[发明专利]原子吸收汞分析仪

说明书

技术领域

所要求保护的发明涉及分析化学，具体地说，涉及利用汞浓度测量的差分技术进行光谱原子吸收分析，并且本发明能够用来明显降低汞在载气中的检测限并减少漂移。

背景技术

具有背景吸收赛曼(Zeeman)修正的原子吸收汞分析仪HGG-3(Scintrex，加拿大)(2)包含放置在脉冲磁场中的形如毛细管的光谱汞灯、透镜、分光器、分析单元、分析和基准通道的光电检测器，所述光谱汞灯两端焊接着用于电子放电激励的电极。当磁场强度为零时，可以测量出汞原子和背景吸收的光密度。当磁场强度具有工作值时，随着汞的放射共振谱线的Zeeman分量被磁场移位并超过吸收谱线包络，只能测量出背景吸收的光密度。上述两个测量值之间的差值使得可以利用校准公式来提供与汞浓度有关的汞原子的光密度值。

与上述方法类似的方法的缺点是汞在空气中的检测限高(160ng/m³)，测量动态范围小(两个数量级)，对于便携式分析仪而言，重量和能耗太大。

一种具有背景吸收赛曼修正的原子吸收汞分析仪(1)在技术原理上与本发明最为接近，该原子吸收汞分析仪包含光电检测器、分析单元、倾斜板、辐射偏振调制器和置于两个磁极之间的光谱灯。此项技术采用了差分原子吸收光谱学(DAAS)的方法。沿磁力线观测时，只能检测到赛曼三线组中的δ-子线，其中一条δ-子线在最大吸收谱线区域中，作为分析谱线，另一条在吸收截面远小于最大值的吸收谱线包络边缘处，作为基准谱线。在处理块中，选出调制频率的第一谐波和第二谐波上的两个信号：第一个信号与分析单元中的汞原子浓度成正比，第二个信号与δ-子线的完全强度(full intensity)成正比。将根据公知的算法[1]在微处理器中对信号进行进一步处理。

该原型的缺点是大气中汞浓度检测限高(30ng/m³，装置响应时间5秒)以及很大的零位漂移。

发明内容

本发明的任务是设计出具有经改进的分析特性(也就是具有低检测限和低漂移值)的原子吸收汞分析仪。

可以通过所述原子吸收汞分析仪来完成所设定的任务，所述原子吸收汞分析仪包括：光耦合的光电检测器、分析单元、辐射偏振调制器以及包含了放置在两磁极间并连接到电子放电激励装置的放电腔的光谱灯，其中，缓冲气体和汞被放置在该光谱灯中；放置在光谱灯中的汞被添加(enrich)有具有偶数个中子的汞同位素，并且，这种同位素至少占光谱灯中汞的总质量的50％。

该原子吸收汞分析仪还包含与放电腔相连的镇流腔，该镇流腔的容积比放电腔的容积大。电子放电激励装置、放电腔和镇流腔被实现为使得能够在放电腔中进行放电激励而不进行镇流腔。

另外，光谱灯中的缓冲气体至少有50％是惰性气体，这种惰性气体的原子核的电荷数至少是36。

本发明的原理是，由于在光谱灯中使用被添加了同位素的汞，所以，在光谱灯中，共振辐射吸收的差分截面的值比使用自然成分的汞时高很多，从而降低了检测限和漂移量。实际上，在DAAS中，可以测量出吸收原子D的光密度(D＝ΔQnL，这里ΔQ代表共振辐射的差分截面，n代表所指定的原子的密度，L代表吸收层的长度)，由此可以计算出所指定的原子的密度n。

根据定义，测量限就是三倍于噪声水平σ的浓度(在DAAS中为光密度)，D_DL＝ΔQn_DLL＝3σ。

根据上面给出的表达式，由于噪声水平取决于光谱灯的参数和测量系统的参数而不依赖于吸收差分截面，所以，后者的增加会造成检测限降低。由于漂移是超低频范围内的噪声，该噪声也取决于光谱灯的参数和测量系统的参数而不依赖于吸收差分截面，所以，类似地，增加吸收差分截面可以降低漂移值。

所述的光谱灯有两个不同的区域，作为汞蒸气储备器的镇流腔和进行电子放电激励的放电腔。这样可以稳定光谱灯内处于气相的汞蒸气的压力，进而稳定光谱灯中辐射传递和共振辐射的自吸收，从而降低漂移值。

此外，当使用例如氪(Kr)或氙(Xe)等原子核电荷数至少为36的重惰性气体作为光谱灯中的缓冲气体时，在相同的能量供给下，共振辐射的强度增强，这样就降低了噪声水平(在我们的实例中，以散粒噪声为主)，检测限也相应地下降。

附图说明

附图中示出了所要求权利的本发明的原理：

图1是分析仪的流程图；

图2是¹⁹⁸Hg发射谱线的赛曼子线的光谱位置和汞吸收谱线(大气压力)包络的示意图，λ＝254nm；