本发明涉及光谱分析用的一种溶液进样装置。

到目前为止，各国光谱分析用仪器的溶液进样装置主要由气动式喷雾器与水平放置的单管或双管雾化室（scott型雾化室）组成，其中常规的商品化双管雾化室是由两个同心玻璃管组成，外管的下部有一″废液″排出管，上部中央处有一气溶胶排出管。由气动式喷雾器所产生的样品气溶胶，首先通过内管与外管内壁碰撞后，折回到内管与外管之间的间隙中。经过如此缓冲和筛选后的气溶胶，由气溶胶排出管进入激发区，例如等离子体焰炬中。这种进样装置由于气溶胶的传输效率仅为2－5％，95－98％的样品溶液消耗在雾化室中作为″废液″排出，所以不适用小体积（毫升级）样品的多元素痕量分析。同时由于该雾化室的结构导致了较差的气流缓冲作用和雾滴分离筛选效果，易产生湍流，而这三因素是改善分析性能的重要因素，直接关系到信号的稳定性和元素的检测下限。由于该雾化室的缺点导致大颗粒的雾滴被引入激发区，产生闪烁噪音，影响信号的稳定性和元素检测限的进一步降低。

Thelin（analyst，January，1981，vol  106，pp54－59）描述了一种旋流式雾化室与槽型喷雾器（Slot－type  nebuliser）组成的溶液进样装置。这种装置的旋流雾化室有一个容量为750毫升的倒锥形瓶，瓶顶部中央安装一个气溶胶排出管，原瓶口为″废液″排出口。槽型喷雾器与旋流雾化室的上部切向磨口连接。从槽型喷雾器出来的样品气溶胶进入旋流雾化室后，产生螺旋运动，并从雾化室的顶部气溶胶排出管排出，进入激发区，通过离心力的作用，使大雾滴与器壁碰撞而落下，使小雾滴进入激 发区，提高了元素的信背比。这种装置缺点在于（1）气溶胶排出管没有插入旋流雾化室的内部，仍无法避免湍流使较大的雾滴进入激发区，产生较大的噪音信号，使元素分析的检测限变坏。（2）由于旋流雾化室的样品″废液″排出口直接与大气相通，使氩气和样品溶液大量消耗，仍不适用于小体积样品（毫升级）的多元素痕量分析。（3）由于槽型喷雾器在旋流雾化室的顶部与其接近水平切向连接，在连接管端往往由于气流的反冲造成气溶胶液滴的滞留凝聚，致使高盐浓度的样品产生严重的记忆效应，使雾化室的清洗时间加长。

本发明的目的是提出一种增强雾滴分级筛选效果和气流缓冲作用的旋流雾化室结构，该结构与喷雾器匹配构成一个分析性能良好的溶液进样装置。

本发明的另一个目的是本溶液进样装置用于等离子体发射光谱，等离子体荧光光谱，等离子体质谱，原子吸收光谱，火焰发射光谱等分析中，使分析元素的检测限降低，提高信号稳定性。第三个目的是使高盐浓度的样品溶液的记忆效应显著减弱，缩短雾化室的清洗时间。第四个目的是实现样品溶液的再循环，减少样品溶液和氩气的消耗，降低分析成本。第五个目的是使本装置适用于小体积（毫升级）样品溶液的多元素痕量分析。

溶液进样装置的雾化室不仅是一个气溶胶的传输通道，按气动理论的观点，它还应当是一个极好的气流缓冲器和粒子分级器，而使排除了大雾滴细而均匀的气溶胶粒子到达激发区，以改善信号的稳定性，保证分析物粒子的完全蒸发和原子化过程，从而降低其检测限。

本发明是一种光谱分析用的溶液进样装置，包括立式旋流雾化室和与其切向连接的喷雾器，立式旋流雾化室是由上部为圆筒形下部为倒圆锥形同心的两部分组成，在其底部有一个″废液″排出孔；立式旋流雾化 室有一个装有气溶胶排出管的气溶胶排出口；气溶胶排出口在立式旋流雾化室的圆筒形顶部中央，并在其口上安装一个气溶胶排出管，该气溶胶排出管延伸到立式旋流雾化室的底部与倒圆锥形内壁形成空隙，喷雾器在立式旋流雾化室圆筒侧面的最上端并插入其中，且与立式旋流雾化室顶部平面成小于45°的锐角，使喷雾器喷出的样品气溶胶束的轴线在气溶胶排出管的外壁和雾化室上部圆筒形内壁之间。

