無火焰原子吸收分光光度計的製作方法

2023-12-03 22:39:16

專利名稱：無火焰原子吸收分光光度計的製作方法
技術領域：
本發明涉及無火焰原子吸收分光光度計及其使用方法;該分光光度計用加熱管來使樣品分裂成原子。
在用無火焰原子吸收分光光度計測定樣品的目標元素時，把已知量的樣品放入加熱管(通常是用石墨管)，並把管加熱到高溫以使樣品分解成原子。使一束光通過原子化的樣品的汽霧，並測定光在對應目標元素的特定波長處的吸收率(或透過率)。
當測定樣品的金屬元素且樣品含有水或有機成分時，水或有機成分在管被加熱時也被汽化，且它們的蒸汽幹擾了對目標金屬元素的吸收測定。為避免這種幹擾，採用了如

圖1(上部)所示的加熱程序。首先，把管加熱到100℃以上幾十秒，以使樣品中的水成分氣化(乾燥)。然後把樣品加熱到100～1000℃幾十秒以汽化有機成分(燃燒)。在如此除去水和有機成分後，把管加熱到適當高溫(1000～3000℃)以使目標元素(主要是金屬元素)原子化，並測定其吸收率。使目標元素原子化所需的時間為幾秒種。
在加熱過程的乾燥及燃燒階段，如圖9所示，在管81中產生了水蒸氣和有機物蒸氣霧84。雖然霧84的一部分經管81頂部的小取樣孔82散出了管81，但大部分的霧84沿光路83向管81的開放端擴散，並滯留在管81中直到原子化階段。因此，在傳統的無火焰原子吸收分光光度計中，如圖10所示，在夾持並包圍管81的電極94a和94b的端部設有一對透明窗(一般是石英片的)95a和95b，且經過分別設在電極94a和94b端部的通道(惰性氣體通道)96a和96b把惰性氣體(Ar氣、N2氣等)從管81的兩端孔入管81。由此，在乾燥及燃燒階段產生的水蒸氣和有機物蒸氣霧84被從取樣孔82和98趕出了管81，且有害蒸氣霧84不會擴散到管81的端部。在電極94a和94b中設有另一對通道(外部氣體通道)97a和97b，以把惰性氣體引入管81和電極包層94a和94b之間的空間，以使石墨管81不致因氧化而被消耗。外部氣體(孔入管81和電極包層94a和94b之間的空間中的氣體)被從電極94a和94b之間的間隙98中抽走。
傳統的無火焰原子吸收分光光度計的一個問題，是有一部分原子化的樣品經取樣孔82逃到了管81之外(或測試光的光路83之外)。這是因為，由於管81內的壓強在原子化階段上升很快且光路83的端部(即電極包層94a和94b的端部)被窗95a和95b所關閉，原子化的樣品的蒸氣無法沿光路83擴散。
傳統無火焰原子吸收分光光度計的另一問題，是窗95a和95b對測量光並不完全透明並吸收了一部分通過原子化樣品的光。當採用波長較短(如小於200nm)的光時，這尤為重要。例如，在λ＝190nm濾長處，10%的光被石英窗吸收。這些問題降低了測量中的信噪比。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的無火焰原子吸收分光光度計，它能防止原子化的樣品逃出加熱管。
本發明的另一目的是消除窗造成的測量光損失。
用根據本發明的無火焰原子吸收分光光度計測定樣品中目標元素含量的一種方法如下在此無火焰原子吸收分光光度計中，加熱管有開放端和位於側壁上的取樣孔。該方法包括以下步驟在把樣品加熱到高溫前，先把加熱管預熱至一較低溫度，以蒸發樣品中的無關成分;
