在分析过程中,每个样品经过温度-时间程序,实现样品的干燥和消除原子化前所产生的干扰物质。
温度-时间程序(TTP)运行下列四个步骤: ? 干燥样品
? 样品的热处理,包括分离或者灰化样品基体 ? 原子化样品
? 清洗石墨管,准备下一个样品的测量。
novAA 400P的软件可以自动优化以上四个基本步骤。
3.3.1石墨炉
我们的横向加热石墨炉为气压式锁紧系统,石墨管和石墨电极保证良好的接触。石墨套和石墨电极围绕石墨管形成一个封闭室,以达到稳定的热辐射条件和保证足够的化学惰性。当石墨炉打开时,可以通过石墨套预调整石墨管的位置;当关闭石墨炉后,石墨管会自动提升到合适的位置,并压入接触面,而不接触到石墨套。这一操作可以重复实现。
1 石英窗 2 石墨管 3 进样口 4 石墨炉固定端 5 石墨炉夹套 6 石英窗
7 打开时的石墨炉活动端 8 位于活动端的石墨电极 9 陶瓷环
横向加热石墨炉
3.3.2 石墨炉中的气体控制和作用
石墨炉中的气流分为初级气流(清洗气)和二级气流(保护气),两种气流单独控制。某些特殊的分析条件下,氧化气体(如氧气)或者还原气体(如氢气)可以加入到一级气路中,以利于于样品的灰化。当使用氧气时,温度不要超过500?C,不然会损害石墨管的使用寿命。
一级气流用来清洗干燥和灰化时石墨管中产生的所有气体,防止样品在石英窗上的冷凝浓缩,消除影响原子云在光束中停留时间的干扰因素。在原子化阶段,一级气流一般要关闭,以达到原子云在光束中停留最长时间,增加灵敏度。二级气流保护石墨管,并通过进样口的位置流出。二级气流是为了让石墨管周围充满惰性气体,以保护石墨管不为大气中的氧气所氧化。
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1, 3 一级气流(清洗气) 2 二级气流(保护气)
图5:石墨炉中的一级气流和二级气流示意图
石墨炉中的热对流是通过其中的圆筒状附件来实现的。可以根据需要提高原子化器的操作温度,这样在其惰性内壁,避免了浓缩效应。
与石墨炉夹套相对的圆锥形附件,以及密封圈天衣无缝的结合,保证外围气体无法渗入到石墨炉内室。石墨炉夹套的开口是沿着光轴方向,外筒上安装石英窗。所以拧下清洗极为方便。
1. 安装石英窗的圆筒 2. 圆筒形附件 3. 圆锥形附件
用手电筒和牙医镜,可以校正石墨炉自动进样器进样针的位置,也可以查看样品的干燥过程。
当换用平台石墨管时,要避免挡住光束。可以通过上下移动石墨炉来调准光束。
3.3.3 石墨管的种类
有3种不同的石墨管可供使用。 ? 标准石墨管
? 固体样品专用石墨管 ? PIN平台石墨管
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1. 固体专用石墨管 2. 标准石墨管 3. PIN平台石墨管 石墨管类型 标准石墨管 固体分析石墨管 PIN平台石墨管 进样体积 最大50?L 参考固体进样器的进样量 最大50?L 用途 溶液样品 固体样品 溶液样品
3.3.4 光学温度传感器
在石墨炉的一边,光束方向对角线的位置,有一个光学温度传感器用于重新校正石墨管的温度。其原理是用一个半导体红外接收器,来测量石墨管内的温度。当石墨管格式化时,开始重新校正石墨管温度曲线。
3.4 雾化器-混合室-燃烧头系统
火焰分析模式一般用于ppm至ppb浓度范围的测量,以及测定主要组分。样品溶液被吸入雾化室,然后喷进混合室,在那里样品变成气溶胶状态和可燃气,助燃气混合后,通过燃烧头的缝口喷出。火焰5cm或者10cm长,几厘米宽。
3.4.1 自动气体控制
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1)燃烧头 2) 燃烧头固定螺丝 3)燃气接头 4)附加助燃气接头 5)喷雾器锁环 6)喷雾器 7)吸液管 8)助燃气接头 9)水封固定螺丝 10)水封
11)水封传感器连线 12)废液出口 13)水封传感器 14)雾化室固定螺丝 15)安全塞 16)雾化室管子
自动气体控制保证稳定的气体流量,而不受气体压力波动的影响。并具有安全点火和熄火的特点。自动气体控制有3个气体入口:可燃气(乙炔),空气,笑气。
图6:雾化室-混合室-燃烧头系统
3.4.2 燃烧头-雾化器系统
雾化器将样品变成气溶胶,然后火焰将气溶胶原子化。助燃气通过雾化器旁边的接口进入雾化器,并通过铂铑合金的毛细柱和钛合金喷嘴产生低压,从而吸入样品溶液。毛细柱相对于喷嘴的位置决定吸入样品的速度。其相对位置可以手动调节。
形成的气溶胶撞击到撞击球上,大颗粒气溶胶被撞击球阻隔,变成废液流出。燃气成直角方向吹向撞击球,然后和气溶胶在混合室混合后到达燃烧头,形成火焰,并将气溶胶原子化。
气溶胶颗粒越小越好。因为在火焰中,必须快速蒸发以原子化,如果不能完全蒸发,会降低分析的灵敏度。没有被蒸发的颗粒会造成光的散射,增加背景吸收。
3.4.3 燃烧头
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燃烧头的种类有:
? 乙炔火焰燃烧头,单缝50mm(标准);单缝100mm(相对于标准50mm燃烧头,灵敏度增加1.5倍,
但是标准燃烧头重现性好)。 ? 乙炔-笑气50mm单缝燃烧头。
不同火焰的应用范围:
? 乙炔-空气火焰可以应用于绝大多数的元素分析;
? 乙炔-笑气火焰可以应用于难熔元素的分析,如:硼,铝,硅等!
左:50mm单缝燃烧头(标准) 右:100mm单缝燃烧头
燃烧头由防腐蚀的钛合金制成。燃烧头更换方便,可以任意旋转90度。一个固定位置平行于光轴。而旋转90度角,可以降低灵敏度,以测定主要组分。
燃烧头的高度可以通过驱动马达自动调节,最低可降到光轴15cm以下,这样可通过高度的调节取的最大吸光度。
3.4.4 传感器
燃烧头-雾化器系统有各种不同传感器进行监控,保证操作的安全性。 ? 虹吸管中的浮动开关指示80mm水柱的正确液位; ? 两个指数识别器通过标码检定燃烧头的类型; ? 紫外传感器识别火焰类型。
除了上述传感器外,混合室还配置了一个减压阀。如果回火,减压阀会自动打开。控制软件自动评价传感器信号,监控整个安全系统,包括气体压力和流速,及火焰状态。
3.5 各种附件
3.5.1 自动灯座及元素灯
novAA400P配置有自动8灯座,可以同时安装8只空心阴极灯,每个灯可以微机控制自动旋转到工作位置。灯座为可以配置直径40mm的各种类型的空心阴极灯。氘灯是装在一个专用的灯里。
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