一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體材料元素成分檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體材料樣品元素成分的檢測(cè)方法中，常用的測(cè)量方法有傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析方法，即對(duì)固體材料樣品進(jìn)行破碎、縮分、研磨后制成分析樣品，然后用X熒光或其它化學(xué)方法分析固體材料元素成分，常用的的化學(xué)分析方法有:原子吸收光譜法(AAS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、原子熒光光譜法(AFS)、X —射線熒光光譜法(XRF)等，但是，這些測(cè)量方法需要進(jìn)行破碎、縮分、研磨等繁雜的、耗時(shí)的樣品預(yù)處理。還有一種對(duì)固體材料樣品進(jìn)行直接分析的方法，該方法采用中子活化分析技術(shù)，即用熱中子流轟擊固體材料中元素的原子核，發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)的原子核在很短時(shí)間內(nèi)放出γ射線，該部分γ射線攜帶元素信息，通過(guò)分析γ射線能譜來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)固體材料元素的分析。但是，該方法可控中子源中子能量高，其防護(hù)體系龐大，不論是現(xiàn)場(chǎng)安裝，還是運(yùn)輸均存在很大的不便，而且該方法采用氚材料，屬核控制材料，屬于低毒性氣體。為此，對(duì)固體樣品直接作檢測(cè)，利用激光進(jìn)行固體材料的定性和定量分析，便受到了人們的廣泛關(guān)注。
[0003]目前的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀器(SingleParticle Aerosol Mass SpectrometerSPAMS)，如中國(guó)專利說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種“基于單顆粒氣溶膠的重金屬污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)方法及裝置”(其公布號(hào)CN 103575623 A)，該文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括進(jìn)樣模塊，所述進(jìn)樣模塊的輸出端依次連接有粒徑測(cè)量模塊、電離源模塊、質(zhì)量分析器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊；所述進(jìn)樣模塊的輸入端分別與氣溶膠中和器的輸出端和硅膠擴(kuò)散干燥器的輸出端進(jìn)行連接。該儀器不僅能對(duì)顆粒物的粒徑和成分進(jìn)行同時(shí)分析，減少測(cè)試的時(shí)間，而且能對(duì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，獲得的數(shù)據(jù)真實(shí)和可靠。又如中國(guó)專利說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種“一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀進(jìn)樣白動(dòng)稀釋系統(tǒng)”(其公布號(hào)CN 104034571 A)，該文獻(xiàn)中公開(kāi)了一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀的基本原理為:氣溶膠顆粒通過(guò)一進(jìn)樣管進(jìn)入儀器，在三級(jí)差動(dòng)真空條件下，不同顆粒由于粒徑的不同導(dǎo)致不同的速度，然后顆粒在空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的作用下聚焦成為準(zhǔn)直顆粒束，在離開(kāi)空氣動(dòng)力學(xué)透鏡時(shí)經(jīng)氣體超音速膨脹進(jìn)入測(cè)徑區(qū)，在測(cè)徑區(qū)顆粒連續(xù)經(jīng)過(guò)兩束相距為6cm的532nm固體連續(xù)激光器發(fā)射的激光束，產(chǎn)生的散射光分別被橢球面鏡反射聚焦到光電倍增管(PMT)上得以檢測(cè)，通過(guò)時(shí)序電路(timing circui t)測(cè)量?jī)蓚€(gè)PMT信號(hào)的時(shí)間間隔，就可以計(jì)算顆粒的飛行速度，進(jìn)而換算出顆粒的空氣動(dòng)力學(xué)直徑，另外顆粒的速度還用來(lái)控制當(dāng)顆粒到達(dá)電離區(qū)中心的時(shí)候電離激光出射激光將顆粒電離。
[0004]所述的激光剝蝕單顆粒氣溶膠質(zhì)譜技術(shù)采用實(shí)時(shí)進(jìn)樣技術(shù)，無(wú)需對(duì)分析的樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，克服了傳統(tǒng)離線分析方法中樣品前處理的繁雜操作、耗時(shí)多的缺點(diǎn)能同時(shí)分析樣品單顆粒的大小及元素成分的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供了一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，該方法不僅所需固體材料樣品量少，而且操作簡(jiǎn)單、方便、省時(shí)，能夠快速、實(shí)時(shí)在線對(duì)固體材料樣品元素檢測(cè)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法。其特征在于包括以下步驟:
