一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器的制作方法

本申请涉及分析化学仪器，尤其是涉及一种用于气相色谱的火焰光度检测器。

背景技术：

1、目前，火焰光度检测器（fpd）是检测硫、磷等元素的专用检测器，广泛应用于环境监测、石油化工、食品安全等领域。其原理是待测物在富氢火焰中燃烧，产生分子发射光谱，通过光学系统检测特定波长的光强进行定量分析。

2、然而，现有fpd存在以下长期未得到妥善解决的技术痛点：燃烧产生的颗粒物（如碳黑）易污染光学窗口（石英透镜），导致光通量持续下降，信噪比劣化，需要频繁停机清洗，维护周期短；火焰本身的波动、气流变化以及背景连续辐射会引入巨大的噪声，这些噪声与待测信号频率相近，传统的单光束硬件滤波方式难以有效区分，严重影响痕量检测的灵敏度和准确性；传统fpd结构松散，光路调节复杂，用户安装、调试和维护不便，不利于现场快速部署和标准化生产。

3、因此，针对上述中的相关技术，迫切需要一种能够同时解决污染、噪声和易用性问题的综合性解决方案。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，具备种高稳定、高灵敏度、低维护且便于使用等优点，解决了污染、噪声和易用性问题。

2、本申请提供的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器采用如下的技术方案：一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，包括密封模块壳体，所述密封模块壳体的内部包括有气路系统、燃烧系统、光学检测系统和信号处理系统，所述密封模块壳体的内部固定连接有检测底座，所述检测底座的顶部固定连接有空腔，所述密封模块壳体的顶部螺纹安装有检测器帽，所述气路系统的外壁固定连接有氢气进口管，所述空腔的外壁固定连接有空气进口管，所述燃烧系统的外壁固定连接有鞘气进口管，所述检测器帽的顶部安装有电路接口。

3、通过采用上述技术方案，将气路、燃烧、光学检测系统和信号处理系统以及前置放大电路集成封装在一个气密的金属壳体内，配合快接式接口和密封结构，简化安装，同时避免外部环境对内部组件的干扰。

4、优选的，所述气路系统包括有固定在空腔的内部的中心样品通道，所述中心样品通道的一端固定安装有中心喷嘴，所述中心喷嘴的同轴位置套设有鞘气喷嘴，形成中心样品通道与环形鞘气通道，且鞘气通道与外接的高纯惰性气体源相连接，且高纯惰性气体为氮气。

5、通过采用上述技术方案，中心样品通道输送待测样品与氢气的混合物，环形鞘气通道喷出高纯氮气形成气幕，可隔绝燃烧产生的碳黑等颗粒物向光学窗口扩散，从源头减少光学窗口污染。

6、优选的，所述燃烧系统的内部包括有固定在空腔顶部的燃烧室，且所述燃烧室为金属材质，其壁体设计为夹层结构，形成加热腔，所述燃烧室的加热腔内部设置有加热膜，所述加热膜的顶部电性连接有温度传感器，所述检测器帽的外壁安装有温控器，且温度传感器与温控器通过电路电性连接。

7、通过采用上述技术方案，温控器根据温度传感器反馈的信号调节加热膜功率，使燃烧室保持恒定温度，避免环境温度波动和气流变化对火焰燃烧状态的影响，稳定火焰发射光谱的强度。

8、优选的，所述光学检测系统的内部包括有固定在密封模块壳体顶部外壁的观察窗管，所述观察窗管的内壁固定有可视窗口，所述观察窗管的内部设置有分光镜，所述观察窗管的顶部开孔位置安装有第一滤光片，所述观察窗管的顶部安装有第一光电倍增管，所述观察窗管的底部开孔位置安装有第二滤光片，所述观察窗管的顶部安装有第二光电倍增管。

9、通过采用上述技术方案，可视窗口配合鞘气保护减少污染，分光镜实现火焰光的光束拆分，两组滤光片和光电倍增管分别捕捉特征信号和背景信号，为噪声校正提供硬件基础。

10、优选的，所述分光镜将火焰发出的光分为两束，第一束光通过第一滤光片后由第一光电倍增管接收，形成测量信号，第二束光通过第二滤光片后由第二光电倍增管接收，形成参比信号。

11、通过采用上述技术方案，第一滤光片选用与硫、磷特征波长匹配的窄带滤光片，第二滤光片选用非特征波长的滤光片，使参比信号精准反映背景噪声和火焰波动干扰。

12、优选的，所述信号处理系统的内部包括有第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器和第二微处理器分别安装在第一光电倍增管和第二光电倍增管的输出端。

13、通过采用上述技术方案，该微处理器被配置为执行差减算法，实时从所述测量信号中减去所述参比信号，并将差减后的结果作为净特征信号输出。

14、优选的，所述密封模块壳体的外壁设置有多组气路接口，且气路接口分别与氢气进口管、空气进口管和鞘气进口管相互连接，且采用快拧式接头，所述电路接口为多芯航空插头。

