Устройство для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей

Область техники
Полезная модель относится к устройству для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, как определено в преамбуле независимого пункта 1 формулы полезной модели.
Атомная/оптическая эмиссионная спектроскопия является способом измерения присутствия или количества элемента в образце. С помощью источника электромагнитной энергии, например лазера, в образце создается плазма, и электроны в элементе возбуждаются и переходят на более высокий уровень, а когда электроны переходят обратно на более низкий уровень, они испускают фотоны на характеристической длине волны. Свет, т.е. фотоны, испущенные плазмой, принимаются и анализируются в спектроскопической системе. Длина волны пропорциональна разности энергий между возбужденным состоянием и состоянием более низкого уровня. Измеренная интенсивность пропорциональна концентрации измеренного элемента в плазме, атомным параметрам измеренного перехода, включая вероятность перехода и энергию возбужденного состояния, а также параметру плазмы, включая плотность электронов и температуру.
Атомная/оптическая эмиссионная спектроскопия может, например, быть использована для измерения присутствия или количества элемента/элементов в потоке образца жидкости.
Один из вариантов устройства для атомной/оптической эмиссионной спектроскопии описан в документе US 2013/100444.
Проблема спектроскопии жидкостей с помощью электромагнитной энергии заключается в том, что, если компоненты жидкости неравномерно распределены в жидкости, когда выполняется фактическое измерение, выполненное измерение концентраций компонентов жидкости не представляет фактические концентрации компонентов жидкости.
В настоящей полезной модели для решения упомянутой проблемы трубку, проводящую поток образца жидкости, предлагается выполнять в виде трубки, имеющей наклонный участок трубки с выпускным отверстием и генератором турбулентности, расположенным выше по потоку от выпускного отверстия. Кроме того, предлагается располагать проточную ячейку, соединенную по текучей среде с таким выпускным отверстием и выполненную с возможностью принимать по меньшей мере часть потока образца жидкости, протекающего в наклонном участке трубки, ниже по потоку относительно генератора турбулентности.
Технический результат, обеспечиваемый настоящей полезной моделью, состоит в том, что поток образца жидкости перемешивается вследствие турбулентности, вызванной генератором турбулентности, так, что компоненты потока образца жидкости распределяются равномерно в потоке образца жидкости до введения части потока образца жидкости (компоненты в которой распределены равномерно) в проточную ячейку для репрезентативного анализа потока образца жидкости с использованием источника электромагнитной энергии и спектроскопической системы.
Цель полезной модели
Целью полезной модели является обеспечение решения вышеуказанной проблемы.
Краткое описание полезной модели
Устройство для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей характеризуется признаками независимого пункта 1 формулы полезной модели.
Предпочтительные варианты осуществления устройства определены в зависимых пунктах формулы полезной модели.
Устройство делает возможным создание репрезентативного потока образца жидкости для жидкости, протекающей в трубке, т.е. потока образца жидкости, в котором компоненты потока жидкости равномерно распределены в потоке образца жидкости.
Полезная модель основана на изменении скорости потока жидкости для создания турбулентности в потоке жидкости для равномерного распределения частиц в потоке жидкости.
Список чертежей
Далее полезная модель будет описана более подробно со ссылками на чертежи, на которых
Фиг. 1 представляет, частично, первый вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку с генератором турбулентности,
Фиг. 2 представляет, частично, второй вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку, снабженную генератором турбулентности, содержащим один дроссельный элемент,
Фиг. 3 представляет, частично, третий вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку, снабженную генератором турбулентности, содержащим два дроссельных элемента,
Фиг. 4 представляет, частично, четвертый вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку, снабженную генератором турбулентности,
Фиг. 5 представляет, частично, пятый вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку, снабженную генератором турбулентности,
Фиг. 6 представляет, частично, шестой вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку, снабженную генератором турбулентности,
Фиг. 7 представляет, частично, седьмой вариант осуществления устройства для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей, причем устройство имеет трубку, снабженную генератором турбулентности,
Фиг. 8 представляет принцип действия первого варианта осуществления генератора турбулентности, расположенного в трубке,
Фиг. 9 представляет принцип действия второго варианта осуществления генератора турбулентности, расположенного в трубке,
Фиг. 10 представляет принцип действия третьего варианта осуществления генератора турбулентности, расположенного в трубке, и
Фиг. 11 представляет принцип действия четвертого варианта осуществления генератора турбулентности, расположенного в трубке.
