CN104269340B - 三通道离子源喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型结构的三通道喷头，包括石英管、气体通道、三通接头、电极丝弹性头、进气管锁紧螺头、进气管、电极丝锁紧螺头、高压锁紧螺头、高压导线、高压电极、进液管、进液管锁紧螺头、石英管弹性头、石英管锁紧螺头、电极丝。进气、进液与加高压的部件都布置在三通接头的尾部，在三通接头上互成角度地布设有三个空心螺头，分别为进气管螺头、进液管螺头和电极丝螺头，从三个螺头的中心孔处分别向三通接头内部引入进气管、进液管和电极丝。本发明结构紧凑体积小，主要应用于表面解吸常压化学电离源，尤其适用于小型直接质谱分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子源喷头，特别是一种三通道离子源喷头，主要应用于表面解吸常压化学电离源，尤其适用于小型直接质谱分析。
背景技术
表面解吸常压化学电离(Desorption Atmospheric Pressure ChemicalIonization，DAPCI)质谱技术，已经成功地应用于食品医药卫生、国防安全、公共安全以及质谱成像等诸多领域，在航天航空、环境监测、催化化学、有机合成等领域也有着重要的应用前景。
表面解吸常压化学电离(DAPCI)技术以常压电晕放电产生初级离子作为能荷载体，通过气-固-气或液-固-气三相进行能荷传递，实现固体表面分子的高效电离。因此，适用于常压电晕放电产生初级离子的喷头是DAPCI技术的关键。
然而，目前市场上还没有适用于DAPCI源的喷头，现有的离子源喷头主要用于非DAPCI的质谱分析技术；而实验室里所用的DAPCI源的喷头往往是由不锈钢三通管接头拼装而成，结构受到限制，使用不方便，稳定性不高，严重限制了DAPCI质谱技术的发展。
发明内容
为了克服现有离子源喷头不适用于DAPCI质谱分析，以及实验室拼装的离子源喷头结构受到限制、使用不便、稳定性不高等不足，本发明特提供一种新型结构的离子源喷头，该离子源喷头体积小，使用方便，稳定性高，成本较低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型结构的三通道喷头，包括：
三通接头(3)，具有中心贯通孔和旁路导气孔，所述三通接头包括头部和尾部，所述三通接头的尾部中央具有与所述中心贯通孔相连通的螺纹孔，所述三通接头的尾部侧端具有一个与所述中心贯通孔相连通的侧端螺纹孔和一个与所述旁路导气孔相连通的侧端螺纹孔；
气体通道(2)，中心开设有中心通孔，与所述三通接头(3)的头部通过螺纹相连接；
进气管(6)，插入到与所述旁路导气孔相连通的侧端螺纹孔内；
进液管(11)，插入到与所述中心贯通孔相连通的侧端螺纹孔内；
石英管(1)，从所述三通接头(3)的头部插入到的中心贯通孔内；
石英管弹性头(13)，由弹性材料制成，中央具有通孔，置于所述三通接头(3)与一石英管锁紧螺头(14)之间，所述石英管(1)从所述所述石英管弹性头(13)中间穿过，形状与所述三通接头(3)和所述石英管锁紧螺头(14)相配合；
电极丝(15)，从所述三通接头(3)尾部中央的螺纹孔穿入，经中心贯通孔穿过所述三通接头(3)和所述石英管(1)，从所述气体通道(2)的头部伸出；
电极丝弹性头(4)，由弹性材料制成，中央具有通孔，置于所述三通接头(3)与一电极丝锁紧螺头(7)之间，所述电极丝(15)从所述电极丝弹性头(4)中间穿过，形状与所述三通接头(3)和所述电极丝锁紧螺头(7)相配合；
高压电极(10)，一端与所述电极丝(15)相贴合；
高压导线(9)，一端与所述高压电极(10)连接，通过所述高压电极(10)将高压加在所述电极丝(15)上。
所述三通接头(3)为锥形结构，尾部粗大呈扁平状，所述三通接头(3)还包括三通接头的中部，所述三通接头(3)的中部连接所述三通接头(3)的头部和所述三通接头(3)的尾部，所述三通接头(3)的中部呈圆柱形，所述三通接头(3)的中部的外圆柱面上刻有轴向的线性刻度，便于在安装时观察喷头的位置。