在預熱步驟中，從開放端引入惰性氣體並從取樣孔把蒸發的無關成分排出加熱管;以及停止惰性氣體，並當在高溫下使樣品原子化時使加熱管的開放端與大氣相通。
此方法還包括當樣品在高溫下被原子化時關閉加熱管的取樣孔的步驟。
根據本發明的無火焰原子吸收分光光度計包括用於加熱樣品的加熱管，該加熱管在側壁上有取樣孔;
用於關閉加熱管的開放端的一對端部封閉部件;
分別設在各端部封閉部件中以把惰性氣體孔入加熱管內空間的一對氣體通道;
用於使氣體通道與惰性氣體源或與大氣相連的閥門;
用於按本發明的加熱程序加熱加熱管的加熱控制器;以及閥門控制器，用於在樣品於加熱管中被原子化之前使氣體通道與惰性氣體源相連，並用於在樣品於加熱管中被原子化時使氣體通道與大氣相連。
在樣品被原子化之前，加熱管中的有害蒸氣被惰性氣體從取樣孔趕出。當樣品被原子化時，加熱管中的原子化的樣品可在加熱管中擴散。
該無火焰原子吸收分光光度計還可包括用於關閉設在加熱管側壁上的取樣孔的蓋;以及蓋控制器，用於在樣品在加熱管中被原子化之前打開取樣孔並在樣品於加熱管中被原子化時用蓋關閉取樣孔。
原子化階段中用蓋封閉，加強了原子化的樣品在加熱管中的擴散。
根據本發明的另一種無火焰原子吸收分光光度計包括用於加熱樣品的加熱管;
用於關閉加熱管的開放端的一對端部關閉部件，各關閉部件均在一端有一端孔以使光通過該端孔和加熱管;
一對可移動的窗，每個窗均用於關閉端孔中的一個;
加熱控制器，用於按預定加熱程序來加熱加熱管;以及窗控制器，用於在樣品於加熱管中被原子化之前用窗關閉端孔並在樣品於加熱管中被原子化時打開端孔。
在原子化階段前關閉窗，有助於經取樣孔驅除有害蒸氣。在原子化階段打開窗，消除了通過加熱管的測量光的損失。
在以下對最佳實施例的描述中，詳細公開了本發明的其他特徵和細節。
圖1是包括加熱程序、閥門位置、內部氣體流和蓋位置的時間圖。
圖2是本發明第一實施例的無火焰原子吸收分光光度計的結構圖。
圖3是第一實施例的原子化部分的剖視圖。
圖4是包括加熱程序、窗位置和內部氣體流動的時間圖。
圖5是本發明第二實施例的無火焰原子吸收分光光度計的結構圖。
圖6是第二實施例的原子化部分的剖視圖。
圖7A是帶另一窗移動機構的原子化部分的平面圖;圖7B是其側視圖。
圖8是帶又一種窗移動機構的原子化部分的側視圖。
圖9是加熱管的剖視圖。
圖10是傳統無火焰原子吸收分光光度計的原子化部分的剖視圖。
參見圖1至3來說明本發明的第一實施例。如圖2所示，一中空陰極燈1產生包括目標元素的共振線的亮線譜光(此光以下被稱作測量光);此光通過置於原子化部分2中的石墨管20(圖3);在管20中樣品被原子化，且原子化的樣品中的目標元素吸收測量光中的共振線。隨後，測量光中的無關部分(即不被目標元素吸收的光或其吸收率很低的光)被分離，且由分光器3選出目標亮線(共振線)。用檢測器4測定選出的目標線的強度。一個半透鏡12被置於測量光光路中原子化部分2之前，以使來自氘(D2)燈13的光也通過管20。D2光被用來校正測量的背景偏差。
來自檢測器4的信號在信號處理器5中被進行對數變換，而對應於吸收率的信號或對應於目標元素含量的信號被送到控制器6。控制器6把該信號送到顯示器11(CRT、LCD等)以顯示測量結果。一控制臺(包括鍵盤或操縱杆)10與控制器6相連，以向控制器6發送指令。