15、通过采用上述技术方案，快拧式接头实现气路的快速插拔和密封，多芯航空插头集成电源、信号传输线路，简化用户安装和维护操作，提升使用便捷性。

16、优选的，所述密封模块壳体为金属壳体，所述检测器帽与密封模块壳体的连接处设置有橡胶密封圈。

17、通过采用上述技术方案，金属壳体具备良好的抗干扰和防护性能，橡胶密封圈增强壳体密封性，防止灰尘、湿气进入内部影响组件工作，同时减少外部气流对火焰的干扰。

18、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

19、该一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，通过设置气路系统、燃烧系统、双光束光学检测系统和模块化集成结构的相互配合，采用高纯氮气经鞘气喷嘴形成环形气幕，阻挡燃烧颗粒物污染光学窗口，延长维护周期；恒温燃烧室避免了冷凝物的形成，既保护了仪器，也消除了冷凝物吸附或者解析造成的信号漂移，提升了基线稳定性，分光镜拆分火焰光为测量光束和参比光束，分别捕捉特征信号和背景干扰信号，双微处理器通过信号运算抵消背景噪声和火焰波动影响，提升痕量检测的灵敏度和准确性，能够精准地消除火焰波动、颗粒物散射等引起的共模噪声，特别适用于消除硫化学发光中的“猝灭效应”干扰，和对痕量磷的稳定检测，从“被动滤波”升级为“主动噪声识别与抵消”，检测下限显著降低；同时，模块化设计配合快接接口，简化安装调试流程，利于标准化生产和现场快速部署。

1.一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，包括密封模块壳体（1），其特征在于：所述密封模块壳体（1）的内部包括有气路系统（2）、燃烧系统（3）、光学检测系统（4）和信号处理系统（5），所述密封模块壳体（1）的内部固定连接有检测底座（6），所述检测底座（6）的顶部固定连接有空腔（7），所述密封模块壳体（1）的顶部螺纹安装有检测器帽（8），所述气路系统（2）的外壁固定连接有氢气进口管（9），所述空腔（7）的外壁固定连接有空气进口管（10），所述燃烧系统（3）的外壁固定连接有鞘气进口管（11），所述检测器帽（8）的顶部安装有电路接口（12）。

2.根据权利要求1所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述气路系统（2）包括有固定在空腔（7）的内部的中心样品通道（201），所述中心样品通道（201）的一端固定安装有中心喷嘴（202），所述中心喷嘴（202）的同轴位置套设有鞘气喷嘴（203），形成中心样品通道（201）与环形鞘气通道，且鞘气通道与外接的高纯惰性气体源相连接，且高纯惰性气体为氮气。

3.根据权利要求1所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述燃烧系统（3）的内部包括有固定在空腔（7）顶部的燃烧室（301），且所述燃烧室（301）为金属材质，其壁体设计为夹层结构，形成加热腔，所述燃烧室（301）的加热腔内部设置有加热膜（302），所述加热膜（302）的顶部电性连接有温度传感器（303），所述检测器帽（8）的外壁安装有温控器（304），且温度传感器（303）与温控器（304）通过电路电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述光学检测系统（4）的内部包括有固定在密封模块壳体（1）顶部外壁的观察窗管（401），所述观察窗管（401）的内壁固定有可视窗口（402），所述观察窗管（401）的内部设置有分光镜（403），所述观察窗管（401）的顶部开孔位置安装有第一滤光片（404），所述观察窗管（401）的顶部安装有第一光电倍增管（405），所述观察窗管（401）的底部开孔位置安装有第二滤光片（406），所述观察窗管（401）的顶部安装有第二光电倍增管（407）。

5.根据权利要求4所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述分光镜（403）将火焰发出的光分为两束，第一束光通过第一滤光片（404）后由第一光电倍增管（405）接收，形成测量信号，第二束光通过第二滤光片（406）后由第二光电倍增管接收，形成参比信号。

6.根据权利要求1所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述信号处理系统（5）的内部包括有第一微处理器（501）和第二微处理器（502），所述第一微处理器（501）和第二微处理器（502）分别安装在第一光电倍增管（405）和第二光电倍增管（407）的输出端。

7.根据权利要求1所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述密封模块壳体（1）的外壁设置有多组气路接口，且气路接口分别与氢气进口管（9）、空气进口管（10）和鞘气进口管（11）相互连接，且采用快拧式接头，所述电路接口（12）为多芯航空插头。

8.根据权利要求1所述的一种具有鞘气保护与双光束校正的模块化火焰光度检测器，其特征在于：所述密封模块壳体（1）为金属壳体，所述检测器帽（8）与密封模块壳体（1）的连接处设置有橡胶密封圈。