(1).將固體材料樣品1放置在剝蝕樣品池44內(nèi)；
(2).將載氣2經(jīng)流量計(jì)3從進(jìn)樣口輸入剝蝕樣品池44，固體材料樣品1處于載氣2氛圍下，采用激光剝蝕儀器4對(duì)上述樣品1表面進(jìn)行剝蝕，得到從固體材料樣品1表面剝蝕的樣品顆粒；
(3).將上述剝蝕的的樣品1顆粒隨著載氣2從剝蝕樣品池44輸入到單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5 (SPAMS)中進(jìn)行元素成分分析，得到所測(cè)的固體材料樣品1顆粒的質(zhì)譜圖與粒徑分布圖，從而檢測(cè)出固體材料樣品1的元素成分。
[0007]上述步驟⑴所述的將固體材料樣品1放置在剝蝕樣品池44內(nèi)，其固體材料樣品1表面與剝蝕樣品池44底部構(gòu)成的角度為30°?60°，以便于剝蝕的固體材料樣品1表面顆粒從剝蝕樣品池44底部的出樣口進(jìn)入單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5。
[0008]上述步驟(2)所述的載氣2為N2、零空氣、Ne、Ar中的一種或一種以上的組合，載氣2的流速為0.5-lL/min。
[0009]上述步驟(2)所述的激光剝蝕儀器4包括激光器41，聚焦透鏡42，石英玻璃板43，剝蝕樣品池44，激光器41發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡42后，經(jīng)石英玻璃板43，被所述聚焦透鏡42聚焦至所述剝蝕樣品池44中的固體材料樣品1表面，固體材料樣品1表面被剝蝕出來(lái)樣品顆粒。
[0010]上述步驟(3)所述的剝蝕樣品池44底部的孔道與單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5(SPAMS)進(jìn)樣口之間裝有惰性導(dǎo)電硅膠管6。
[0011]上述步驟(3)所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5包括透鏡進(jìn)樣系統(tǒng)，雙光束測(cè)徑激光器，單步激光解析電離激光器以及時(shí)間質(zhì)譜分析系統(tǒng)，測(cè)徑激光器為532nm連續(xù)綠光激光器，電離激光器為266nmYAG紫外脈沖激光器，激光電離能量為0.46mJ。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該方法通過(guò)單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀檢測(cè)剝蝕的固體材料樣品表面顆粒物的元素成分及粒徑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)固體材料的元素成分檢測(cè)，其操作簡(jiǎn)單、方便、省時(shí)，所需固體材料樣品量少，能夠快速、實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料的樣品元素成分。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中激光剝蝕單顆粒氣溶膠質(zhì)譜系統(tǒng)(LA-SPAMS)結(jié)構(gòu)及其工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流量計(jì)3、激光剝蝕儀器4、單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5、惰性導(dǎo)電硅膠管6，所述的激光剝蝕儀器4包括激光器41，聚焦透鏡42，石英玻璃板43，樣品池44，樣品池44安裝在一個(gè)X_Y二維可移動(dòng)的電動(dòng)平臺(tái)上，樣品池44一測(cè)端口為石英玻璃板43，聚焦透鏡42位于石英玻璃板43與激光器41之間，所述樣品池44設(shè)有進(jìn)樣口和出樣口，進(jìn)氣口與流量計(jì)3連通，出樣口經(jīng)惰性導(dǎo)電硅膠管6與單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5連通。
[0016]本發(fā)明的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，如圖1所示，其步驟如下:
(1).將固體材料樣品1放置在激光剝蝕樣品池44內(nèi)；
(2).將載氣2經(jīng)流量計(jì)3從進(jìn)樣口輸入剝蝕樣品池44，固體材料樣品1處于載氣2氛圍下，采用激光剝蝕儀器4對(duì)上述樣品1表面進(jìn)行剝蝕，得到從固體材料樣品1表面剝蝕的樣品顆粒，
上述步驟(2)所述的載氣2為隊(duì)、零空氣、Ne、Ar中的一種或一種以上的組合，載氣2的流速為0.5-lL/min，
上述步驟(2)所述的激光剝蝕儀器4包括激光器41，聚焦透鏡42，石英玻璃板43，剝蝕樣品池44，激光器41發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡42后，經(jīng)石英玻璃板43，被所述聚焦透鏡42聚焦至所述剝蝕樣品池44中的固體材料樣品1表面，從固體材料樣品1表面被剝蝕出來(lái)樣品顆粒；