在原子化部分2中，如圖3中所示，石墨管20由一對石墨套管21a和21b(本發明的側封閉部件)固定，且石墨套管21a和21b由一對銅電極環22a和22b固定。在電極環22a和22b的端部插有一對插頭23a和23b(本發明的端閉合部件)。套管21a、電極環22a和插頭23a被做成一個單元，而另一組21b、22b和23b也做成一個單元。各單元由基底25a或25b經絕緣片24a或24b支撐，且兩個單元可藉助穿過基底25b的導杆26沿光路方向滑動，從而可替換石墨管20。
當石墨管20由兩個單元夾持時，電力由電源7(圖2)經電極環22a、22b和石墨套管21a、21b提供給石墨管20。在電極環22a或22b的每一個中形成有冷卻水通道32a或32b。
在插頭23a和23b的每一個中緊密地固定有石英窗27a或27b，以封閉由兩個插頭23a和23b及套管21a和21a構成的空間，並通過測量光。
在插頭23a或23b的每一個中形成有一小孔(內部氣體通道)28a或28b，且在電極環22a和22b的每一個中形成有一小孔(外部氣體通道)29a或29b。在套管21a的側壁及石墨管20的側壁上形成有通孔(取樣孔)30。取樣孔30的頂部被擴大(如圖3所示)，且為取樣孔30設有蓋31。蓋31由蓋驅動器9垂直(並最好橫向地)移動，以打開和關閉取樣孔30。
氣體管(內部氣體管)33a或33b被連到內部氣孔28a或28b，且另一氣體管(外部氣體管)被連到外部氣孔29a或29b。內部氣體管33a和33b連接並與雙位閥門34相連。雙位閥門34把內部氣體管33a和34b連到氣源8或外部大氣。雙位閥門34由閥門改變器14(圖2)驅動。
電源7、氣源8、閥門改變器14和蓋驅動器9與控制器6相電連接並由控制器6以圖1所示加熱程序進行控制。當操作者啟動系統時，控制器6控制電源7按如圖1上部所示的預定加熱程序加熱石墨管20。加熱程序由操作者通過控制臺10給出或事先存在外部數據存儲器或為控制器6而設的ROM(只讀存儲器)中。電源7經電極環22a、22b和套管21a、21b向石墨管20提供大電流。
在加熱程序的乾燥和燃燒階段，控制器6向閥門改變器14送去一信號，以把雙位閥門34設在使內部氣體管33a和33b與氣源8相連的狀態。氣源8在控制器6的控制下經管子提供惰性氣體，而蓋驅動器9在控制器6的控制下把蓋31提起以打開取樣孔30。藉助這樣得到的氣流布置，惰性氣體經氣體通道28a和28b從開放端被引入管20，從而把樣品的從水和有機成分產生的水蒸氣和有機物蒸氣經取樣孔30趕出管20。這樣，在這些階段結束時，構成吸收率測定背景的有害蒸氣被從管20中清除。惰性氣體也經外部氣孔29a和29b被提供到管20與套管21a和21b之間的空間中，以防止在這些階段中管20被氧化。
在原子化階段之前，控制器控制閥門改變器14，以把雙位閥門34設在使內部氣體管33a和33b與大氣相連的位置，並控制蓋驅動器9落下蓋以關閉取樣孔30。藉助如此形成的氣體系統，管20的端部經外部氣孔29a和29b與外界大氣相通，且原子化的樣品的蒸氣只沿光路向端部擴散。若取樣孔30很小，就不一定要蓋住取樣孔30(且不需要蓋驅動機構)。由於測量時間(即測定通過原子化樣品的光所用的時間)一般很短，從管20的端部跑出的原子化的樣品是微不足道的。經內部氣體通道29a和29b的惰性氣體供應也在此原子化階段停止。
