專利名稱：一種激光原位剝蝕分析用的微容積氣溶膠樣品池的制作方法
技術領域：
本發明屬于儀器分析技術領域，具體涉及一種激光原位剝蝕分析用的微容積氣溶膠樣品池。
背景技術：
激光原位剝蝕分析在現代分析檢測中具有重要的地位，具有微區(微米級)、原位和實時(在線分析)的特點。樣品需要在樣品池內被高能量激光原位剝蝕，產生的氣溶膠被載氣(通常為氬氣或氦氣等惰性氣體)輸送至ICPMS或者MC-ICPMS等元素分析儀器，可以獲得樣品的微量元素含量或者同位素比值等信息。目前使用的常規樣品池，一般為激光剝蝕系統儀器廠家設計，內部為圓柱形空間，·進氣口和出氣孔水平通過樣品池中心，且二者在一條直線上，氣體進入樣品池后，大部分氣體迅速通過中心狹窄區域被輸送至出氣孔，并且在樣品池氣流通道的中央兩側形成渦流，流速變緩。實際使用中，樣品和標準物質被對稱分布在中心線兩側，以減少元素分餾和質量歧視效應的影響。因此池內這種氣流動力學特征不能夠使樣品氣溶膠被快速送出樣品池，使分析信號的靈敏度和精度受到影響。激光剝蝕樣品時通常僅對樣品的表面(數十微米尺度)進行剝蝕，同時，現用常規樣品池為簡化設計，沒有采用底部加洗盲孔的設計，整個樣品均被放置于樣品池空間中，由于激光僅對樣品表面幾十微米厚度進行剝蝕，因此實際上樣品表面以下的大部分區域均為樣品池無效使用空間，因此樣品池現有設計上較大內部空間不僅增加了氣溶膠在池內的滯留時間，而且可能形成更多的池內湍流，使其不能被快速輸送出樣品池。常規樣品池兩端進氣孔和出氣孔均為中間有孔金屬接頭。金屬接頭一端以螺紋固定在樣品池上，另外一端直接插入外部氣體管線。但氣體管線難以和金屬接頭脫離，在對樣品池進行日常拆卸和清洗維護、以及更換氣體管線的時候，操作上非常不便。

發明內容
本發明目的在于提供一種具有良好氣流動力學性能的激光剝蝕微容積氣溶膠樣品池，以解決現有技術中存在的問題。本發明通過以下技術方案實現一種激光原位剝蝕分析用的微容積氣溶膠樣品池，包括一樣品池腔，其內部采取紡錘形結構，頂部有兩個固定卡扣，和一個活動卡扣，以固定樣品池密封頂蓋；兩底部盲孔，一英寸直徑，深一厘米，垂直分布于氣流通道的中央兩側；一進氣孔，分布于樣品池右側，有螺紋孔，快插螺紋接頭可旋入樣品池該進氣孔固定;一出氣孔，分布于樣品池左側，為無螺紋圓孔，帶軸套快插接頭一端插入后固定，另外一端可以和氣體管路直接連接；
一密封圈挖槽，位于樣品池上表面，該密封圈挖槽為圓形，密封圈埋于該密封圈挖槽內；三個卡扣，一個為活動卡扣,兩個位于樣品池腔頂部,和活動卡扣一起固定樣品池蓋與樣品池腔連接；樣品池的所述進氣孔采用和樣品池上表面垂直的進氣方式，使氣流進入樣品池后迅速均勻分布流向樣品池內部，最大程度減小了氣流前進方向的垂向流速梯度，同時結合樣品池紡錘形結構，氣流在樣品池內不會象常規樣品池那樣形成兩側對稱渦流，而保持良好的氣流動力學特性。本發明的優點和積極效果為本發明的技術方案可以看出，樣品池內部采用紡錘形和底部加洗對稱盲孔的結 構，以及進氣孔垂直樣品池表面的設計，減小了樣品池內部容積，并使氣體進入樣品池后保持良好的氣流動力學特性均勻高速的流過樣品池內部空間，高效的把樣品氣溶膠輸送出樣品池。同時進氣孔和出氣孔采用快插接頭，方便氣路管線的接駁和日常維護，并且擴展了氣體管路的適用范圍。