(3).將上述剝蝕的的樣品1顆粒隨著載氣2從剝蝕樣品池44輸入到單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5 (SPAMS)中進(jìn)行元素成分分析，得到所測(cè)的固體材料樣品1顆粒的質(zhì)譜圖與粒徑分布圖，從而檢測(cè)出固體材料樣品1的元素成分，
上述步驟(3)所述的剝蝕樣品池44底部的孔道與單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5 (SPAMS)進(jìn)樣口之間裝有惰性導(dǎo)電硅膠管6，
上述步驟(3)所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀5包括透鏡進(jìn)樣系統(tǒng)，雙光束測(cè)徑激光器，單步激光解析電離激光器以及時(shí)間質(zhì)譜分析系統(tǒng)，測(cè)徑激光器為532nm連續(xù)綠光激光器，電離激光器為266nmYAG紫外脈沖激光器，激光電離能量為0.46mJ。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其特征在于包括以下步驟: 將固體材料樣品(1)放置在剝蝕樣品池(44)內(nèi)； 將載氣(2)經(jīng)流量計(jì)(3)從進(jìn)樣口輸入剝蝕樣品池(44)，固體材料樣品(1)處于載氣(2)氛圍下，采用激光剝蝕儀器(4)對(duì)上述樣品(1)表面進(jìn)行剝蝕，得到從固體材料樣品(1)表面剝蝕的樣品顆粒； 將上述剝蝕的的樣品(1)顆粒隨著載氣(2)從剝蝕樣品池(44)輸入到單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(5)中進(jìn)行元素成分分析，得到所測(cè)的固體材料樣品(1)顆粒的質(zhì)譜圖與粒徑分布圖，從而檢測(cè)出固體材料樣品(1)的元素成分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其特征在于，上述步驟(1)所述的將固體材料樣品(1)放置在剝蝕樣品池(44)內(nèi)，其固體材料樣品(1)表面與剝蝕樣品池(44)底部構(gòu)成的角度為30°?60°，以便于剝蝕的固體材料樣品(1)表面顆粒從剝蝕樣品池(44)底部的出樣口進(jìn)入單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其特征在于，上述步驟(2)中所述的載氣(2)為隊(duì)、零空氣、Ne、Ar中的一種或一種以上的組合，載氣2的流速為0.5-lL/min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其特征在于，上述的步驟(2沖所述的激光剝蝕儀器⑷包括激光器(41)，聚焦透鏡(42)，石英玻璃板(43)，剝蝕樣品池(44)，激光器(41)發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)所述聚焦透鏡(42)后，經(jīng)石英玻璃板(43)，被所述聚焦透鏡(42)聚焦至所述剝蝕池中的固體材料樣品(1)表面，固體材料樣品(1)表面被剝蝕出來(lái)的樣品顆粒。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其特征在于，上述步驟(3)所述的剝蝕樣品池(44)底部的孔道與單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(5)進(jìn)樣口之間裝有惰性導(dǎo)電硅膠管(6)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其特征在于，上述步驟(3)所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(5)包括透鏡進(jìn)樣系統(tǒng)，雙光束測(cè)徑激光器，單步激光解析電離激光器以及時(shí)間質(zhì)譜分析系統(tǒng)，測(cè)徑激光器為532nm連續(xù)綠光激光器，電離的激光器為266nmYAG紫外脈沖激光器，激光電離能量為0.46mJ。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料樣品元素成分的方法，其步驟：1.將固體材料樣品(1)放置在剝蝕樣品池(44)內(nèi)；2.將載氣(2)輸入剝蝕樣品池(44)，采用激光剝蝕儀器(4)對(duì)上述樣品(1)表面進(jìn)行剝蝕，得到剝蝕的樣品顆粒；3.將上述剝蝕的樣品(1)顆粒隨著載氣(2)從剝蝕樣品池(44)輸入到單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(5)中進(jìn)行元素成分分析，得到所測(cè)的固體材料樣品(1)顆粒的質(zhì)譜圖與粒徑分布圖，從而檢測(cè)出固體材料樣品(1)的元素成分。該方法通過(guò)單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀檢測(cè)剝蝕的固體材料樣品表面顆粒物的元素成分及粒徑，從而檢測(cè)固體材料的元素成分。其操作簡(jiǎn)單、方便、省時(shí)，所需固體材料樣品量少，能夠快速、實(shí)時(shí)在線檢測(cè)固體材料的樣品元素成分。
【IPC分類】G01N27/62, G01N15/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105300855
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510764929
【發(fā)明人】劉梅, 田學(xué)鑫, 程平, 董俊國(guó), 朱輝
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日