CN103674866B - 一种用于多元素原子吸收测定的光学系统以及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多元素原子吸收测定的光学系统以及测定方法，该光学系统包括依次相互配合的光源、原子化器、单色器、狭缝装置以及检测器，其特征在于，所述光源由多个元素灯组成，所述多个元素灯轮流点亮，所述狭缝装置为多出口狭缝，其上每个狭缝对应一个元素对应的波长；所述单色器为分光系统，在多出口狭缝上形成多个元素的不同波长的分光。其利用多出口狭缝装置与检测器配合，再利用各个元素灯点灯的时间差来实现对多个元素的原子吸收测定。本发明能够有效实现多元素原子吸收的测定。

Description

一种用于多元素原子吸收测定的光学系统以及测定方法

技术领域

本发明涉及一种光学测定技术，具体涉及一种用于多元素原子吸收测定的技术。

背景技术

原子吸收光谱法是分析化学领域中一种极其重要的分析方法，已广泛用于冶金工业。原子吸收光谱法是利用被测元素的基态原子特征辐射线的吸收程度进行定量分析的方法。既可进行某些常量组分测定，又能进行ppm、ppb级微量测定，可进行钢铁中低含量的Cr、Ni、Cu、Mn、Mo、Ca、Mg、Al、Cd、Pb、Ad；原材料、铁合金中的K2O、Na2O、MgO、Pb、Zn、Cu、Ba、Ca等元素分析及一些纯金属（如Al、Cu）中残余元素的检测。

现有的测定方法在进行测定时，一次只能测量一份样品和该样品中的一种元素，局限性较大。当需要测量一份样品中的多种元素以及有大量样品需要在短时间内测量时，将无法实现。

发明内容

针对现有测定方法每次只能够测量一种元素的问题，本发明的第一个目的在于提供一种用于多元素原子吸收测定的光学系统。

作为本发明的第二目的，还提供一种用于多元素原子吸收测定的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于多元素原子吸收测定的光学系统，所述光学系统包括依次相互配合的光源、原子化器、单色器、狭缝装置以及检测器，所述光源由多个元素灯组成，所述多个元素灯轮流点亮，所述狭缝装置为多出口狭缝，其上每个狭缝对应一个元素对应的波长；所述单色器为分光系统，在多出口狭缝上形成多个元素的不同波长的分光。

在光学系统的优选实例中，所述检测器为光电倍增管。

进一步的，所述多个元素灯轮由一组多个同步信号对应控制轮流点亮。

再进一步的，所述同步信号为方波同步信号，一组中多个同步信号之间依次相差一个方波峰时间。

作为本发明的第二目的，用于多元素原子吸收测定的方法，该测定方法利用多出口狭缝装置与检测器配合，再利用各个元素灯点灯的时间差来实现对多个元素的原子吸收测定。

在该测定方法的优选实例中，该测定方法具体包括如下步骤：

（1）通过同步信号的控制，轮流点亮各个元素灯；

（2）各元素灯产生的光线依次经过原子化器进入到单色器中；

（3）单色器依次对进入的光线分光形成对应元素的单色光；

（4）分光后的单色光根据波长依次通过多出口狭缝装置上对应的狭缝；

（5）检测器依次测量每个元素的原子吸收信号，实现多个元素的分析。

本发明提供的测定方法具有如下优点：

（1）能够实现同时对多个元素的原子吸收进行测定；

（2）测定过程简单，易于操作，测定效率高；

（3）测定结果精确；

（4）仪器结构简单，可实现小型化；

（5）仪器无机械运动部件，提高了元素原子吸收测量的可靠性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中用于多元素原子吸收测定的光学系统的光学原理图；

图2为用于多元素原子吸收测定的光学系统中多出口狭缝装置的结构示意图；

图3为本发明进行测定的元素灯同步信号控制图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明为了实现多元素同时分析，通过同步信号的控制，轮流点亮各个元素灯，同时轮流采集各元素的检测信号，由此来实现多元素的测定分析。

参见图1，其所示基于上述原理形成的用于多元素原子吸收测定的光学系统的光学原理图。由图可知，该光学系统100主要包括光源101、原子化器102、单色器103、多出口狭缝装置104以及检测器105这五个部分。光源101、原子化器102、单色器103、多出口狭缝装置104以及检测器105依次配合形成光学系统100。

其中，光学系统100中的光源101由多个元素灯组成，每个元素灯可分别控制开和关。元素灯的开和关控制由一组多个同步信号来控制，一个元素灯受一个同步信号控制。这些同步信号为方波同步信号，它们之间依次相差一个方波峰时间。由此通过这样的多个同步信号的控制能够实现光源101中多个元素灯的轮流点亮。

光学系统100中的单色器103为固定的分光系统，在多出口狭缝装置104上形成多个元素的不同波长的分光。

光学系统100中的多出口狭缝装置104，由不同位置的狭缝组成，每个狭缝分别对应一个测量元素对应的波长，即一个测量元素对应一个波长，一个波长对应一个出口狭缝。

参见图2，多出口狭缝装置104其主要包括狭缝片104a和狭缝底座104b两部分，其中，狭缝片安置在狭缝底座上。狭缝片104a上开设有若干狭缝104c，每个狭缝104c分别对应一个测量元素对应的波长，即一个测量元素对应一个波长，一个波长对应一个出口狭缝。每个狭缝的宽度和仪器（相关探测器）的光谱分辨率一致且均相同，同时每个狭缝的长度也相同。

