ICP-AES雾化器

进样装置



    进样装置是ICP仪器中极为重要的一个部件，也是ICP光谱技术研究中最活跃的领域之一。因为目前广泛应用的气动雾化器进样装置性能仍不理想，经常成为仪器中的薄弱环节，易出故障，效率低，对试液要求苛刻．造成这种状况的根本原因在于ICP光源要求雾化用的载气流量必须低于1升／分(氩)，这样低的载气流量，给进样装置带来一系列难题：加工困准，易被盐类及异物堵塞，稳定性差等。为了克服进样装置的弱点，光谱工作者曾广泛研究了各种类型的雾化装置，虽已取得某些进展，但仍未获得根本性的突破．各类进样装置总是既有某些特点，也存在不足之处，下面分别介绍这些进样装置的结构、性能及优缺点。

    ICP仪器用的进样装置，按试样状态可分液体、气体、固体三大类．图13．1是通用液体进样装置的系统图。工作气体氩气经减压阀，过滤器和电磁阀，分成三路，其中两路供给炬管用于产生等离子体，第三路供给气动雾化器作载气用．各路均有流量计控制流量。载气在进入雾化器之前，可以用起泡器(加湿器)增加氩气的湿度，以防止试样堵塞雾化器进气孔。试液雾化后，经喷雾室进入ICP火焰中心通道。

13.1  玻璃同心雾化器

13.1.1结构和规格

    玻璃同心雾化器是ICP光谱装置中使用较多的一类雾化装置。最初，光谱分析工作者把原子吸收光度计上的同心雾化器用于ICP光谱装置，后来发现，这些雾比器载气流量大，试浓提升量也较高，灵敏度低且消耗试液多，于是就专门研制了用于ICP光源的低载气流量玻璃同心雾化器。并研究了加工工艺、结构和使用性能等一系列问题，产品已经商品化、标准化和系列化。这一工作最初是由迈因哈德(Meinhard)等人完成的，一般称为迈因哈德雾化器，其结构如图13.2所示。迈因哈德雾化器是一个典型的双流体雾化器，它有两个通路，一路进试液，一路进载气。材料为硬质硼硅酸盐玻璃。





    为了不使雾化用载气量超过1升／分，雾化器的喷口要求精密加工和严格的尺寸公差。喷口处毛细管和外管之间的缝隙为0.01～0.035毫米，毛细管出口处孔径为0.15～0.2毫米，毛钢管壁厚为0.05～0.1毫米．

    玻璃同心雾化器可以分为A型及B型两类，它们之间的主要区别在于喷口形状和加工方法。A型为标准型，喷口处毛细管和外管处于同一平面，端面用金刚砂磨平。B型为改进型，为内混式雾化器，毛细管出口低于外管0.5毫米，外管口经光滑处理，使之不易被盐类堵塞。

    上述两种雾化器在性能方面也有差异，内混式(B型)由于载气流对试液流的冲击作用比较强，因而雾滴较细，光谱经信号也高一些。









13.1.2 雾化器的基本性能

    同心雾化器与光谱分析有关的主要参数是载气流量、雾滴直径和提升量。

    雾化用的载气流量不仅同喷口截面有关，而且和进口气体的压力有关，所以在选择光谱分析条件时，经常用改变进口载气压力的办法，选择合适的载气流星和提升量。

    衡量雾化器质量的另一个重要参数是雾滴直径．光谱分析要求细小而均匀的雾滴。玻璃同心雾化器的成雾机理是，当高速气流从雾化器喷口的环形截面喷出时，在喷口毛钢管端部形成负压，其数值约为数十毫米汞柱，于是，试液就被摄升到毛细管中。由于气流速度很高(约150～200米／秒)而液流的速度很低，在液流和气流之间就产生摩擦力．这一摩擦力把液流拉碎并形成雾滴。又由于液流和气流之间并不是平行前进，而是有20～30度的夹角，因而，气流强烈冲击液流，并把它击碎而形成细雾滴．从上述过程可以看出，所形成的雾滴应与气流速度、气体量及液体的性质有关。

第三个重要参数是试液的提升量。同心雾化器的试液提升量与毛细管半径的四次方及压力差成正比，而与毛细管长度及粘度成反比．

    随着试液中盐量的增加，粘度明显增加，并导致提升量的急剧降低．在配制标准溶液时，应注意含盐量与物理参数(如粘度等)须与试样基本一致，否则分析结果将产生系统偏差．

    当载气压力增加时，载气流量也随之增加，但当载气流速达到临界流速时，再增加载气压力对气流流速影响不大。

    在实际应用过程中，还应注意“负水头”的影响。所谓“负水头”是指试液液面低于雾化器出口的高度值。当试液液面高度变化较大时，“负水头”将对试液提升星产生明显影响，从而影响谱线强度。根据迈因哈德的实验，把负水头提高5厘米，试液提升量提高10％。一般认为，在一定负水头下进样是适宜的，这样可避免虹吸现象。但负水头高度不应变化太大，以避免造成不必要的分析误差。

13.1.3 玻璃同心雾化器的制作及尺寸的影响

    早期ICP光谱技术研究中，碰到的第一个难题就是雾化器的制作。为此不少光谱分析工作者都研究过玻璃同心雾化器的制作工艺及性能。我国顾国英、李德茂等人较早地研究了雾化器制作及特性。

    斯科特(Scott)的制作方法共分五个步骤：

    (1)拉制外管(图13．4a)，管径6毫米。

    (2)用4毫米玻璃管拉制内管．

    (3)把已知直径的细金属丝(一般为0.3毫米)放人内管(图13．4c)，并在金属丝的端部处叨断毛细管。

    (4)焊接通载气的支管(图13.4d)。

    (5)把内管和外管装配在一起。内管的毛细管端部应紧靠外管(图13．4e)。两管在X—X处熔封．

    (6)接上压力表和流量计，磨制喷口。载气压力为0.5—2公斤／厘米2。随着磨制过程的进行，载气流量由零逐渐增加到所要求的数值，一般不超过1升／分．



    表13.1介绍了我国原子能研究所制作的雾化器尺寸及参数．其中S为喷口处的环形面积，s为气流缝隙宽度，D为毛细管内径，W为毛细管壁厚。



13.2交叉雾化器

    在ICP光谱仪器中，另一种广泛应