本發明的第二實施例結合圖4至6說明。該系統的基本結構與前一實施例相同，且在圖2和3與圖5和6中對應原部件用相同的標號表示。本實施例的特徵，是在前一實施例中固定在插頭23a和23b上的窗27a和27b被做成可移動的。在本實施例中，石英窗127a和127b被固定到窗架140a和140b的一端，且帶有窗的窗架可移動地插入形成在插頭123a或123b端部的槽141a或141b中。如圖5所示，設置了一個窗驅動器15並使之與控制器6相連，以在槽141a和141b中滑動窗架140a和140b，以把窗127a和127b移入或移出光路。在本實施例中沒採用雙位閥門，且外部氣體管33a和33b總與氣源8相連。
在本實施例中，控制器6以如下方式控制窗驅動器15和氣源8。當操作者啟動時，控制器6控制電源7按如圖4上部所示的預定加熱程序加熱石墨管20。加熱程序由操作者經控制臺11給出或事先存在外部數據存儲器或提供給控制器6的ROM(只讀存儲器)中。電源7經電極環22a和22b及套管21a和21b向管20提供大電流。在加熱程序的乾燥及燃燒階段，控制器6向窗驅動器15送出一信號，以把窗137a和137b插入槽141a和141b以關閉由插頭123a和123b及套管21a和21b圍成的空間。控制器6還向氣源8送出一信號，以使惰性氣體(Ar氣、N2氣等)經內部氣體通道28a和28b流入該閉合空間。從開放端引入管20中的惰性氣體從取樣孔30驅逐了在乾燥和燃燒階段從樣品產生的水蒸氣或有機物蒸氣。這樣在這些階段結束時，構成吸收率測量背景的有害蒸氣被從管20內清除。惰性氣體還經外部氣孔29a和29b被提供到管20與套管21a和21b之間的空間，以防管20在這些階段中被氧化。
正好在原子化階段開始前，控制器6向窗驅動器15送出一信號以把窗127a和127b移出光路，並向氣源8送出一信號以停止惰性氣體供給。用這些措施，原子化的樣品的蒸氣向管20的端部擴散，從而使更多的原子化樣品參予吸收率測量。另外，當用檢測器4測定光強時，窗127a和127b不造成的測量光損失。這提高了測量靈敏度，使得能測定更少量的目標物質。在此階段外部氣體也持續流動。
在本實施例中，當測量在光路上通過的光時，窗137a和137b被從光路中移去。窗137a和137b不一定要透明。雖然在第二實施例中，蓋不是按加熱程序移動的，但自然也可採用與前一實施例中的相同的機構，以在原子化階段關閉取樣孔30。
在圖6A至7中顯示了窗驅動器的其他結構。圖6A和6B中的機構採用了馬達241和齒輪242，以轉動窗架240a和240b。圖7中所示的裝置採用了(電動或氣動)推進器341，以使窗架340a和340b滑動。
權利要求
1.用無火焰原子吸收分光光度計測定樣品中的目標元素含量的方法，其中在一加熱管中樣品在高溫下被原子化，且測量通過原子化的樣品的光的強度，加熱管有開放端及位於側壁上的取樣孔，該方法包括以下步驟把加熱管預熱到低於所述高溫的一較低溫度以蒸發樣品中的無關成分；在預熱階段把惰性氣體從開放端引入並把蒸發的無關成分經取樣孔從加熱管驅趕出去；以及停止惰性氣體，並在樣品於高溫下被原子化時使加熱管的開放端與外界大氣相通。
2.根據權利要求1的無火焰原子吸收分光光度計測定方法，還包括當樣品在高溫下被原子化時關閉加熱管的取樣孔的步驟。
3.根據權利要求1的無火焰原子吸收分光光度計測定方法，其中使用了一改變閥門以實現下述目的之一使加熱管的開放端與一惰性氣體源相連通;或者，使加熱管的開放端與外界大氣相連通。