Подробное описание полезной модели
Полезная модель относится к устройству для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей.
Устройство может быть устройством с дуговым искровым оптическим эмиссионным спектрометром (Arc spark OES), как показано на фиг. 6, устройством индуцированной лазером флюоресценции (Laser Induced Fluorescence) (LIF), как показано на фиг. 1-3, устройством рамановской спектроскопии, как показано на фиг. 4, устройством рентгеновской флюоресценции ((X-Ray Fluorescence, XRF) и устройством рентгеновской дифракции (X-Ray Diffraction, XRD), как показано на фиг. 7.
Далее будут описаны более подробно устройство для оптической эмиссионной спектроскопии жидкостей и некоторые предпочтительные варианты осуществления и модификации этого устройства.
Устройство содержит трубку 2, выполненную с возможностью проводить поток 1 образца жидкости, причем трубка 2 имеет наклонный участок 3 трубки, при этом трубка 2 ограничивает канал 4 для протекания потока 1 образца жидкости.
Устройство содержит проточную ячейку 6, находящуюся в соединении по текучей среде с выпускным отверстием 5 наклонного участка 3 трубки 2 и выполненную с возможностью принимать по меньшей мере часть потока 1 образца жидкости, протекающего в наклонном участке 3 трубки 2, а также с возможностью выпускать упомянутую по меньшей мере часть потока 1 образца жидкости, так что упомянутая по меньшей мере часть потока 1 образца жидкости протекает через проточную ячейку 6.
Устройство содержит источник 8 электромагнитной энергии для подачи электромагнитной энергии 7 на поверхность 9 потока 1 образца жидкости, который протекает через проточную ячейку 6, чтобы индуцировать плазму 10 в потоке 1 образца жидкости, который протекает через проточную ячейку, а также
Устройство содержит спектроскопическую систему 12 для приема света 11, испущенного плазмой 10, и для анализа света 11, испущенного плазмой 10.
Наклонный участок 3 трубки 2 содержит генератор 13 турбулентности выше по потоку от выпускного отверстия 5.
Генератор 13 турбулентности изменяет поперечное сечение трубки 2.
Генератор 13 турбулентности расположен на некотором расстоянии от выпускного отверстия 5.
Наклонный участок 3 трубки 2 выше по потоку от генератора 13 турбулентности может содержать первый элемент 14 трубки, ограничивающий первый участок 15 канала потока, формирующий часть канала 4 потока, причем первый участок 15 канала 4 потока имеет круглое поперечное сечение с внутренним диаметром от 10 до 33 мм, предпочтительно от 15 до 25 мм.
Генератор 13 турбулентности может содержать по меньшей мере один дроссельный элемент 18, ограничивающий третий участок канала потока, формирующий часть канала 4 потока, при этом третий участок 19 канала 4 потока, ограниченный дроссельным элементом 18, имеет круглое поперечное сечение, которое имеет на первом выходном конце 20 дроссельного элемента 18 внутренний диаметр, который на величину от 5 до 18 мм, предпочтительно приблизительно на 10 мм, меньше внутреннего диаметра круглого поперечного сечения первого участка 15 канала 4 потока выше по потоку от генератора 13 турбулентности, и при этом третий участок 19 канала 4 потока, ограниченный дроссельным элементом 18, имеет на первом входном конце 21 дроссельного элемента 18 внутренний диаметр, который на величину от 4 до 8 мм, предпочтительно приблизительно на 5 мм, больше, чем внутренний диаметр третьего участка 19 канала 4 потока на первом выходном конце 20 дроссельного элемента 18.
Наклонный участок 3 трубки 2 может между генератором 13 турбулентности и выпускным отверстием 5 содержать второй элемент 16 трубки, ограничивающий второй участок 17 канала потока, формирующий часть канала 4 потока, причем второй участок 17 канала 4 потока имеет круглое поперечное сечение с внутренним диаметром от 10 до 40 мм, предпочтительно от 20 до 30 мм.
