CN107271425A - 一种悬浮液瞬时进样‑液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置及其分析方法 - Google Patents

一种悬浮液瞬时进样‑液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置及其分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明目的在于提供一种使用简便、操作快捷、高通量的悬浮液瞬时进样‑液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置及其分析方法。该装置包括悬浮液瞬时进样装置和液体阴极辉光放电原子发射光谱装置，所述悬浮液瞬时进样装置具备：用于保持悬浮液样品的稳定悬浮状态的磁力搅拌器，包括两个进样位的六通阀，和加装于所述六通阀且用于储存所述悬浮液样品的定量环；所述六通阀能在两个所述进样位之间进行手动或自动切换，以将定量环中的所述悬浮液样品输送至所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测。

Description

一种悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析 装置及其分析方法
技术领域
本发明属于原子光谱分析领域，涉及一种悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置及其分析方法。
背景技术
随着国家工业化的发展和科学技术的不断进步，对高性能陶瓷材料的纯度要求越来越高，针对陶瓷材料粉体中杂质元素的检测要求也在不断提高。极少量杂质元素的存在会对烧结后陶瓷产品的理化性能、电性能、机械稳定性等各方面的性能带来影响。原料粉体的纯度直接影响产品的质量，必须对其中的杂质元素含量进行严格的定量检测。对于纯度达到99.9%甚至99.99%的高纯度陶瓷材料粉体来说，将样品消解时需要加入硝酸、硫酸、氢氟酸等各种试剂，从而引入一定的本底空白。
悬浮液进样是一种不消解样品，通过加入分散剂、物理搅拌等方式，将样品均匀分散在水系溶液中，直接引入原子光谱仪器进行检测的样品前处理方式。其优势在于简化前处理过程、降低来自试剂的污染、缩短分析时间，受限之处则在于校准方法的选用。原子光谱仪器虽然是目前主流的商品化检测仪器，检出限也可满足常规检测的需求，但存在设备昂贵、运行费用高、常需要辅助气体、高功率、高工作温度等不足。
液体阴极辉光放电原子发射光谱装置（Solution Cathode Glow Discharge-Atomic Emission Spectroscopy，SCGD-AES）具有可在大气压下直接操作，无需工作气体；仪器功率要求低，工作功率小于100W；样品进样无需使用雾化器等突出优点。但液体阴极辉光放电原子发射光谱装置使用毛细管作为进样管，对陶瓷样品悬浮液连续进样的耐受性较差，样品颗粒随悬浮液进入毛细管尖端溢出后，容易堆积在毛细管口，造成毛细管堵塞，影响辉光放电等离子体的稳定性，甚至会导致辉光放电等离子体熄灭，无法进行连续检测。且液体阴极辉光放电原子发射光谱装置对于进样溶液pH值具有较为严格的要求，一般要求使用pH为1的电解液，才能稳定连续地产生辉光等离子体。
发明内容
为了克服悬浮液进样技术无法直接用于液体阴极辉光放电原子发射光谱装置的不足，解决现有液体阴极辉光放电原子发射光谱装置难以对悬浮液状态的样品直接进样检测的技术问题，本发明提供一种使用简便、操作快捷、高通量的悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置及其分析方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置，
包括悬浮液瞬时进样装置和液体阴极辉光放电原子发射光谱装置，
所述悬浮液瞬时进样装置具备：
用于保持悬浮液样品的稳定悬浮状态的磁力搅拌器，
包括两个进样位的六通阀，和
加装于所述六通阀且用于储存所述悬浮液样品的定量环，
所述六通阀能在两个所述进样位之间进行手动或自动切换，以将定量环中的所述悬浮液样品输送至所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测。
本发明能克服悬浮液进样技术无法直接用于液体阴极辉光放电原子发射光谱装置的不足，解决现有液体阴极辉光放电原子发射光谱装置难以对悬浮液状态的样品直接进样检测的技术问题，提供一种使用简便、操作快捷、高通量的悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置。
本发明能通过六通阀的快速切换确保悬浮液不会对辉光放电等离子体的稳定产生影响，并可使用简单水溶液标准进行校准定量。