4.根據權利要求1的無火焰原子吸收分光光度計測定方法，其中設在加熱管的開放端外的光路中的一對窗被移去，以使加熱管的開放端與外界大氣相連通。
5.無火焰原子吸收分光光度計，包括用於加熱樣品的加熱管，該加熱管在側壁上有取樣孔;一對端封閉部件，每個均被用於封閉加熱管的開放端;一對氣體通道，每個均被設在各端封閉部件中，用於把惰性氣體引入加熱管內的空間;用於使氣體通道與一惰性氣體源或大氣相連的閥門;加熱控制器，用於按預定加熱程序加熱加熱管;以及閥門控制器，用於在樣品於加熱管中被原子化之前使氣體通道與惰性氣體源相連通並用於當樣品在加熱管中被原子化時使氣體通道與大氣相連通。
6.根據權利要求5的無火焰原子吸收分光光度計，還包括用於封閉加熱管的取樣孔的蓋;蓋控制器，用於樣品在加熱管中被原子化之前打開取樣孔並用於當樣品在加熱管中被原子化時封閉取樣孔。
7.根據權利要求6的無火焰原子吸收分光光度計，其中在加熱管周圍設有一側封閉部件，以使惰性氣體在側封閉部件與加熱管之間流動以防止加熱管被氧化，該側封閉部件有一對應加熱管取樣孔的孔，且為側封閉部件的這個孔設置了蓋。
8.無火焰原子吸收分光光度計，包括用於加熱樣品的加熱管;一對端封閉部件，每個均用於封閉加熱管的開放端，每個端封閉部件均有在一端的端孔，用於使光通過該端孔及加熱管;一對分別封閉各端孔的可移動窗;加熱控制器，用於按預定的加熱程序加熱加熱管;以及窗控制器，用於樣品在加熱管中被原子化之前用窗封閉端孔並用於在樣品在加熱管中被原子化時打開端孔。
9.根據權利要求8的無火焰原子吸收分光光度計，還包括用於封閉設在加熱管側壁的取樣孔的蓋;以及蓋控制器，用於樣品在加熱管中被原子化之前打開取樣孔並用於當樣品在加熱管中被原子化時用蓋封閉取樣孔。
10.根據權利要求9的無火焰原子吸收分光光度計，其中在加熱管周圍設有一側封閉部件，以使惰性氣體在側封閉部件與加熱管之間流動以防止加熱管被氧化，側封閉部件有對應於加熱管取樣孔的孔，且為側封閉部件的該孔提供了蓋。
11.根據權利要求8的無火焰原子吸收分光光度計，還包括一對分別設在各端封閉部件中的氣體通道;惰性氣體源，用於經氣體通道把惰性氣體提供給加熱管內的空間;以及氣流控制器，用於樣品在加熱管中被原子化之前把惰性氣體經氣體通道從惰性氣體源提供到加熱管內的空間中，並用於當樣品在加熱管中被原子化時停止惰性氣體。
12.根據權利要求11的無火焰原子吸收分光光度計，還包括用於封閉設在加熱管的側壁上的取樣孔的蓋;以及蓋控制器，用於樣品在加熱管中被原子化之前打開取樣孔並用於當樣品在加熱管中被原子化時用蓋封閉取樣孔。
13.根據權利要求12的無火焰原子吸收分光光度計，其中在加熱管周圍設有側封閉部件，以使惰性氣體在側封閉部件與加熱管之間流動以防止加熱管的氧化，側封閉部件有對應於加熱管取樣孔的孔，且為側封閉部件的這個孔提供了蓋。
全文摘要
一種無火焰原子吸收分光光度計，包括在樣品原子化之前使加熱管的內部與惰性氣體源相連的閥門控制器，從而使在原子化階段之前從樣品產生的水蒸氣和有機物蒸氣經取樣孔被排出管外。在加熱過程的原子化階段，閥門控制器使加熱管內部與外界大氣相連，從而使原子化的樣品能在加熱管內沿光路擴散。
文檔編號G01N21/74GK1088307SQ93116810
公開日1994年6月22日 申請日期1993年9月11日 優先權日1992年9月11日
發明者中野友裕, 田口玄 申請人:株式會社島津製作所