Генератор 13 турбулентности может содержать по меньшей мере один дроссельный элемент 18, ограничивающий третий участок 19 канала потока, формирующий часть канала 4 потока, так что третий участок 19 канала 4 потока, ограниченный дроссельным элементом 18, имеет круглое поперечное сечение с внутренним диаметром на первом выходном конце 20, который на величину от 5 до 18 мм, предпочтительно приблизительно на 10 мм, меньше внутреннего диаметра круглого поперечного сечения второго участка 17 канала 4 потока между генератором 13 турбулентности и выпускным отверстием 5, и при этом третий участок 19 канала 4 потока, ограниченный дроссельным элементом 18, имеет на первом входном конце 21 дроссельного элемента 18 внутренний диаметр, который на величину от 4 до 8 мм, предпочтительно приблизительно на 5 мм, больше, чем внутренний диаметр третьего участка 19 канала 4 потока на первом выходном конце 20 дроссельного элемента 18.
Расстояние между генератором 13 турбулентности и выпускным отверстием 5, если измерять в направлении потока жидкости, может быть от 25 до 300 мм.
Источник электромагнитной энергии может представлять собой: лазер, такой как Nd:YAG, дуговой искровой генератор и рентгеновская трубка или источник.
Устройство может содержать, как показано на фиг. 1, 2, 3, 4 и 6, разделительный элемент 22, расположенный в выпускном отверстии 5, причем разделительный элемент 22 выполнен с возможностью отделять часть потока 1 образца жидкости от потока 1 образца жидкости и направлять упомянутую часть потока 1 образца жидкости через выпускное отверстие 5 таким образом, что упомянутая часть потока 1 образца жидкости направляется вертикально вниз к проточной ячейке 6.
Устройство может содержать, как показано на фиг. 5, вертикальный экранный элемент 23, расположенный в выпускном отверстии 5, причем вертикальный экранный элемент 23 выполнен с возможностью направлять поток 1 образца жидкости по вертикали вниз от выпускного отверстия 5 наклонного участка 3 трубки 2 таким образом, что поток образца направляется вертикально вниз к проточной ячейке 6 вдоль вертикального экранного элемента 23.
Наклонный участок 3 трубки 2 может быть наклонен под углом А наклона по отношению к горизонтальной плоскости, составляющим от 20 до 75°.
Источник 8 электромагнитной энергии может быть размещен так, чтобы подавать электромагнитную энергию 7 на поверхность 9 потока 1 образца жидкости, который формируется для протекания через проточную ячейку 6 в точке, которая расположена на расстоянии по вертикали ниже выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2, упомянутое расстояние требуется для формирования вертикального потока 1 для потока образца жидкости, вытекающего из выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2. Это расстояние частично зависит от размера выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2.
Источник 8 электромагнитной энергии может быть размещен так, чтобы подавать электромагнитную энергию 7 на поверхность 9 потока 1 образца жидкости, который формируется с возможностью протекать через проточную ячейку 6 в точке, которая расположена на расстоянии по вертикали ниже выпускного отверстия в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2, это расстояние требуется для формирования вертикального потока 1 образца жидкости, вытекающего из выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2. Это расстояние частично зависит от размера выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2.
Источник 8 электромагнитной энергии может быть размещен так, чтобы подавать электромагнитную энергию 7 на поверхность 9 потока 1 образца жидкости, который протекает через проточную ячейку 6 в точке, которая расположена на расстоянии от 4 до 100 мм по вертикали ниже выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2.
Источник 8 электромагнитной энергии может быть размещен так, чтобы подавать электромагнитную энергию 7 на поверхность 9 потока 1 образца жидкости, который протекает через проточную ячейку 6 в точке, которая расположена на расстоянии от 4 до 100 мм по вертикали ниже выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2, при этом упомянутая точка является самой вышерасположенной по потоку точкой от выпускного отверстия 5 в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2. Другими словами, упомянутая точка является точкой в канале 4 потока наклонного участка 3 трубки 2, где образец жидкости начинает вытекать из выпускного отверстия 5 в наклонном участке 3 трубки 2.
Для специалиста в данной области техники очевидно, что по мере развития технологии основная идея полезной модели может быть реализована различными путями. Следовательно, полезная модель и варианты ее осуществления не ограничены вышеприведенными примерами, но могут изменяться в пределах формулы полезной модели.