圖I為樣品池三維結構及三視圖，圖中1-樣品池三維結構；2_樣品池進氣孔；3-樣品池出氣孔。圖2為樣品池三維結構及三視圖，圖中4_樣品池底部加洗盲孔；5_樣品池密封圈槽；6-固定樣品池蓋的卡扣；圖2 (a)為X-樣品池X方向視圖；圖2 (b)為Y-樣品池Y方向視圖；圖2 (c)為Z (池內)_樣品池內部Z方向視圖；圖2 (d)為Z (池外頂部)-樣品池頂部Z方向視圖。圖3為樣品池快插螺紋接頭，圖中7_進氣孔快插螺紋接頭。圖4為樣品池快插接頭，圖中8-出氣孔帶軸套快插接頭。圖5為樣品池卡扣，圖中9-活動卡扣。圖6為本發明樣品池內中心高度處速度場(單位m/s)以及流線分布(Fluent流體力學軟件模擬)。圖7為本發明樣品池垂直底面的中心橫斷面上速度場及流線分布(Fluent流體力學軟件模擬)。圖8為原有常規樣品池池內中心高度處速度場(單位m/s)以及流線分布(Fluent流體力學軟件模擬)示意圖，圖中流線代表氣流運動的方向。
具體實施例方式結合附圖對本發明的具體實施例作出進一步的說明。樣品池采用中間寬闊兩端尖窄的紡錘形設計I (圖1)，相比較傳統的圓形結構，這可以使池內氣流保持良好的動力學特征(圖6)，也縮小了樣品池內容積。如圖所示，激光剝蝕用微容積氣溶膠樣品池(圖1)，具體包括一樣品池腔1，內部采取紡錘形結構，頂部有兩個固定卡扣6，和一個活動卡扣9，以固定樣品池密封頂蓋。
兩底部盲孔4，一英寸直徑，深一厘米，垂直分布于氣流通道的中央兩側。一進氣孔2，分布于樣品池右側，有螺紋孔，快插螺紋接頭7可以旋入樣品池進氣孔2固定。一出氣孔3，分布于樣品池左側，為無螺紋圓孔，帶軸套快插接頭一端插入后固定，另外一端可以和氣體管路直接連接。一個密封圈挖槽5，位于樣品池上表面，圓形。密封圈埋于槽內。固定樣品池蓋的三個卡扣，兩個為樣品池本體固定卡扣6，一個為活動卡扣9。樣品池的進氣孔2采用和樣品池上表面垂直的進氣方式，使氣流進入樣品池后迅速均勻分布流向樣品池內部(圖7)，最大程度減小了氣流前進方向的垂向流速梯度，同時結合樣品池紡錘形結構，氣流在樣品池內不會象常規樣品池那樣在氣流通道形成兩側對稱 渦流(圖8)，而保持良好的氣流動力學特性。樣品池采取底面加洗盲孔4設計，即在樣品池中心垂直于氣流方向，對稱開挖直徑約I英寸孔柱，深約I厘米。固態樣品或者樣品靶(通常為直徑I英寸厚I厘米環氧樹脂柱體)可以放置孔中，標準樣品對稱放置于另外一孔，空隙部分以軟硅膠填充。本發明這種設計可以使樣品池的內部容積比現有常規樣品池縮小三分之二，減少了氣溶膠在樣品池的滯留時間，可以使氣溶膠盡快被載氣送出樣品池。樣品池進氣孔2采用大尺寸金屬快插螺紋接頭7，一端以螺紋固定在樣品池上，另外一端可以將氣體軟管直接快速插入。大尺寸快插接頭可以接入直徑較大氣體管路，增加樣品池內氣體流速，更有利于樣品池內氣溶膠的快速輸出。樣品池出氣孔3采用帶軸套快插接頭8，軸套一端插入樣品池出氣孔3，另一端可以直接接入氣體管路。快插接頭有多種規格尺寸，這樣就可以根據需要靈活的和各種外徑氣體管線連接。樣品池上表面(Z池外頂部視圖)仍然采用和常規樣品池相近的尺寸和結構，因此常規樣品池上帶有激光通透玻璃的上蓋仍可以在本發明樣品池上使用。此外，樣品池的使用需配合底部固定金屬板、密封圈和玻璃密封蓋使用。底部固定金屬板，可以和樣品池底部以螺絲連接固定，然后整體固定于分析平臺上。密封圈埋入樣品池表面密封圈挖槽，并略高于樣品池上表面，橡膠材質。玻璃密封蓋用于密封樣品池，外圍為金屬圓環，內部放置激光通透玻璃，以使激光通過對樣品進行剝蝕。其中，進氣孔和出氣孔快插接頭均采用符合德國勞氏標準的Festo快插接頭。密封圈采用普通商用丁氰橡膠密封圈。樣品池玻璃密封蓋可以利用原有常規樣品池頂蓋。具體操作過程如下首先取下樣品池玻璃密封頂蓋，清洗樣品池內部以及氣體管路和快插接頭，晾干。將進氣管路和右端快插螺紋接頭連接，出氣管路和左端快插接頭連接。