较佳为，所述六通阀通过T型连通器接入所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置的进样***中。
本发明另一方面提供一种采用悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置进行分析的方法，包括如下步骤：
使用磁力搅拌器保持悬浮液样品的稳定悬浮状态；
在定量环中储存悬浮液；
切换六通阀以将定量环中的所述悬浮液样品输送至液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测。
本发明能采用六通阀快速切换的方式，确保悬浮液样品能够直接被引入液体阴极辉光放电原子发射光谱装置进行检测，简化了对陶瓷粉末样品、特别是难熔陶瓷粉末样品的前处理过程，能够进行高效快速的高通量分析，并且可以用于高纯难熔陶瓷粉体的悬浮液直接进样检测，检测结果准确可靠，检测效率大为提高。
优选地，使所述悬浮液样品通过T型连通器流入载液中并与该载液一起进入所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置。借助于此，能确保辉光放电等离子体保持连续工作，无需对悬浮液样品进行pH调节等额外操作步骤。
附图说明
图1是本发明的悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置图；
图2是本发明的悬浮液瞬时进样六通阀进样位切换示意图；
附图标记：
1.1 磁力搅拌器；
1.2 悬浮液样品；
1.3 载液a；
1.4 蠕动泵a；
1.5 六通阀（A、B两个进样位）；
1.6定量环；
2.1 蠕动泵b；
2.2 载液b；
2.3 液体池；
2.4 石墨棒；
2.5 金属阳极；
2.6 放电区域；
2.7 透镜；
2.8 单色仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一实施例做进一步详述。
根据本发明的一种悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置，主要包括悬浮液瞬时进样装置（如图1所示的①）和液体阴极辉光放电原子发射光谱装置（如图1所示的②）。在悬浮液瞬时进样装置中，包括磁力搅拌器（图1中的1.1）、载液a（图1中的1.3）、蠕动泵a（图1中的1.4）、六通阀（图1中的1.5）。六通阀包括A、B两个进样位，安装100µL定量环（图1中的1.6）。可采用市售手动或电动六通阀，可在A、B两个进样位之间进行手动或自动切换。
将六通阀通过T型连通器接入液体阴极辉光放电原子发射光谱装置的进样***中，具体而言，六通阀的出口通过一个T型连通器与液体阴极辉光放电原子发射光谱装置的进样管连通。
将一定体积的悬浮液储存在加装的定量环中，通过切换六通阀，借助载液将定量环中的悬浮液样品输送至液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测，形成瞬时检测信号。
通过六通阀的快速切换可确保悬浮液不会对辉光放电等离子体的稳定产生影响，并可使用简单水溶液标准进行校准定量。具体而言，悬浮液瞬时进样的连接方式如下：在六通阀处于进样位A时，由磁力搅拌器形成的悬浮液样品（图1中的1.2）通过蠕动泵a流经六通阀的定量环（图1中的1.6），进入废液池。通过手动或自动将六通阀切换至进样位B时，载液a（图1中的1.3）将定量环中的样品运送出来，通过T型连通器流入液体阴极辉光放电原子发射光谱装置进行检测。
图2是本发明的悬浮液瞬时进样六通阀进样位切换示意图。图中可见，本实施例中，定量环加装在六通阀的③位和⑥位。六通阀切换至进样位A时，悬浮液通过蠕动泵依次流经①、⑥、③、②位后，流入废液池中，样品储存在定量环中，同时载液a流经④、⑤位后进入液体阴极辉光放电原子发射光谱装置。六通阀切换至进样位B时，载液流经④、③、⑥、⑤位，将储存在定量环中的样品运输至液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测，悬浮液通过①、②位后流入废液池。
液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中，检测装置包括光源发生、分光***、检测装置、数据处理***四个部分。其中光源发生部分包括包含高压电源、电阻、三维平台、金属阳极（图1中的2.5）、蠕动泵b（图1中的2.1）、液体池（图1中的2.3）、石墨棒（图1中的2.4）、进样管和排液管。液体池和金属阳极均安装在X、Y、Z方向可调的三维平台上。进样管和排液管通过孔道与液体池连接。样品采用蠕动泵驱动进样管进样，蠕动泵转速可调节。进样管固定于石墨电极上的小孔中，排液管则固定在液体池底相应的管孔中。高压源正极出来的导线经电阻与金属阳极相连接；负极则与石墨电极相连接。并将石墨电极水平固定在液体池壁的一侧。放电区域（图1中的2.6）产生的发射光谱经透镜（图1中的2.7）聚焦到达单色仪（图1中的2.8），然后通过光电倍增管（PMT）的检测获得相应元素的光谱强度，从而定量分析其中的元素含量。
