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1、(10)申请公布号 CN 103760138 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103760138 A (21)申请号 201410052128.2 (22)申请日 2014.02.17 G01N 21/63(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 （威海） 地址 264200 山东省威海市高区文化西路 2 号 (72)发明人 姜杰 王英英 高传卫 高静 张静 孙浩 (74)专利代理机构 威海科星专利事务所 37202 代理人 王元生 (54) 发明名称 便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪 (57) 摘要 本发明涉及一种便携式介质阻挡放电等离子 体光谱仪， 其包括样品。
2、室、 气路系统、 激发光源、 分 光检测系统、 显示控制模块、 电池及外壳组件。所 述激发光源为介质阻挡放电 （DBD）等离子体光 源， 其包括射频电源、 电极、 绝缘介质， 射频电源通 过导线分别与两个电极连接， 绝缘介质处于两个 电极之间。 本发明以DBD等离子体作为光源， 具有 结构简单， 成本低， 体积小、 功耗低等优点， 能够方 便、 实时、 快捷地对样品中的金属元素进行检测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 10376。
3、0138 A CN 103760138 A 1/1 页 2 1. 一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪， 其主要包括样品室、 气路系统、 激发光 源、 分光检测系统、 显示控制模块、 电池及外壳组件 ； 所述分光检测系统包括聚光镜、 单色 镜、 光电转换及信号处理模块 ； 所述的分光检测系统与显示控制模块相连接， 并受显示控制 模块控制 ； 其特征在于 ： 所述激发光源为介质阻挡放电 （DBD） 等离子体光源， 其包括射频电 源、 电极、 管状绝缘介质， 射频电源通过导线分别与两个电极连接， 管状绝缘介质处于两个 电极之间 ； 所述气路系统包括工作气源、 三通分流阀、 两个气流控制阀， 其中三。
4、通分流阀直 接与工作气源连接， 并将工作气源分为两个支路， 其中一个支路通过一气流控制阀直接导 入 DBD 等离子体光源的管状绝缘介质内， 另一支路通过另一气流控制阀通入样品室 ； 所述 电池分别与 DBD 等离子体光源、 分光检测系统、 显示控制模块连接， 并分别为 DBD 等离子体 光源、 分光检测系统、 显示控制模块供电 ； 所述样品室与 DBD 等离子体光源的管状绝缘介质 的进气口直接相连。 2. 根据权利要求 1 所述便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪， 其特征在于 ： 所述电极 是圆环型的金属丝电极， 金属丝电极外套于管状绝缘介质的外侧。 3. 根据权利要求 1 所述便携式介质阻挡放。
5、电等离子体光谱仪， 其特征在于 ： 所述电极 是平行的平板电极。 4. 根据权利要求 1 所述便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪， 其特征在于 ： 所述的管 状绝缘介质为透明材料， 管内等离子体部分与分光检测系统之间光线不被阻挡。 权 利 要 求 书 CN 103760138 A 2 1/3 页 3 便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪 技术领域 0001 本发明属于分析仪器的光谱仪领域， 具体涉及一种便携式介质阻挡放电等离子体 光谱仪。其是大气压下介质阻挡放电 （DBD） 等离子体作为光源的便携式光谱仪装置。 背景技术 0002 传统的微量金属元素检测方法主要有原子吸收光谱法、 原子发射光谱法等，。