为了使立式旋流雾化室较好地起到气流缓冲作用和粒子分级作用，立式旋流雾化室的倒圆锥的锥角为50－70°角，最佳为60°。立式旋流雾化室与气动同心喷雾器或交叉喷雾器或巴宾顿（Babington）喷雾器或槽形喷雾器相匹配使用。

为了消除喷雾器连接管由于气流的反冲作用形成液滴滞留，使喷雾器与立式旋流雾化室顶部平面成的最佳角度为15°。气溶胶排出管延伸到立式旋流雾化室内部，避免大雾滴进入激发区；当气溶胶排出管与倒圆锥形内壁形成2－4毫米的空隙时，其信背比最大，效果好。该空隙小于2毫米时，容易滞留液滴，使气流不流畅，且大雾滴也被带到激发区中。喷雾器和气溶胶排出管分别与雾化室连接时，可用螺纹或磨口或塞式连接。

为了实现小体积样品的再循环过程，以节省样品溶液的消耗，在立式旋流雾化室的底部的样品″废液″排出口安装一个三通截门，在立式旋流雾化室的顶部与雾化器相对称处，安装一个样品溶液或去离子水注入阀，以注入样品溶液和去离子水。

在三通截门的一通上安装一个″U″形管，在其另一通上用毛细塑料软管与喷雾器的样品注入管连接，使样品溶液在喷雾过程中，收集在立式旋流雾化室的底部的″废液″被循环馈入喷雾器，反复雾化成用于分析的气溶胶进入等离子焰炬中。″U″形管的作用在于排出冲洗雾化室的去 离子水，″U″形管的水封使雾化室与外界大气隔绝，保持等离子体焰炬不因进空气而熄灭，同时也避免氩气的泄漏。

本装置可用玻璃或石英或聚四氟乙烯塑料或陶瓷材料制成。

用电感耦合高频等离子体发射光谱分析作为非限定性例，说明该溶液进样装置的优点和最佳实施方式。

本发明的优点是：

第一，本进样装置的几何形状发挥了强大的离心力与重力的合力的作用，进行气溶胶雾滴的分级筛选，使得到达等离子体的粒子直径在3.5～5.5微米之间，一般认为等离子体光谱分析的较理想的气溶胶颗粒直径约在1～7微米之间。以气流的高速螺旋运动方式改善了气流缓冲效果，减少了湍流，提高了信号稳定性，而使电感藕合高频等离子体发射光谱分析的性能有较大改善，表现为分析元素谱线的信背比的提高，元素检测限的降低。

第二，本进样装置的立式旋流雾化室克服了常规双管雾化室的严重记忆效应的缺点，特别是在高盐样品喷雾后。立式旋流雾化室的冲洗时间仅为双管雾化室的1／2～1／3，适用于高盐样品分析。

第三，本装置可实现小体积样品（毫升级）的再循环雾化，使样品溶液的利用率达到95％以上，一毫升样品溶液可维持喷雾1小时左右，而用气动同心喷雾器与双管雾化室所组成的溶液进样装置，一毫升样品溶液只能维持喷雾约1分钟。故本装置适用于生物样品、血液、人体组织、天体样品等毫升级小体积的多元素痕量分析。

第四，由于该进样装置溶液消耗量少，能在长时间保持同一稳定的信号，而不必增加额外的操作管理，故适用于各种机理性研究。

本溶液进样装置可安装在任何等离子体光源装置的炬管匹配箱内，可用于诸如等离子体发射光谱，等离子体荧光光谱，等离子体质谱分析 中的溶液进样；又可用于原子荧光光谱，原子吸收光谱分析及火焰发射光谱分析的溶液进样以及适用此装置的其他用途。

