[发明专利]基于辉光放电的等离子体发生装置及构成的光谱检测系统

说明书

所属技术领域

本发明属于分析化学光谱分析领域，具体涉及一种基于辉光放电的等离子体发生装置以及由其构成的等离子体激发光谱检测系统，可应用于有机物、无机物的分析检测。

背景技术

发射光谱检测法是利用物质在激发跃迁过程中产生的特征谱线及其强度，实现对物质成分和含量的检测。目前发射光谱检测法常用的激发光源主要有直流电弧、低压交流电弧、高压电容火花和电感耦合高频等离子体源。但这些激发光源的体积庞大、功率高、检测成本高，难以实现小型化与便携式，无法用于野外分析检测。而且这些激发光源的温度高，用于检测有机物时易造成有机物的结构破坏，因此难以用于有机物的成分和含量测定。随着检测技术的发展，人们开始研究简单、快速、低成本的便携式发射光谱的激发光源。其中，大气压辉光放电等离子体的激发光源（等离子体发生装置）的结构相对简单，操作方便，成本低廉，产生的等离子体温度低，在实际应用中的潜力尤为突出。

目前报道的大气压辉光放电等离子体发生装置主要可以分为两种类型。第一类大气压辉光放电等离子体发生装置产生的等离子体，需要利用等离子体维持气使其从出气端口吹出。这一类的等离子体发生装置，在等离子体的吹出过程中增加了气体的消耗量，不利于实现装置的便携，而且等离子体与放电腔接触，容易造成由活性物质与放电腔碰撞进而造成光谱信号损失，同时也影响等离子体的稳定性。而且维持气体流速的增大缩短了活性物质在等离子体中的保留时间，使灵敏度降低。第二类大气压辉光放电等离子体发生装置发出的检测光穿过等离子体放电腔的腔壁（石英或玻璃等透明材质）然后被光纤收集，这种类型的等离子体发生装置在长期使用的过程中，碳沉积在放电腔的腔壁，影响光的传出，从而减弱检测的信号。总之现有技术的大气压辉光放电等离子体发生装置发射的等离子体作为激发光源依旧存在稳定性差，耗气量大，使用寿命短，灵敏度低等问题，这些不利因素都限制着大气压辉光放电等离子体激发光源在便携式仪器中以及在实际检测中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于辉光放电的等离子体发生装置以及由其构成的等离子体激发光谱检测系统，以实现生产稳定性好、灵敏度高、寿命长、能耗低、耗气量小的便携式分析仪器。

本发明提供的基于辉光放电的等离子体发生装置，其技术方案构成，包括两个放电电极和位于发生装置本体内依次连通的工作气进气腔、放电腔和缓冲腔，所述进气腔为管腔结构，所述放电腔其垂直于工作气进气方向的一个方向中的一个侧面为敞开结构，两个放电电极相对设置在放电腔另一个方向的两侧面上，所述缓冲腔其面对工作气进气方向的一方为封闭面，工作气体由进气腔进入经位于两放电电极之间的放电腔被电离后从放电腔敞开口排出。

在本发明的上述技术方案中，所述进气腔的形状可为沿进气方向等矩形断面的腔体，或为自进气端口到出气端口方向矩形断面面积逐渐减小的腔体，或为沿进气方向等圆形断面的圆柱形腔体，或为自进气端口到出气端口方向圆形断面面积逐渐减小的圆锥形腔体等形状。

在本发明的上述技术方案中，当进气腔为矩形断面时，进气腔出气端口的宽度与高度之比最好在（0.001～200）:1范围；当进气腔为圆形断面时，如圆柱形进气腔、圆锥形进气腔，进气腔的出口半径最好在0.001～200mm范围。

在本发明的上述技术方案中，在工作气进气方向，所述缓冲腔的腔体轴线与放电腔的腔体轴线为平行，即两者的轴线可以一致也可以相错；缓冲腔于垂直工作气进气方向的断面面积不小于放电腔的断面面积，即缓冲腔的断面面积可以与放电腔的断面面积相等，也可大于放电腔的断面面积。缓冲腔与放电腔敞开口相同的部位可以敞开也可以封闭。当进气腔、放电腔、缓冲腔均为矩形断面结构时，缓冲腔的宽度和高度可以大于、等于或者小于放电腔的宽度和高度，但当缓冲腔与进气腔的宽度和高度相等时效果较佳。缓冲腔的长度与宽度之比可为（0.001～200）:1。当缓冲腔为敞开结构时，缓冲腔的出气口的长和宽可以等于或小于缓冲腔内壁的长和宽，但宽度最好等于放电腔的宽度。

在本发明的上述技术方案中，设置在放电腔两侧的两个放电电极，优先考虑位于连接进气腔工作气出口处，且使两个电极的放电断面与进气腔的出气端口两侧的内壁面在同一个平面上，以使工作气取得更佳离子化效果。

在本发明的上述技术方案中，发生装置本体的材质为绝缘材料，优先选用聚四氟乙烯、绝缘陶瓷片和石英中的一种，也可选用三者中的混合料。