原子荧光仪器气路模块稳定性的研究.pdf
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1、12 今日制造与升级 2023.6理论与研究 Theory and Research0引言1983年,首台双道氢化物发生-无色散原子荧光光谱仪由西北有色地质矿业集团有限公司郭小伟课题组研制成功,将氢化物发生技术(化学蒸气发生技术的一种)与原子荧光检测技术联用,消除了基体对原子荧光检测技术的干扰,并开发出我国第一代商品化的原子荧光仪器1。目前,原子荧光仪器因其灵敏度高、检出限低等优点,已经被广泛的应用于食品安全、环境保护和检验检疫中无机金属元素的检测2-4。市面上有多家厂商都研发有原子荧光光度计,其中主要有双通道和四通道原子荧光光度计两种型号,无论是不同厂商,还是不同型号的原子荧光光度计,其气路
2、模块的设计及工作原理都基本相同。西北有色地质矿业集团有限公司研发的原子荧光光度计主机中涉及一处气路模块单元,通过前期项目的第一代、第二代设计5,尝试改进了气路模块的材料、模块整体的装配结构、电磁阀功率、气路阀芯设计等,已基本达到预期目标,在室温变化较小的条件下,可以调节实现各挡位气路气流稳定。由于气路模块对调节气体流量的精密度高、灵敏度高,且影响气体流量的变量多,在日常对仪器的调试以及实际生产应用中发现,仪器所处室温、仪器上位机的运行等都会对气路模块流量大小产生影响,而仪器中载气与屏蔽气的流量大小是对仪器测试精度有着直接的影响。文章从机械设计、加工以及后期装配调试等角度,通过大量实验来研究影响
3、原子荧光仪器气路模块稳定性的原因,为后期原子荧光光度计气路模块稳定性研究、优化设计及维修提供参考。1 原子荧光仪器气路模块的设计原理原子荧光仪器气路模块设计原理如图1所示,其基本要求是能得到两路氩气,作为在线反应的辅推气体装置,针对不同样品中不同元素对气体的需求不同,要能对两路气体的流速可调;因此需要气路模块的功能是:限定气体总压力,使气路分为两路且不能互相干扰,每路上3个两位两通电磁阀的通断切换改变管径气流大小。在原子荧光仪器检测中,需要0.2MPa 的氩气,在保证总气压不变的条件下,一路调节阀芯分别固定在流量为100mL/min、200mL/min、300mL/min,另一路固定在流量为1
4、00mL/min、200mL/min、800mL/min,通过电磁阀控制气路孔的开关,来实现一路100mL/min、200mL/min、300mL/min、400mL/min、500mL/min、600mL/min 共计6个挡,以及另一路800mL/min、900mL/min、1000mL/min、1100mL/min 共计4个挡的气流量调节。电信号调压阀电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀单向阀单向阀辅助气总气阀芯阀芯载气阀芯阀芯阀芯阀芯压力判断图1 原子荧光仪器气路模块设计原理气路模块的产品结构如图2所示,调压阀自带表头,摘要基于西北有色地质矿业集团有限公司研发的原子荧光仪器以及市面同类型
5、仪器,介绍其中气路模块装置的设计工作原理。在日常对仪器的调试以及实际生产应用中发现影响气路稳定性的若干问题,文章试着从机械设计、加工以及后期装配调试等角度,通过大量实验分析引起这些问题的原因,为各个厂家原子荧光类仪器稳定性的研究,特别是其气路模块稳定性的研究、优化设计以及维修等提供参考。关键词原子荧光;气路;稳定性;气流中图分类号O657.31 文献标志码A原子荧光仪器气路模块稳定性的研究刘坤,张浏波(西北有色地质矿业集团有限公司,陕西西安710054)2023.6 今日制造与升级 13理论与研究 Theory and Research方便调总输入气压为0.2MPa,通过变向接头与模块连接,模
6、块内气路与6个两位两通电磁阀连接,各电磁阀另一端与阀芯连通,3个阀芯汇聚一路出口,共计两路出口,依据各阀芯值的不同分为载气与辅助气路。电磁阀压力开关变向接头调压阀及表头阀芯模块图2 气路模块的产品结构2 影响气路模块稳定性的原因分析气路模块主要作用是为在线化学反应提供助推动力和在化学反应时屏蔽空气中的其他气体,其气体气流的稳定性与仪器稳定性直接相关。2.1 温度、材料对气路模块的影响在不同批次原子荧光仪器实际使用中,发现在不同季节检测时,原来出厂调试好的气体流量发生了变化,并有一定的周期性,尤其在北方,冬季与夏季室内温差最大可达40,在夏季调节好的气路模块,到冬季使用时气路气流就不准确了。由此
7、怀疑是存放仪器的实验室室温对气路模块材料产生形变,为进一步验证室温对气路模块稳定性的影响,选用材料型号为6061、7075、4064三种铝合金制成的气路模块进行大量实验。实验方法如下:每组不同材料型号的气路模块,分别在总压0.2MPa 前提下,一路气流调至100mL/min、200mL/min、300mL/min,一 路 气 流 分 为 100mL/min、200mL/min、800mL/min 的流量值;待调好后,用热风机加热至表面温度50,测量其流量值;冷却至室温后,再测量其流量值;统一放入冰箱内冷冻4 5h,取出测量其温度,再测量其流量值;静置至室温后,再测量其流量值;反复步3次,统计其
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