[发明专利]金属元素的液相阴极放电等离子体光谱快速检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于分析化学中原子发射光谱分析技术领域，涉及一种由液相阴极辉光放电发生装置构成的等离子体激发光谱检测系统，用于实时、在线和多元素同时快速定性和定量检测溶液中的金属元素；本发明还涉及一种用该检测系统快速测定溶液中金属元素的方法。

背景技术

水是人类生存和发展必不可少的物质之一。然而，由于人类活动和工农业的发展，产生了大量含重金属离子的废水。重金属离子可通过食物链在生物体内富集，并通过食物链危及人类身体健康，对人类和环境构成极大的威胁。近年来，重金属污染问题日趋严重，且污染事件频发，如广西的镉污染事件、陕西血铅中毒事件和山东砷化物超标事件等。因此，快速检测水体中的重金属元素迫在眉睫。近来，建立实时、在线而又快速监控水中重金属元素的分析方法，成为环境分析检测领域研究的热点问题之一。

目前，国内外对水中重金属元素的检测最为常用的方法是原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等。这些方法具有灵敏度高、稳定性好、元素之间相互干扰少等优点。但这几类方法中使用的检测仪器价格昂贵、体积大、耗能高、检测成本高，而且需要对样品进行预处理，难以实现实时、在线分析监测。近年来兴起的电解液阴极放电原子发射光谱技术（ELCAD-AES）由于具有装置小型、操作简单、成本低廉的优点而备受关注。

1993年，Cserfalvi和Mezei等首次提出并建立电解液阴极放电原子发射光谱（ELCAD-AES）系统，并将其应用到光谱分析中。之后，该领域的研究才受到人们的广泛关注。ELCAD系统中，待测溶液在蠕动泵带动下进入毛细管，在毛细管顶端形成“喷泉”状液面, 该液面作为液体放电阴极，与金属电极阳极相距几毫米的位置，毛细管顶端溢出的液体流入储液池通过石墨碳棒与电源负极导通，从而构建放电系统。当向金属电极施加足够高的电压时，毛细管顶端溢出的液体被气化、击穿，产生辉光，形成放电等离子体。然而，ELCAD技术中等离子体的稳定性和高检出限成为制约其发展的两个重要因素。为了提高放电稳定性，人们对ELCAD的放电结构进行了许多改进，其中最具代表性的有：Webb 等构建的溶液阴极辉光放电技术（SCGD）、Shaltout等构建的液体进样-大气压辉光放电技术（LS-APGD）、Pohl 等构建的直流大气压辉光放电技术（DC-APGD）以及朱振利等构建的交流电解液大气压放电技术（AC-EALD）等。专利《液体阴极辉光放电发射光谱检测金属离子装置》（申请号201310072070.3，公布号CN103163116A，公布日2013.06.19）公开了一种液体阴极辉光放电发射光谱检测金属离子装置，但其实质是蠕动泵带动下的气相放电。以上这些改进都没有真正实现在液体内部进行元素的直接测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属元素的液相阴极辉光放电等离子光谱快速检测系统，真正实现在液体内部直接进行元素测量。

本发明的另一个目的是提供一种用上述检测系统原位、实时、在线、快速地检测溶液中金属元素的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种金属元素的液相阴极放电等离子体光谱快速检测系统，包括光纤光谱仪、ICCD相机、直流稳压电源、示波器和等离子体发生装置；等离子体发生装置为石英容器，其侧壁内设有冷却水通道，等离子体发生装置内设有针状铂电极阴极，针状铂电极阴极的下端穿过等离子体发生装置侧壁伸出等离子体发生装置外，并与第一电阻的一端和第二电阻的一端相连接，第一电阻的另一端接直流稳压电源的负极，第二电阻的另一端接示波器的一个接线柱；等离子体发生装置的侧壁上设有凹陷的石英窗口，石英窗口内设有光纤探头，光纤探头与光纤光谱仪相连，等离子体发生装置顶部设有石墨碳棒，石墨碳棒的下端伸入等离子体发生装置内，并与针状铂电极阴极同轴设置，石墨碳棒安装在平移台上，石墨碳棒阳极上端分别与直流稳压电源的正极和第三电阻的一端相连接，第三电阻的另一端接示波器的另一个接线柱；光纤光谱仪和ICCD相机均与计算机相连。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种用上述检测系统快速检测液相中金属元素的方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：将ICCD相机的摄像头朝向等离子体发生装置，使该摄像头与光纤探头相平齐，且摄像头与光纤探头处于180°方向上；将聚光透镜置于ICCD相机和等离子体发生装置之间；