[发明专利]溶液阴极辉光放电元素分析

说明书

本发明提供一种溶液阴极辉光放电(SCGD)元素分析的方法和装置。在毛细管出口端与接地电极端的基底之间的溶液捕获套环(以堰、芯元件或其组合的形式)保持溶液样品水平靠近等离子体发射区域。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月24日提交的美国临时专利申请No.62/232,041的优先权，其通过应用的方式并入本文。

领域

本发明总体上涉及水溶液中可溶性物质的元素分析。更具体地说，本发明涉及基于溶液阴极辉光放电技术(solution cathode glow discharge technology，SCGD)的样品元素分析。

背景

需要生产蒸汽或其他高温过程流体的工业工艺受到设备污染和结垢问题的影响。该过程的一个实例是，在沥青回收中SAGD(蒸汽辅助重力排水)生产高质量蒸汽。受影响的设备可能包括，如水处理设备、蒸汽锅炉和一次性蒸汽发生器(OTSG)。

由于温度、浓度和压力变化破坏溶解平衡，引起固体形成，在热交换表面发生沉积和结垢。沉积物质主要是无机阳离子和无机和有机阴离子的组合。结垢的主要阳离子为Ca、Mg，Fe和Mn离子。这些阳离子物质与包括SiO2、CO3^2-、Cl^-在内的阴离子物质和有机酸(腐殖酸和萘酸)结合。其他可能引起结垢的元素为Cu、Al、Na、Ba、Sr、K、Rb、Cs和Li。由于蒸汽生产效率的损失和昂贵的停机时间，锅炉结垢可能引起显着的成本。尽管溶解的无机离子对锅炉完整性具有重要性，但目前还没有在线监测这些金属离子的相关浓度的手段，用于实时过程控制。

金属离子的多元素同时分析通常是基于实验室的技术进行，例如电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)。ICP-AES从未适用于在线测量，因为氩气的高消耗和由于仪器漂移而需要频繁重新校准。然而，一种新型等离子体光谱化学技术已见诸描述，其不消耗惰性气体且避免了困扰传统技术的仪器漂移问题。这种技术被称为溶液阴极辉光放电(SCGD)，并显示线性校准，检测限在十亿分之一的低范围内(参考：Greda,K.,等.,在小型流动液体阴极和微型氩气或氦气微型喷射之间操作的直流大气压辉光微放电的性能比较(Comparison of performance of direct current atmospheric pressure glowmicrodischarges operated between a small sized flowing liquid cathode and aminiature argon or helium flow microjets),J.Anal.At.Spectroman，28,1233-1241(2013)和Doroski，T.A.等新设计的溶液-阴极辉光放电-光学发射光谱法并使用紧凑型光谱仪(Solution-cathode glow discharge-optical emission spectrometry of a newdesign and using a compact spectrograph).J.Anal.At.Spectrom，2013。28：第1090-1095页)。SCGD似乎是在线应用中进行金属离子多元素同时分析的理想技术。