电感耦合等离子原子发射光谱的雾化器性能比较

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
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 防止雾化器堵塞 雾化期最常见的问题是由于颗粒物质沉积而导致喷嘴堵塞。 方法1：过滤载气 方法2：过滤样品 方法3：冲洗雾化器 注意：不能使用超声波清洗来清除颗粒物 要冲洗雾化器： 1导入冲洗试剂， 2加上加压气体到侧臂排除液体 3诸如更多的溶液 4最后用异丙纯冲洗 5重复处理直到彻底，然后干燥 颗粒物 颗粒物：建议从最柔和的方法开始，然后慢慢的加强。 1轻轻的在松软的表面上敲打雾化器的液体输入管，以便弄松颗粒物。有助于颗粒物顺着内径增加的方向移动。如有必要重复敲打。注意避免过渡用力敲打。 2用压缩空气（压力15~30PSIG）在喷嘴上强迫气体反向流动。 注意保证牢固的握住雾化器。 用手指轻轻的敲打或者弹弹外壳几次，如果仍然不能使颗粒物松散，用手指堵住液体和气体输入管路口，在压力增加料后，快速的移开手指，突然的气体膨胀有助于堵塞的颗粒物沿着内径增加的方向松散。 3使用异丙醇反向通过喷嘴来松散颗粒物。 4如果颗粒物仍然存在，将雾化器喷嘴进入热水中，加一定的压力。 5要松散特别坚硬的颗粒物例如SILICA，使用3~5%的HF酸。注意中间用去离子水或者异丙醇冲洗。 6如果颗粒物仍然存在，那么可能是有机物质，实施8。3。3。5部分。 7如果颗粒物位于毛细管内部，不移动，那么使用第7步骤。 样品管内的固体沉积物 1尽量弄清楚沉积物的化学性质，以便选择最好的溶剂来溶解。注射溶剂进入喷嘴灌满受影响区域，然后用压缩空气排除溶剂，重复上述步骤。放大检查雾化器，如果沉积物质没有了，那么使用异丙醇冲洗雾化器，然后干燥。 2如果沉积物仍然存在，用溶剂灌满，然后在加热灯下面加热雾化器，离热源20~25CM.溶剂可能会从毛细管中沸腾出来，这样会松散沉积物并可能将其带出来。这样不会伤害毛吸管。如有必要重复此步骤。 3要松散特别顽固的沉积物，可以使用3~5%的HF酸。 4如果沉积物仍然存在，而且确定是有机物，参考8。3。3。5 晶体喷嘴 在经常处理高浓度样品或者泵管在气体不流动的时候虹吸，导致盐分会累计沉积。通过适当的冲洗可以控制盐分沉积。 1将喷嘴浸入冲洗溶液中，加热溶液来对付顽固的沉积物。然后用纯的溶剂冲洗，最后使用异丙纯，干燥。 2如果沉积物在浸泡后仍然存在，使用压缩空气。 有机物质 将雾化器喷嘴浸入到铬酸和硫酸热的清洗溶液中。温度在100度。 允许溶液流入雾化器，直到灌满。排除，间隔段时间来重复此步骤直到沉积物消失或者铬酸将解（绿颜色）。用水彻底冲洗雾化器，然后使用异丙纯，最后彻底干燥。 塞紧的毛细管（可溶性的固体例如石蜡） 小心的加热雾化器毛细管部分，同时使用气体压力。 毛细管中的顽固颗粒物 从喷嘴口塞入一根很细的钓鱼丝，或者钢琴丝（7~8MIL）进入到毛细管，轻轻的推动颗粒物，沿着内径增加的方向，直到颗粒物松散。避免过分推入以免损伤管子。这种上还是永久性的，而且可能对雾化器的性能有很大的负面影响。取出钢丝，回流压缩空气。 以上是玻璃式同心圆的雾化器维护部分内容，根据热电公司的操作员手册整理。 