(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210561332.1 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市长春高新技术 产业开发区前进大街269 9号 (72)发明人 高德江　曹彦波　王兴华　费强　 宋大千　马品一　于永　 (74)专利代理 机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 专利代理师 王恩远 (51)Int.Cl. G01N 21/73(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于等离子体激发源的粘稠样品分析 系统及方法 (57)摘要 本发明的一种基于等离子体激发源的粘稠 样品分析系统及方法属于原子发射光谱分析技 术领域， 由微波能量传输部分和微波同轴谐振腔 部分组成； 包括气体控制单元(1)， 还包括微波源 (2)、 微波谐振腔(3)、 微波耦合等离子体激发源 (4)、 送样单元(5)、 光信号取样单元(6)、 光谱仪 (7)、 测控单元(8)和计算机(9)。 与现有技术相 比， 本发明的具有检测灵敏度高、 抗干扰能力强、 测量精确等优点。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114965443 A 2022.08.30 CN 114965443 A 1.一种基于等离子体激发源的粘稠样品分析系统， 包括气体控制单元(1)、 送样单元 (5)、 光信号取样单元(6)、 光谱仪(7)、 测控单元(8)和计算机(9)； 其特征在于， 还包括微波 源(2)、 微波谐振腔(3)和微波 耦合等离子体激发源(4)； 其中， 气体控制单元(1)由钢瓶输入气体， 经减压阀、 稳压阀、 稳流阀和流量计精密控制 各路气体输出至微波谐振腔(3)的气体入口(31)； 所述微波源(2)输出微波功 率至微波谐振 腔(3)的微波入口(32)； 所述微波谐振腔(3)包括气体入口(31)、 微波入口(32)和输出端口(33)； 所述气体入口 (31)通入易电离气体， 被微波入口(32)输入的微波能量电离， 在输出端口(33)获得微波耦 合等离子体激发源(4)； 所述送样单元(5)位于微波耦合等离子体激发源(4)的下方， 实现被测粘稠样品与 微波 耦合等离子体激发源(4)接触， 并且被微波耦合等离子体激发源(4)的微波耦合等离子体高 温区激发， 产生 光信号； 所述光信号取样单元(6)由微透镜与光纤构成， 微透镜将样品激发产生的光信号进行 汇聚， 进入光纤入口， 样品与等离 子体激发源(4)相交 处位于微透 镜的主光轴上； 所述光谱仪(7)用于将接收的光信号进行分光， 获得被测粘稠样品的光谱信号， 并将光 谱信号输出至测控单元(8)； 测控单元(8)包括光电转换电路、 放大电路和模数转换电路、 CAN接口电路和微处理器； 微处理器用于控制气 体流量、 微波功 率、 圆盘转速和光谱仪， 并完 成光谱信息的采集、 处 理、 运算， 然后经CAN总线接口电路输出至计算机(9)。 2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体激发源的粘稠样品分析系统， 其特征在于， 所述送样单元(5)包括电机(50)、 旋转圆盘(51)、 样品盒(52)、 用于承载所述样品盒(52)的 升降台(53)， 所述旋转圆盘(51)通过中心孔与电机(50)的轴连接， 所述电机(50)是交流伺 服电机或步进电机， 所述样品盒(52)置于所述旋转圆盘(51)的正下方， 所述升降台(53)置 于所述样品盒(52)的正下方； 微波谐振腔(3)、 微波耦合等离子体激发源(4)的轴线、 旋转圆 盘(51)的圆周中线、 样品盒(52)中心及升降台(53)中心布局在一条垂直的直线上， 所述旋 转圆盘(51)的旋转轴线与所述微波谐振腔(3)的轴线垂直； 所述旋转圆盘(51)的圆周表面 设计有V型槽， 深度1～2mm； 所述旋转圆盘(51)的圆周浸入样品盒(52)中被测粘稠样品的深 度为1～5mm， 以旋转运动载带被测粘稠样品到圆盘的圆周表面， 使被测粘稠样品与微波耦 合等离子体激发源(4)炬焰的高温区接触， 并被微波耦合等离子体激发源(4)的高温区激 发， 产生光信号。 3.根据权利要求1所述的一种基于等离子体激发源的粘稠样品分析系统， 其特征在于， 所述送样单元(5)包括电机(50)和旋转圆盘(51)， 所述电机(50)是交流伺服电机或步进电 机， 所述旋转圆盘(51)通过下端面的中心孔与电机(50)的轴连接； 所述旋转圆盘(51)的旋 转轴线与所述微波谐振腔(3)的轴线平行， 并且 所述微波谐振腔(3)的轴线位于所述旋转圆 盘(51)环形凹槽的环形中心线上； 所述旋转圆盘(51)的上端面设计有环形凹槽， 该环形凹 槽深度为2～5 mm， 用来盛放被测粘稠样品； 所述微波耦合等离子体激发源(4)炬焰的高温区 与凹槽内的被测粘稠样品接触， 使被测粘稠样品被微波耦合等离子体激发源(4)的高温区 激发， 产生 光信号。 4.根据权利要求1所述的一种基于等离子体激发源的粘稠样品分析系统， 其特征在于， 所述光信号取样单元(6)的结构为： 按照与等离子体激发源(4)的轴线垂 直的方向在等离子权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114965443 A 2体激发源(4)的周围配置N个， N取1～4， 在每个等离子体后面的焦点处放置一个光纤， 所有 的光纤再汇聚到1条光纤， 将光信号传输 至所述光谱仪(7)的入射狭缝。 5.根据权利要求1所述的一种基于等离子体激发源的粘稠样品分析系统， 其特征在于， 所述光信号取样单元(6)的结构为： 微透镜(61)配置于微波谐振腔(3)的输出端口(33)， 在 微透镜(61)的位于微波谐振腔(3)的内侧的焦点上放置光纤(62)的入口端， 光纤(62)经微 波谐振腔(3)的轴线引出到光谱仪(7)的入射狭缝。 6.一种基于等离 子体激发源的粘稠样品分析 方法， 其特 征在于， 包括以下 具体步骤： 1)将被测粘稠样品装 入送样单 元(5)， 同时向微波谐振腔(3)通入工作气体； 2)启动送样单 元(5)的驱动电机， 使得被测粘稠样品被带到分析间隙； 3)启动微波源(2)， 电离工作气体， 产生微波耦合等离子体激发源(4)炬焰， 炬焰的高温 区激发送样单 元(5)提供的样品， 产生被测粘稠样品的光信号； 4)被测粘稠样品激发的光信号经光信号取样单元(6)进入光谱仪(7)， 分光之后获得光 谱信号； 5)将光谱信号输出至测控单元(8)， 经过测控单元(8)处理后转换为电信号输出至计算 机(9)； 6)计算机单 元(9)进行 数据采集、 存 储、 显示和传输 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114965443 A 3