本溶液进样装置可用一种非限定性实例说明最佳实施方式，将有助于对本装置及其优点的理解，本溶液进样装置最佳实例见图一。

附图一    气动同心喷雾器和立式旋流雾化室所组成的溶液进样装置

以下结合图一对本装置作进一步的详细描述：

本装置是由硬质玻璃制成的气动同心喷雾器［1］和硬质玻璃制成的立式旋流雾化室［2］所组成。立式旋流雾化室的上部为圆筒［3］，下部为与圆筒［3］同心的倒圆锥［4］其倒圆锥的锥角为60°。立式旋流雾化室的顶部中央安装一个气溶胶排出管［5］，并延伸到立式旋流雾化室的底部，与倒圆锥形［4］底部的内壁形成2毫米的空隙。气溶胶排出管［5］与立式旋流雾化室［2］用公知的螺纹接口［6］相连接。气溶胶排出管的最上端制成了球形磨口［7］便于与等离子炬管相连。气动同心喷雾器［1］从立式旋流雾化室最上端切向插入圆筒中，与立式旋流雾化室顶部平面成15°角。气动同心喷雾器［1］与立式旋流雾化室用公知的螺纹接口［8］连接，在立式旋流雾化室底部样品″废液″排出口［9］安装一个三通截门［10］，在三通截门［10］的一通上安装一个″U″形管［11］，从三通截门的另一通的玻璃管［12］上，通过泵［13］与气动同心喷雾器［1］的样品注入管［14］以毛细塑料软管相连，在立式旋流雾化室的顶部与气动同心喷雾器［1］相对称处安装一个样品溶液或去离子水注入阀［15］。

当从注入阀［15］注入样品溶液后，使三通截门［10］处于与三通截门的一个通上的玻璃管［12］和泵［13］相通状态；开动泵［13］提升样品溶液注入到立式旋流雾化室［2］中进行雾化，形成气溶胶；在强大的离心力以及重力作用下，不同直径的雾滴被有效的分离和筛选，大粒子被甩向外围，并与立式旋流雾化室［2］的内壁碰撞，沿壁滑下被收集在其底部。 作螺旋运动下降的气流到达倒圆锥［4］的底部时，立刻以同样的螺旋运动方式沿气溶胶排出管［5］平稳上升，只有均匀细小的气溶胶滴随载气流进入等离子焰炬中，被激发。被收集在立式旋流雾化室底部的溶液又可以以上述同样的分式，通过气动同心喷雾器［1］再次雾化，使样品溶液循环使用。若样品溶液粘度小，可省去泵［13］使三通截门的一个通上的玻璃管［12］与气动同心喷雾器的样品注入管［14］直接以毛细塑料软管相连。若不需要样品溶液循环使用，样品溶液可直接由气动同心喷雾器［1］雾化输入立式旋流雾化室［2］中。此时将三通截门［10］与″U″形管［11］接通，样品″废液″从″U″形管排出。

在同一个电感耦合高频等离子体发射光谱仪上用本发明的最佳实例的溶液进样装置和气动同心喷雾器与双管雾化室所组成的溶液进样装置（1）作了一个比较。以每种装置最适宜的操作条件对29种元素，34条离子或原子线测定了其信背比（S／B），其结果如表一所示。用本进样装置时，7条谱线的信背比分别提高了5～9倍，其余27条谱线的信背比分别提高了1～4倍。

表一    元素信背比的比较

元素        波长        浓度        信背比（S／B）

nm        （ppm）

本装置        （Ⅰ）        改善倍数        文献值＊        改善倍数

Zn        213.86        10        36        16        2.3

Co        238.89        10        38        18        2.1

Mn        257.61        10        304        157        2.0

Fe        259.94        10        121        46        2.6

Cr        267.72        10        59        23        2.6

Mo        281.62        10        48        18        2.7

Cu        324.75        10        518        113        4.6        71        7.3

V        327.61        10        78        24        3.3

Ag        328.07        10        188        83        2.3

Yb        328.94        1.029        232        64        3.6

Zn        334.50        10        6.9        1.7        4.0

Ti        334.94        10        410        127        3.2

Pd        340.46        100.2        658        156        4.2

Ni        341.48        10        54        17        3.2

Gd        342.25        9.97        159        50        3.2

Rh        343.49        99.5        673        126        5.3

Co        345.35        10        52        9        5.8        2.5        20.8

Ho        345.60        9.82        600        134        4.5

Tb        350.92        109.5        456        151        3.0

Sm        359.26        94        546        186        2.9

Sc        361.38        0.923        197        49        4.0

Er        369.27        10.3        227        38        6.0

Y        371.03        1        226        33        6.8

Eu        381.97        0.999        213        23        9.4

Mo        386.41        10        87        19        4.6        5        15.4

Pr        390.84        10        80        15        5.3

Ca        393.33        0.5        981        247        4.0

Al        396.15        10        155        23        6.8        16        9.7

Nd        401.23        100        244        78        3.1

Mn        403.50        10        193        19        10.2        80        2.4

Sr        407.77        0.1        251        25        10.0

Ca        422.67        0.5        13        3        4.3

Cr        425.44        10        108        22        4.9        110        0.98

