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原文传递一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置及方法

专利名称：	一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置及方法
摘要：	本发明涉及一种电磁加热‑等离子体光谱检测土壤重金属装置及方法，解决了现有技术检测土壤中重金属过程操作不便，检测效率低、速度慢，无法实现现场快速检测的技术问题。本发明提供一种电磁加热‑等离子体光谱检测土壤重金属装置，包括电磁加热装置、等离子体原子发射光谱仪装置、气路系统和电池；电磁加热装置包括加热管，其为两端开口的中空管状结构，加热管一端为锥尖向外的圆锥状且与所述主管的第一进气口平滑过渡连接，加热管另一端通过密封塞进行密封，加热管的侧壁上设有进气口，加热管的外侧壁上缠绕有电磁感应线圈，缠绕有电磁感应线圈的加热管内部还固设有金属样品舟，同时还提供其方法。本发明广泛应用于土壤重金属光谱分析技术领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	哈尔滨工业大学(威海)
发明人：	姜杰;刘向宇;张向楠;李娜;张静;张恒南;高静
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910226876.0
公开号：	CN109752367A
代理机构：	威海恒誉润达专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	李福新
分类号：	G01N21/73(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	264209 山东省威海市文化西路2号
主权项：	1.一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，其特征在于，包括电磁加热装置、等离子体原子发射光谱仪装置、气路系统和电池；所述等离子体原子发射光谱仪装置包括等离子体激发装置、前光路系统装置和光谱仪，所述前光路系统装置包括主管和出气支管，所述主管为两端开口的中空直管，其两端开口分别为第一进气口和采光口，所述采光口处通过窗口片进行封闭，且与所述光谱仪的进光口相对设置，所述出气支管一端设有出气口，其另一端与所述主管平滑过渡连接，所述出气支管的内部与所述主管的内部相连通；所述电磁加热装置包括加热管、电磁感应线圈、电磁加热电路模块装置和加热控制系统，所述加热管也为两端开口的中空管状结构，所述加热管一端开口为锥尖向外的圆锥状且与所述主管的第一进气口平滑过渡连接的开口，所述加热管另一端通过密封塞进行密封，靠近所述密封塞处的所述加热管的侧壁上设有与所述加热管内部相连通的第二进气口，位于所述第二进气口和所述圆锥状开口之间的所述加热管的外侧壁上缠绕有所述电磁感应线圈，缠绕有所述电磁感应线圈的所述加热管内部还固设有金属样品舟。 2.根据权利要求1所述的一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，其特征在于，所述电磁感应线圈为单根紫铜管缠绕而成的双螺旋状结构的线圈。 3.根据权利要求2所述的一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，其特征在于，所述单根紫铜管的直径为2mm，且缠绕成所述双螺旋状结构的线圈的内层为7匝、外层为10匝、每匝间隙为1mm的所述电磁感应线圈；所述金属样品舟置于所述加热管内且位于所述电磁感应线圈的中心部位。 4.根据权利要求1所述的一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，其特征在于，所述金属样品舟通过与所述密封塞固定连接的固定支架进行固定连接；所述密封塞为磨砂石英塞；所述金属样品舟为由钨板焊接而成的中空长方体；所述加热管、所述主管、所述出气支管的材质均为石英玻璃，所述窗口片的材质为高透射型光学材料。 5.根据权利要求1所述的一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，其特征在于，所述电磁加热装置的加热控制系统，通过labVIEW程序控制加热装置的输出电压及电流，调节所述电磁加热线圈的加热功率，从而控制对所述金属样品舟的加热温度。 6.根据权利要求1所述的一种电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，其特征在于，所述出气支管与所述主管的接口处和所述第一进气口之间的所述主管上设有等离子体激发区，所述等离子体激发区的外壁上设有等离子体激发装置和供电单元，所述等离子体激发装置设有放电电极，所述供电单元与所述放电电极连接，通过所述供电单元对所述放电电极施加高压脉冲电压，使所述等离子体激发区内产生等离子体；所述出气支管与靠近所述采光口一端的所述主管之间的夹角为15～60°，所述出气支管与所述窗口片的距离为8～20mm。 7.根据权利要求1所述的一种利用电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属的装置，其特征在于，所述金属样品舟通过与所述密封塞固定连接的固定支架进行固定连接。 8.一种利用电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属的方法，其特征在于，使用权利要求1-7任何一项所述的电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属装置，包括以下步骤： (1)将待测土壤粉末样品置于所述金属样品舟内后，打开气路系统，从加热管上的第二进气口通入工作气源，所述工作气源依次通过加热管、从第一进气口进入主管、最后从主管的出气口排出，将所述加热管和主管内的空气完全排出后； (2)打开所述电磁加热电路装置的电源开关，通过所述加热控制系统调控所述电磁感应线圈两端施加电压的大小，即对所述电磁感应线圈施加电压后生产的磁感线穿过所述金属样品舟使其发热，控制所述金属样品舟内的加热温度逐渐升温，逐步依次实现对所述待测土壤粉末样品进行除水、除有机质基体的步骤，最后生成的废气从末端的出气口排出； (3)再通过供电单元对等离子体激发装置中的放电电极施加高压脉冲电压，使放电电极之间产生稳定的等离子体，即等离子体激发区内产生稳定的等离子体； (4)通过所述电磁加热电路装置控制所述电磁感应线圈两端施加电压的继续提高，所述加热管内温度继续升高，使所述金属样品舟内温度继续升高，将待测金属元素蒸出，形成待测金属元素的蒸汽； (5)步骤(4)中生成的含有待测金属元素的蒸汽随工作气源进入所述等离子体激发区后被步骤(3)中生成的等离子体激发后，即含有待测金属元素的气体中的金属原子的基态电子被等离子体激发后变成不稳定的激发态同时发射出相应的特征光信号，然后特征光信号沿着主管内部通过与第一进气口方向相反的采光口、透过窗口片传出，进入光谱仪中，被收集和处理，最终获得待测土壤粉末样品中金属元素的光谱信息，从而实现对待测土壤粉末样品中金属原子成分定性分析或者定量分析；被激发后的待测样品的气体中的其他杂质在工作气源的带动下经出气口排出。 9.根据权利要求8所述的一种利用电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属的方法，其特征在于，所述工作气源为惰性气体，所述惰性气体为氩气或者氦气；所述工作气源的气体流量为1L/min。 10.根据权利要求8所述的一种利用电磁加热-等离子体光谱检测土壤重金属的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述除水步骤中所述电磁感应线圈两端施加电压的大小为7v，除水时间为1min；步骤(2)中，所述除有机质基体步骤中所述电磁感应线圈两端施加电压的大小为10v，除有机质基体时间为1.5min；步骤(4)中，所述将待测金属元素蒸出步骤中所述电磁感应线圈两端施加电压的大小为24v，所述金属样品舟内温度大于等于1750℃。
所属类别：	发明专利