本实施例的分析过程包括储存悬浮液、切换六通阀、进样检测，使得液体阴极辉光放电原子发射光谱装置能够直接对悬浮液进行进样检测，并能够通过水溶液校准获得定量结果。在具体实施过程中，需要对样品的粒度分布先期进行考察。在分析陶瓷粉末时，悬浮体颗粒应小于5~10 µm。窄的粒度大小分布以及平均粒度小于2 µm能确保悬浮液样品传输和回收与相应水溶液标准等效，从而可以使用简单的水溶液进行校准。
本发明使用纯粹物理方式、使用磁力搅拌器保持悬浮液样品的稳定悬浮状态。即、通过磁力搅拌器将陶瓷粉末样品制备成直接分散在去离子水中的悬浮液，无需添加任何化学试剂。磁力搅拌器为普通实验室用磁力搅拌器，有转速调节功能。
本发明所述的SCGD-AES具体特征为液体池中的电解液采用pH为1的酸溶液，进样管的顶端与金属阳极尖端保持距离为2-4 mm。本发明的金属阳极采用钛电极或钨电极。
本发明中悬浮液瞬时进样装置使用的载液a（图1中的1.3）和液体阴极辉光放电原子发射光谱装置使用的载液b（图1中的2.2）相同，均为pH为1的酸溶液。
详细而言，称取约0.5 g氮化硅粉末样品，置于100 mL石英烧杯中，定量加入50 mL去离子水，在磁力搅拌器上搅拌10 min以上，使样品呈现悬浮状态，制备成待测悬浮液样品。
蠕动泵b将载液b以1.2 mL/min的速度引入SCGD-AES，当导管中气泡消失后，在玻璃毛细管和金属阳极之间加载1080 V直流高压，启动点火装置，在放电区域2.6中观察到等离子体点亮稳定后，打开蠕动泵a，在手动切换的情况下，手动将六通阀切换至进样位A，将悬浮液样品引入定量环中。待样品充满定量环后，手动将六通阀切换至进样位B，通过载液将悬浮液样品引入辉光放电区域进行测定。重复这一过程，对下一个悬浮液样品进行检测。采用相同的进样检测过程，对标准水溶液进行测定，绘制校准工作曲线，进行定量计算。
对氮化硅标准参考物质ERM-ED101进行分析，其测定结果与标准参考值吻合。考察了Al、Ca、Co、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni等9种微量元素，各种元素的检出限在0.2~53 mg·kg-1之间，RSD在1.13 %~5.02 %之间。说明该装置可以用于高纯难熔陶瓷粉体的悬浮液直接进样检测，检测结果准确可靠，检测效率大为提高。
本发明的有益效果在于：
1、采用六通阀快速切换的方式，确保悬浮液样品能够直接被引入液体阴极辉光放电原子发射光谱装置进行检测，简化了对陶瓷粉末样品、特别是难熔陶瓷粉末样品的前处理过程，能够进行高效快速的高通量分析；
2、从六通阀中输送出来的悬浮液样品通过T型连通器流入载液b中，与该载液b一起进入液体阴极辉光放电原子发射光谱装置，确保辉光放电等离子体保持连续工作，无需对悬浮液样品进行pH调节等额外操作步骤；
3、使用水溶液标准直接进行校准，获得定量检测结果。

Claims (4)

1.一种悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置，其特征在于，
包括悬浮液瞬时进样装置和液体阴极辉光放电原子发射光谱装置，
所述悬浮液瞬时进样装置具备：
用于保持悬浮液样品的稳定悬浮状态的磁力搅拌器，
包括两个进样位的六通阀，和
加装于所述六通阀且用于储存所述悬浮液样品的定量环；
所述六通阀能在两个所述进样位之间进行手动或自动切换，以将定量环中的所述悬浮液样品输送至所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测。
2.根据权利要求1所述的悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置，其特征在于，
所述六通阀通过T型连通器接入所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置的进样***中。
3.一种采用悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置进行分析的方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用磁力搅拌器保持悬浮液样品的稳定悬浮状态；
在定量环中储存悬浮液；
切换六通阀以将定量环中的所述悬浮液样品输送至液体阴极辉光放电原子发射光谱装置中进行检测。
4.根据权利要求3所述的采用悬浮液瞬时进样-液体阴极辉光放电原子发射光谱分析装置进行分析的方法，其特征在于，
使所述悬浮液样品通过T型连通器流入载液中并与该载液一起进入所述液体阴极辉光放电原子发射光谱装置。
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