6、 其中， 电感耦合等离子体 （ICP） 作为激发光源的原子发射光谱分析技术以其检测稳定性好、 分析 灵敏度高、 可用于多元素同时检测等优点， 成为实验室元素检测最有力的分析手段。然而， 这些检测方法仪器昂贵、 运行成本高、 仪器体积大， 因此检测只能在实验室进行， 无法满足 现场检测的需求。 0003 介质阻挡放电是一种典型的非平衡态交流气体放电。DBD 通常采用两种电极结 构 , 平行平板电极结构和同轴圆筒电极结构， 其实验装置的特点是两个电极被绝缘电介质 隔开， 当放电电极施加足够高的交流电压时， 电极间的气体会被击穿而形成低温等离子体。 DBD 等离子体能够使原子产生能级跃迁， 当被激发。
7、的原子从高能级跃迁回低能级时能量以 光辐射的形式放出， 就产生了原子发射光谱。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足， 提供一种结构简单、 成 本低、 体积小、 功耗小， 可用于现场元素分析的便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪。 0005 本发明解决上述技术问题采用的技术方案是 ： 一种便携式介质阻挡放电等离子体 光谱仪， 其主要包括样品室、 气路系统、 激发光源、 分光检测系统、 显示控制模块、 电池及外 壳组件 ； 所述分光检测系统包括聚光镜、 单色镜、 光电转换及信号处理模块 ； 所述的分光检 测系统与显示控制模块相连接， 并受显示控制模块控制 ； 其特征在。
8、于 ： 所述激发光源为介 质阻挡放电 （DBD） 等离子体光源， 其包括射频电源、 两个电极、 管状绝缘介质， 射频电源通过 导线分别与两个电极连接， 管状绝缘介质处于两个电极之间 ； 所述气路系统包括工作气源、 三通分流阀、 两个气流控制阀， 其中三通分流阀直接与工作气源连接， 并将工作气源分为两 个支路， 其中一个支路通过一气流控制阀直接导入 DBD 等离子体光源的管状绝缘介质内， 另一支路通过另一气流控制阀通入样品室 ； 所述电池分别与 DBD 等离子体光源、 分光检测 系统、 显示控制模块连接， 并分别为 DBD 等离子体光源、 分光检测系统、 显示控制模块供电 ； 所述样品室与 DB。
9、D 等离子体光源的管状绝缘介质的进气口直接相连。 0006 所述电极可以是平行平板电极结构， 也可以是圆环型的金属丝电极， 电极材料为 导电性能良好的金属材料。 0007 所述的管状绝缘介质为透明材料， 管内等离子体部分与分光检测系统之间的光线 不被阻挡， 以便待测样品元素的发射光谱更好的进入分光检测系统中。 0008 所述的样品室内可直接通入气体样品， 也可承载液体或或固体样品。当检测气体 样品时， 可将气体样品直接通入样品室， 继而进入等离子体进行分析 ； 当检测液体或固体样 说 明 书 CN 103760138 A 3 2/3 页 4 品时， 可将样品装入样品室， 采用加热蒸发的方式使液。
10、体和固体样品转化为气相分子， 继而 导入等离子体进行分析。 0009 本发明当气体样品或气相分子进入样品室后， 待测样品在工作气体的带动下进入 DBD 等离子体光源的管状绝缘介质内， 并接受等离子体的作用， 被测样品元素在等离子体中 产生特征发射光谱， 并依次经聚光镜、 单色镜、 光电转换及信号处理模块的作用， 最终获得 样品元素的光谱信息， 从而实现对样品元素成分的分析。 0010 本发明以 DBD 等离子体作为光源， 具有结构简单、 成本低、 体积小、 功耗低等优点， 能够方便、 实时、 快捷地对样品中的金属元素进行检测。 为微量金属元素的现场分析提供了 一种有力的工具， 具有广阔的应用前。
11、景。 附图说明 0011 下面结合附图对本发明进行详细说明。 0012 图 1 是本发明的框图示意图。 0013 图 2 是本发明所述 DBD 等离子体光源的一种结构示意图 图 3 是本发明所述 DBD 等离子体光源的另一种结构示意图。 0014 图中的标号是 ： 1.工作气源， 2.三通分流阀， 3.气流控制阀， 4.DBD等离子体光源， 5. 聚光镜， 6. 单色镜， 7. 光电转换及信号处理模块， 8. 气流控制阀， 9. 样品室， 10. 电池， 11 显示控制模块 ； 41. 射频电源， 42. 导线， 43. 电极， 44. 管状绝缘介质， 45. 等离子体。 具体实施方式 001。
