挥发性有机化合物）会被冷凝和收集。然后，收集到的物质可以重新加热并引入。缺点同上，步骤太多不适合实时检测。

9、3、气溶胶进样法：

10、（1）气溶胶发生器：这种装置将空气样本转化为微细的液滴或固体颗粒的气溶胶，然后将气溶胶引入进行分析。这种方法适用于将空气中的颗粒物直接引入等离子体。

11、（2）雾化器进样：将空气样本通过雾化器转换成细小的液滴，然后引入，这需要将空气样本先液化或使用适当的溶剂进行稀释。

12、这两种都需要经过很多前处理，步骤太多不适合实时检测。

技术实现思路

1、本发明提供了一种微波等离子体源及空气元素的分析方法，目的是可以对空气元素实时检测和分析，不需要对空气样品做前处理，并且减小检测仪器的体积，便于携带，以及提高空气进样耐受能力。

2、本发明微波等离子体源，由内反射腔、谐振腔顶盖和下谐振腔构成密闭的谐振腔体，在所述谐振腔体中由外到内设有同轴的用于通载气的外炬管、用于通空气的中炬管和用于通载气的内炬管，所述外炬管、中炬管和内炬管分别通过对应的外炬管接口、中炬管接口和内炬管接口与外界相通，还设有与同轴的外炬管、中炬管和内炬管对应的用于连接外界微波源的微波接口。

3、进一步的，所述微波接口通过谐振环与外炬管、中炬管和内炬管对应。

4、进一步的，在所述内反射腔外侧设有固定谐振环的谐振环固定器。

5、进一步的，所述下谐振腔外侧设有用于调节下谐振腔位置的下谐振腔调节器。

6、进一步的，在中炬管内设有套在内炬管外的空气调节装置。

7、具体的，所述空气调节装置为八通道调控阀。

8、本发明还提供了一种空气元素的分析方法，通过上述微波等离子体源的外炬管接口、中炬管接口和内炬管接口，将载气、空气和载气分别输入到对应的外炬管、中炬管和内炬管中，然后微波源通过微波接口激发外炬管和内炬管中载气的电子产生电离，形成电子雪崩，再用电子雪崩的电子去激发中炬管中的空气后，对中炬管中的空气元素进行分析。

9、进一步的，当微波源工作时，通过谐振环增强微波谐振频率的信号强度，从而提高微波源的输出功率和效率。

10、进一步的，通过中炬管内设置的空气调节装置控制通入中炬管的空气的稳定性。

11、进一步的，所述空气调节装置为八通道调控阀。

12、本发明的有益效果包括：

13、1、通过实验得知，本发明微波等离子体源的空气进样耐受能力（就是空气与载气-空气和的比）从现有技术的不足0.1 %提高至20 %，由于采用了夹芯形式的同轴多通道炬管结构，实现了惰性维持气（载气）和空气的多孔流动混合更好，空气的激发效率更高，在相同载气量的情况下，能够激发的空气更多，由此使得微波等离子体源的空气进样耐受力更高。

14、2、安全性更高，由于空气对于微波能量的利用率高，所以激发相同量的空气时微波的功率可以做的更低，满足空气中10-10 g/cm3钠元素检测只需要150w的微波源，在同等功率下现有的icp（电感耦合等离子体发射光谱仪）甚至都没法点燃空气。且由于微波源的能量低，对人体也更安全。

15、3、微波等离子体源的体积更小，由于载气量需求更小，微波源的需要功率更低，所以采用该进样装置做成的微波等离子体源的体积就能够更小，能够适于作为便携仪器使用。

16、4、可以实现实时检测，由于激发效率更高，不需要对空气样品做前处理，所以检测的速度更快，能够实时检测。

技术特征：

1.微波等离子体源，其特征为：由内反射腔（1）、谐振腔顶盖（8）和下谐振腔（7）构成密闭的谐振腔体，在所述谐振腔体中由外到内设有同轴的用于通载气的外炬管（3）、用于通空气的中炬管（4）和用于通载气的内炬管（5），所述外炬管（3）、中炬管（4）和内炬管（5）分别通过对应的外炬管接口（31）、中炬管接口（41）和内炬管接口（51）与外界相通，还设有与同轴的外炬管（3）、中炬管（4）和内炬管（5）对应的用于连接外界微波源的微波接口（11）。

2.如权利要求1所述微波等离子体源，其特征为：所述微波接口（11）通过谐振环（2）与外炬管（3）、中炬管（4）和内炬管（5）对应。

3.如权利要求2所述微波等离子体源，其特征为：在所述内反射腔（1）外侧设有固定谐振环（2）的谐振环固定器（9）。

4.如权利要求1所述微波等离子体源，其特征为：所述下谐振腔（7）外侧设有用于调节下谐振腔（7）位置的下谐振腔调节器（6）。

5.如权利要求1所述微波等离子体源，其特征为：在中炬管（4）内设有套在内炬管（5）外的空气调节装置（10）。

6.如权利要求5所述微波等离子体源，其特征为：所述空气调节装置（10）为八通道调控阀。

7.空气元素的分析方法，其特征为：通过权利要求1至6之一所述微波等离子体源的外炬管接口、中炬管接口和内炬管接口，将载气、空气和载气分别输入到对应的外炬管、中炬管和内炬管中，然后微波源通过微波接口激发外炬管和内炬管中载气的电子产生电离，形成电子雪崩，再用电子雪崩的电子去激发中炬管中的空气后，对中炬管中的空气元素进行分析。

8.如权利要求7所述空气元素的分析方法，其特征为：当微波源工作时，通过谐振环增强微波谐振频率的信号强度，从而提高微波源的输出功率和效率。

9.如权利要求7所述空气元素的分析方法，其特征为：通过中炬管内设置的空气调节装置控制通入中炬管的空气的稳定性。

10.如权利要求7所述空气元素的分析方法，其特征为：所述空气调节装置为八通道调控阀。

技术总结本发明涉及微波等离子体源的结构及元素分析方法领域，具体是微波等离子体源及空气元素的分析方法。微波等离子体源由内反射腔、谐振腔顶盖和下谐振腔构成密闭的谐振腔体，在所述谐振腔体中由外到内设有同轴的用于通载气的外炬管、用于通空气的中炬管和用于通载气的内炬管，所述外炬管、中炬管和内炬管分别通过对应的外炬管接口、中炬管接口和内炬管接口与外界相通，还设有与同轴的外炬管、中炬管和内炬管对应的用于连接外界微波源的微波接口。本发明能够对空气元素实时检测和分析，不需要对空气样品做前处理，并且减小检测仪器的体积，便于携带，以及提高空气进样耐受能力。技术研发人员：杨燕婷,田舴,段忆翔受保护的技术使用者：成都艾立本科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15