在多出口狭缝装置上的多个狭缝之间相互平行设置，并且每个狭缝的分布位置根据波长的大小不同，从狭缝片左边到右边，元素的波长从小到大水平分布。

光学系统100中的检测器105采用一个光电倍增管（PMT）来采集数据。通过同步信号，分时记录各元素的检测信号。

由此形成的用于多元素原子吸收测定的光学系统，通过不断的轮流点亮每个元素灯，光电倍增管（PMT）轮流测量每个元素的原子吸收信号，实现多个元素的分析。

为了清楚的说明多元素原子吸收测定的方法，下面以Pb、Cd、Cu、Zn四元素原子吸收测定的实施进行阐述：

Pb、Cd、Cu、Zn四元素是食品检测、环境监测中的主要重金属元素。Cd的测定波长为228.8nm，Pb的测定波长为283.3nm、217.0nm，Cu的测定波长为324.7nm、224.4nm，Zn的测定波长为213.9nm、307.6nm；为了实现多元素同时分析，本实例中的四个元素Pb,Cd,Cu,Zn波长选择相互靠近的波长（Cd228.8,Pb217.0,Cu224.4,Zn213.9），这样可便于有效光线的集中。

光学系统中的光源由Pb、Cd、Cu、Zn四元素灯组成，每个元素灯可分别控制开和关。元素灯的开和关控制由4个同步信号来控制，一个元素灯一个同步信号。

参见图3，其所示为分别控制Pb、Cd、Cu、Zn四元素灯的4个同步信号的控制图。这4个同步信号的频率为50Hz的方波同步信号，它们之间依次相差一个方波峰时间。

光学系统中的多出口狭缝装置由不同位置的4个狭缝组成，一个元素对应一个出口狭缝，狭缝从左到右对应波长排列为Zn213.9nm、Pb217.0nm、Cu224.4nm、Cd228.8nm，狭缝间距离为1.438mm,3.433mm,2.041mm。

光学系统中的检测器采用一个光电倍增管（PMT）来采集数据。通过同步信号，分时记录各元素的检测信号。

由此，本实例进行四元素原子吸收测定的过程如下：

（1）灯同步信号控制先开启Zn元素灯，Zn元素灯产生的光经过单色器分光后波长213.9nm的单色光由多出口狭缝装置的Zn狭缝（1号狭缝）穿出，进入光电倍增管（PMT）检测器，通过相关的计算系统进行数据采集并记录，Zn元素灯开启维持5毫秒后关闭，Zn元素数据采集结束；

（2）Zn元素测量结束后，灯同步信号控制开启Pb元素灯，Pb元素灯光经过单色器分光后波长217.0nm的单色光由多出口狭缝的Pb狭缝（2号狭缝）穿出，进入光电倍增管（PMT）检测器，通过相关的计算系统进行数据采集并记录，Pb元素灯开启维持5毫秒后关闭，Pb元素数据采集结束；

（3）Pb元素测量结束后，灯同步信号控制开启Cu元素灯，Cu元素灯光经过单色器分光后波长224.4nm的单色光由多出口狭缝的Cu狭缝（3号狭缝）穿出，进入光电倍增管（PMT）检测器，通过相关的计算系统进行数据采集并记录，Cu元素灯开启维持5毫秒后关闭，Cu元素数据采集结束；

（4）Cu元素测量结束后，灯同步信号控制开启Cd元素灯，Cd元素灯光经过单色器分光后波长228.8nm的单色光由多出口狭缝的Cd狭缝（4号狭缝）穿出，进入光电倍增管（PMT）检测器，通过相关的计算系统进行数据采集并记录，Cd元素灯开启维持5毫秒后关闭，Cd元素数据采集结束；

（5）一个周期20ms结束后，Pb、Cd、Cu、Zn四元素原子吸收测定数据采集完毕，同时控制系统将4个元素的数据通过通讯口传送到计算机中的原子吸收专用工作站软件中进行分析处理。仪器的同步信号控制下一个周期的四元素原子吸收测定开始，周而复始，不断进行多元素测量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种用于多元素原子吸收测定的光学系统，所述光学系统包括依次相互配合的光源、原子化器、单色器、狭缝装置以及检测器，其特征在于，所述光源由多个元素灯组成，所述多个元素灯轮流点亮，所述狭缝装置为多出口狭缝，其上每个狭缝对应一个元素对应的波长；所述单色器为分光系统，在多出口狭缝上形成多个元素的不同波长的分光；所述多个元素灯由一组多个同步信号对应控制轮流点亮；所述同步信号为方波同步信号，一组中多个同步信号之间依次相差一个方波峰时间。

2.根据权利要求1所述的一种用于多元素原子吸收测定的光学系统，其特征在于，所述检测器为光电倍增管。

3.一种用于多元素原子吸收测定的方法，其特征在于，所述测定方法基于权利要求1或2的所述的用于多元素原子吸收测定的光学系统实施，其利用多出口狭缝装置与检测器配合，再利用各个元素灯点灯的时间差来实现对多个元素的原子吸收测定。

4.根据权利要求3所述的一种用于多元素原子吸收测定的方法，其特征在于，该测定方法具体包括如下步骤：

(1)通过同步信号的控制，轮流点亮各个元素灯；

(2)各元素灯产生的光线依次经过原子化器进入到单色器中；

(3)单色器依次对进入的光线分光形成对应元素的单色光；

(4)分光后的单色光根据波长依次通过多出口狭缝装置上对应的狭缝；

(5)检测器依次测量每个元素的原子吸收信号，实现多个元素的分析。