12、5 从图 1 可以看出， 一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪， 其主要包括样品室 9、 气路系统、 激发光源、 分光检测系统、 显示控制模块 11、 电池 10 及外壳组件 ； 所述分光检 测系统包括聚光镜5、 单色镜6、 光电转换及信号处理模块7。 所述的分光检测系统与显示控 制模块 11 相连接， 并受显示控制模块控制。 0016 本发明的特点是 ： 所述激发光源为介质阻挡放电 （DBD） 等离子体光源 4， 其包括射 频电源 41、 两个电极 43、 管状绝缘介质 44， 射频电源 41 通过导线 42 分别与两个电极 43 连 接， 管状绝缘介质 44 处于两个电极 43 之间。如图。
13、 2、 图 3 所示。 0017 所述气路系统包括工作气源1、 三通分流阀2、 气流控制阀3和气流控制阀 8， 三通 分流阀 2 直接与工作气源 1 连接， 并将工作气源 1 分为两个支路， 其中一个支路通过气流控 制阀 3的流量控制作用可直接导入DBD等离子体光源4的管状绝缘介质44内， 另一支路通 过气流控制阀 8 的流量控制作用通入样品室 9。 0018 所述的电池10分别与DBD等离子体光源4、 分光检测系统、 显示控制模块11连接， 并分别为 DBD 等离子体光源 4、 分光检测系统、 显示控制模块 11 供电 ； 所述样品室 9 与 DBD 等离子体光源 4 的管状绝缘介质 44 。
14、的进气口直接相连， 以便样品顺利进入 DBD 等离子体光 源 4。 0019 所述电极 43 可以是平行平板电极结构， 也可以是圆环型的金属丝电极， 电极材料 为导电性能良好的金属材料。 0020 图 2 是本发明所述的 DBD 等离子体光源的一种结构示意图。如图 2 所示， 所述的 电极 43 是圆环型的金属电极， 电极材料为铜， 金属电极外套于管状绝缘介质 44 的外侧， 两 说 明 书 CN 103760138 A 4 3/3 页 5 电极之间的距离为 3cm。所述的管状绝缘介质 44 为石英玻璃管， 石英玻璃管内径为 1.5mm， 石英玻璃管壁厚 0.75mm， 石英玻璃管与分光检测系。
15、统保持在同一平面上。石英玻璃管内等 离子体部分与分光检测系统之间光线不被阻挡， 以便待测样品元素的发射光谱更好的进入 分光检测系统中。 0021 图 3 是本发明所述的 DBD 等离子体光源的另一种结构示意图。如图 3 所示， 所述 的电极 43 为两个平行的大小为 3cm*1cm*0.1cm 的长方形铜电极板， 管状绝缘介质 44 为石 英玻璃管， 石英玻璃管处于两个平行电极43之间， 且两个平行电极之间的距离为1cm。 石英 玻璃管管内等离子体部分与分光检测系统之间光线不被平行电极板阻挡。 0022 所述的样品室内可直接通入气体样品， 也可承载液体或或固体样品。当检测气体 样品时， 可将气。
16、体样品直接通入样品室， 继而进入等离子体进行分析 ； 当检测液体或固体样 品时， 可将样品装入样品室， 采用加热蒸发的方式使液体和固体样品转化为气相分子， 继而 导入等离子体进行分析。 0023 具体检测时， 工作气源 1（氦气或氩气） 通过三通分流阀 2、 气流控制阀 3 及气流控 制阀 8 将气流分成两支路， 其中一个支路通入 DBD 等离子体光源 4 的石英玻璃的入口， 另一 支路通入样品室 9， 在进样之前， 开通气流控制阀 3， 关闭气流控制阀 8， 同时通过射频电源 41 对 DBD 等离子体光源 4 施加 3Kv 电压， DBD 等离子体光源 4 的石英玻璃管内产生稳定的 等离子体 45， 然后将气体样品通入样品室 9， 开启气流控制阀 8， 关闭气流控制阀 3， 使待 测样品在工作气体的带动下进入 DBD 等离子体光源 4 的石英玻璃管内， 被测样品元素在等 离子体 45 中产生的特征发射光谱依次经聚光镜 5、 单色镜 6、 光电转换及信号处理模块 7 的 作用， 最终获得样品元素的光谱信息， 从而实现对样品元素成分的分析。 说 明 书 CN 103760138 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103760138 A 6 。