雾 化 器 维 护 手 册 张世东 对于玻璃或石英材质的雾化器，任何浓度的氢氟酸（HF）均会对雾化器造成不可修复的损坏。 厂家提供的雾化器在出厂的时候已经经过清洁，可以立即在仪器上使用，无须进行酸预处理。 绝对不能采用超声波清洗对雾化器进行清洗。 超声波会使毛细管共振并且与喷嘴碰撞而碎裂，造成雾化器的损坏。 雾化器的操作、保存和运输 除了OpalMist，PolyCon，和VeeSpray等型号的雾化器以外，雾化器均由硅玻璃或者石英制造。二者均为易碎材料，不正确的操作和外力的撞击会导致它们产生锋利的边缘而可能对人员造成伤害。注意保护雾化器的喷嘴，在不使用雾化器时不要敲击喷嘴或者使喷嘴长期暴露在外。一旦喷嘴损坏，其性能是不可恢复的。GE公司为每个雾化器提供Teflon帽以防止喷嘴意外损坏以及微粒进入毛细管细孔导致堵塞。 日常维护 在开始和结束使用同心雾化器的时候利用酸空白和去离子水对雾化器冲洗几分钟。这样可以确保样品不在雾化器毛细管内沉积或者结晶。 如果毛细管堵塞，可以使用GE公司提供的Eluo雾化器专用清洁装置清洁堵塞的雾化器。 另外，分析时发现RSD指标下降，并且雾化室没有故障，请检查雾化器载气连接处。Tygon或其他聚合物材料管道会由于长期使用硬化导致载气泄漏，可以利用听诊器检测漏气点。1%的气体泄漏会造成许多分析结果比较大的漂移。 雾化器堵塞的处理方法 如果毛细管堵塞，可以使用GE公司提供的Eluo雾化器专用清洁装置清洁堵塞的雾化器。 颗粒： a. 将进样管拆除，雾化器喷嘴朝上在木质表面轻轻敲击以使颗粒堵塞松散并在重力作用下排出毛细管。 b. 在喷嘴处接入压缩空气(15-30 psig)“反吹”喷嘴和环面，利用手指堵住进样口和载气口，突然释放进样口以清除毛细管颗粒堵塞或突然释放载气口以清除载气颗粒堵塞。 c. 在喷嘴处反向通入异丙醇使颗粒流出。 d. 利用热水浸泡雾化器以使聚合物颗粒软化以疏通堵塞。 e. 对于硅类颗粒的堵塞，可以使用氢氟酸（HF3-5%）清洗，吸取清洗液5-10秒后立即用清水冲洗。利用显微镜检查堵塞状况，重复3-5次。（注意：1、氢氟酸有毒性，使用时应具备相应的保护措施。2、氢氟酸清洗时间和浓度要准确控制，清洗完毕后要彻底清除氢氟酸并使雾化器干燥以防止氢氟酸对石英的腐蚀。） 毛细管内样品沉积： a. 根据样品情况推断大致的沉积物，选择适当的溶剂利用滴管或洗瓶清洗毛细管，利用压缩空气吹出清洗液，反复该步骤以彻底清洗毛细管驱除沉积物。 b. 将堵塞区域浸入溶液中加热，溶液沸腾后可以带出沉积物。这样不会对毛细管造成伤害。 有机物堵塞 a. 将雾化器喷嘴浸入浓硝酸，加热到100度以上，驱除毛细管内的清洗液并更换溶液重新清洗，清洗完毕后用清水，异丙醇清洗，干燥。（注意：1、浓硝酸有强烈的腐蚀性，需要适当的保护措施。2、不要使用含铬的酸进行清洗，否则吸附在玻璃上的痕量铬会对分析造成影响。） b. 对于蜡一类的有机物堵塞，小心加热毛细管受影响的部位，同时在进样管处通入压缩空气以疏通毛细管。（注意：避免加热过度使有机物产生不可溶的裂解产物。） 顽固毛细管堵塞处理方法 注意：由于此方法可能会对雾化器造成损坏，只有在以上方法均不能疏通毛细管堵塞时采用。 在喷嘴末端插入一段钢琴线，小心的疏通毛细管堵塞