Ba        455.40        1        563        110        5.1

＊Bo  Thelin  Analyst，Januray，1981，Vol  106，PP54－59

用上述同样方法进行了34条谱线的检测限（D.L）与文献值＊＊″pro－mient  lines  in  ICP－AES″ICP  Infom  Newsl.，5，8，416（1981）作了比较，其结果如表二所示，除Zn（213.86nm）Co（238.89nm）外，其余27个元素32条谱线的测定下限分别比文献＊＊降低了1－35倍。

表二检测限（D.L）的比较

元素        波长        检测限（D.L）        （ng／ml）

文献值＊＊        本装置        改善倍数

Zn        213.86        1.8        8.33        0.2

Co        238.89        6.0        7.89        0.8

Mn        257.61        1.4        0.98        1.4

Fe        259.94        6.2        2.50        2.5

Cr        267.72        7.1        5.08        1.4

Mo        281.62        14        6.25        2.2

Cu        324.75        5.4        0.58        9.3

V        327.61        15        3.85        3.9

Ag        328.07        7        1.60        4.3

Yb        328.94        1.8        0.13        13.8

Zn        334.50        136        42.86        3.2

Ti        334.95        3.8        0.73        5.2

Pd        340.46        44        4.57        9.6

Ni        341.48        48        5.56        8.6

Gd        342.25        14        1.88        7.4

Rh        343.49        60        4.44        13.5

Co        345.35        5.77

Ho        345.60        5.7        0.49        11.6

Tb        350.92        23        7.20        3.2

Sm        359.26        43        5.16        8.3

Sc        361.38        1.5      0.14        10.7

Er        369.21        18        1.36        13.2

Y        371.03        3.5        0.13        26.9

Eu        381.97        2.7        0.14        10.7

Mo        386.41        3.45

Pr        390.84        37        3.75        9.9

Ca        393.33        0.19        0.015        12.7

Al        396.15        28        1.9        14.7

Nd        401.23        50        12.30        4.1

Mn        403.50        44        1.55        28.4

Sr        407.77        0.42        0.012        35.0

Ca        422.67        10        1.15        8.7

Cr        425.54        2.78

Ba        455.40        1.3        0.053        24.5

分析高盐浓度样品时，本装置的立式旋流雾化室的清洗时间比双管雾化室的清洗时间缩短了1／2～1／3，记忆效应明显降低，结果如图二，图三和表三所示。

附图二    铁的记忆效应

（浓度1000ppm，用本溶液进样装置，纵坐标为铁波长259.94nm的强度，微安；横坐标为洗涤时间，分）

附图三    铁的记忆效应

（浓度1000ppm，用气动同心喷雾器和双管雾化室所组成的溶液进样装置（Ⅰ），纵坐标为铁波长259.94nm的强度，微安；横坐标为洗涤时间，分）

表三    二种溶液进样装置的记忆效应＊＊＊

洗涤时间        Fe  259.94nm的强度（微安）

（分）

本装置        （Ⅰ）

0        1.2＊E－6        6.7＊E－7

0.5        1.4＊E－9        1.9＊E－9

1        1.1＊E－9        1.5＊E－9

1.5        9.7＊E－10        1.7＊E－9

2        9.1＊E－10        1.6＊E－9

2.5        7.9＊E－10        1.9＊E－9

3        7.3＊E－10        2.1＊E－9

3.5        6.8＊E－10        3.3＊E－9

4        6.1＊E－10        2.4＊E－9

4.5        5.8＊E－10        2.2＊E－9

5        5.5＊E－10        2.2＊E－9

5.5        5.4＊E－10        2.1＊E－9

6        5.1＊E－10        1.6＊E－9

6.5        4.7＊E－10        1.5＊E－9

7        4.6＊E－10        1.3＊E－9

7.5        4.3＊E－10        8.7＊E－9

8        4.3＊E－10        6.5＊E－10

8.5        4.1＊E－10        6.4＊E－10

9        4.1＊E－10        6.2＊E－10

9.5        4.3＊E－10        6.2＊E－10

10        5.1＊E－10        6.1＊E－10

10.5        4.9＊E－10        6.4＊E－10

11        5.1＊E－10        6.4＊E－10

＊＊＊浓度为1000ppm的Fe溶液喷雾一分钟后，用去离水冲洗进样装置的同时，每隔半分钟测量Fe    259.94nm的残留强度。

用本装置进行样品分析时，信号稳定性强，以Fe为例，结果如图四所示。

附图四    信号稳定性

（纵坐标为Fe    259.94nm的强度，微安；横坐标为时间，分）

1－本装置。

2－气动同心喷雾器与双管雾化室所组成的溶液进样装置。