將樣品和標準物質分別放置于池內兩側盲孔，并使其上表面略高于樣品池底部平面。安裝樣品池頂蓋，旋緊活動卡扣以固定玻璃密封蓋。通入載氣，啟動激光剝蝕分析樣品。圖6為本發明樣品池內中心高度處速度場(單位m/s)以及流線分布(Fluent流體力學軟件模擬)。氣流進入后，入口處形成明顯高速區，撞擊底面后，向四周近均勻擴散。近中心區域流速垂向梯度(Y方向)很小。氣流在出口處匯聚，以較高的速度流出。從流線(黑線)可以看出，樣品池內大部分區域流線規則有序，未形成漩渦，氣流運動均勻順暢。圖7為本發明樣品池垂直底面的中心橫斷面上速度場及流線分布(Fluent流體力學軟件模擬)。右側氣流入口處，由于高速氣流被動改變方向形成明顯的漩渦，但對下游流場幾乎沒有影響。在樣品池內的大部分空間內，氣流幾乎水平運動，垂直方向的速度幾乎為零，未形成漩渦。圖8為原有樣品池池內中心高度處速度場(單位m/s)以及流線分布(Fluent流體力學軟件模擬)示意圖，圖中流線代表氣流運動的方向。高速氣流平行進入樣品池，由于氣流發散以及出氣孔附近氣流撞擊內壁，而形成池內渦流。在與出氣孔相連的路徑上流速最高，靠近樣品池內壁附近流速比較高，而渦流中心附近流速最低，而這是樣品和標準物質放置的位置，因此不利于激光剝蝕樣品氣溶膠的快速輸送。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在 本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種激光原位剝蝕分析用的微容積氣溶膠樣品池，其特征在于包括 一樣品池腔(1)，其內部采取紡錘形結構，頂部有兩個固定卡扣(6)，和一個活動卡扣(9)，以固定樣品池密封頂蓋； 兩底部盲孔(4)，一英寸直徑，深一厘米，垂直分布于氣流通道的中央兩側； 一進氣孔(2)，分布于樣品池右側，有螺紋孔，快插螺紋接頭(7)可旋入樣品池該進氣孔(2 )固定； 一出氣孔(3)，分布于樣品池左側，為無螺紋圓孔，帶軸套快插接頭(8)—端插入后固定，另外一端可以和氣體管路直接連接； 一密封圈挖槽(5)，位于樣品池上表面，該密封圈挖槽(5)為圓形，密封圈埋于該密封圈挖槽(5)內； 三個卡扣，一個為活動卡扣，兩個位于樣品池腔(I)頂部，和活動卡扣一起固定樣品池蓋與樣品池腔(I)連接； 樣品池的所述進氣孔(2)采用和樣品池上表面垂直的進氣方式，使氣流進入樣品池后迅速均勻分布流向樣品池內部，最大程度減小了與氣流前進方向相垂直方向上的流速梯度，同時結合樣品池紡錘形結構，氣流在樣品池內不會象常規樣品池那樣形成兩側對稱渦流，而保持良好的氣流動力學特性。
全文摘要
本發明提供一種激光原位剝蝕分析用的微容積氣溶膠樣品池，其包括一樣品池腔(1)，內部采取紡錘形結構，兩底部盲孔(4)，一進氣孔(2)，一出氣孔(3)和一個密封圈挖槽(5)，進氣孔(2)分布于樣品池右側，出氣孔(3)分布于樣品池左側，為無螺紋圓孔，帶軸套快插接頭一端插入后固定，另外一端可以和氣體管路直接連接。本發明的樣品池內部采用紡錘形和底部加洗對稱盲孔的結構，以及進氣孔垂直樣品池表面的設計，使氣體進入樣品池后保持良好的氣流動力學特性均勻高速的流過樣品池內部空間，高效的把樣品氣溶膠輸送出樣品池。同時進氣孔和出氣孔采用快插接頭，方便氣路管線的接駁和日常維護，并且擴展了氣體管路的適用范圍。
文檔編號G01N21/01GK102879331SQ20121036741
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者侯振輝 申請人:中國科學技術大學