所述三通接头(3)的尾部侧端的两个螺纹孔为对称布置。
还包括电极丝锁紧螺头(7)，所述电极丝锁紧螺头(7)具有贯通孔，其一端通过螺纹连接在所述三通接头(3)的尾部，所述电极丝(15)经贯通孔在所述电极丝锁紧螺头(7)的另一端与所述高压电极(10)贴合。
还包括高压锁紧螺头(8)，所述高压电极(10)设置在所述高压锁紧螺头(8)的内孔中，所述高压导线(9)穿入所述电极丝锁紧螺头的内孔并与所述高压电极(10)连接，所述高压锁紧螺头(8)的一端拧入所述电极丝锁紧螺头(7)使所述高压电极(10)与所述电极丝(15)贴合。
所述气体通道(2)的头部为圆锥形形状。
所述中心贯通孔位于所述三通接头(3)的中心，所述旁路导气孔位于所述三通接头(3)的一侧。。
所述三通接头(3)的中心贯通孔内径大于所述电极丝(15)的外径，两部件间隙为溶剂的通道。
所述石英管(1)内径大于所述电极丝(15)的外径，两部件间隙为溶剂的通道。
所述高压导线(9)与所述高压电极(10)安装在所述电极丝锁紧螺头(7)的尾部。
本发明的有益效果是：(1)该离子源喷头体积小，结构紧凑，主要外接部件(进气与加高压的部件)都位于三通接头尾部，适用于DAPCI源，特别适用于小型直接质谱分析。(2)该离子源使用锥度密封，密封性好，连接稳固，使用方便，当锥度零件材料为PEEK时，可以获得更好的密封性与稳定性。(3)此设计包含有一溶剂通道，可以喷出溶剂(如甲醇、水)，形成较多的初级离子，从而解吸产生更多的样品离子，获得较强的检测信号，提高灵敏度。(4)由于主要部件结构不复杂，生产工艺难度不大，而且组装与拆卸方便，主要部件通用性强，因而成本较低。
附图说明
图1是本发明的总体结构轴测图。
图2是本发明的正视图、俯视图、左视图、右视图。
图3是图2的A-A向剖视图，用以展示各个组成零件的装配结构关系。
图4是本发明的石英管的剖视图，用以展示石英管的结构。
图5是气体通道的主剖视图，用以展示外套的内部结构。
图6是三通接头的主剖视图、正视图、俯视图、轴测图，用以展示三通接头的结构。
图7是电极丝弹性头的主剖视图，用以展示电极丝弹性头的内部结构。
图8是进气管锁紧螺头的主剖视图，用以展示进气管锁紧螺头的内部结构。
图9是电极丝锁紧螺头的主剖视图，用以展示电极丝锁紧螺头的内部结构。
图10是高压锁紧螺头的主剖视图，用以展示高压锁紧螺头的内部结构。
图11是高压电极的主剖视图，用以展示高压电极的内部结构。
图12是石英管锁紧螺头的主剖视图，用以展示石英管锁紧螺头的内部结构。
图中，1—石英管，2—气体通道，3—三通接头，4—电极丝弹性头，5—进气管锁紧螺头，6—进气管，7—电极丝锁紧螺头，8—高压锁紧螺头，9—高压导线，10—高压电极，11—进液管，12—进液管锁紧螺头，13—石英管弹性头，14—石英管锁紧螺头，15—电极丝。
21—螺纹孔，22—内锥面，23—中部气体通道，24—平面。
31—外锥面，32—外螺纹，33—旁路导气孔，34—锥面，35—螺纹孔，36—螺纹孔，37—锥面，38—螺纹孔，39—锥面，310—贯通孔，311—锥面，312—螺纹孔。
41—圆柱面，42—前锥面，43—后锥面，44—贯通孔，45—小孔。
51—锥面，52—外螺纹，53—外摩擦面，54—内孔。
71—螺纹，72—外摩擦面，73—螺纹孔，74—贯通孔，75—内锥面。
81—螺纹，82—外摩擦面，83—贯通孔，84—内孔。
101—前端面，102—后孔，103—后端面。
141—锥面，142—螺纹，143—贯通孔，144－平面。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式，图中相同的结构和功能的器件已用相同的附图标记标出，附图只是用于帮助解释本发明，并不代表本发明范围的限制，同时，附图并未按比例画出。
如图1、2所示，从外观上看，本发明包括一离子源喷头三通接头3，进气、进液与加高压的部件都布置在三通接头3的尾部，在三通接头3上互成角度地布设有三个空心螺头，分别为进气管锁紧螺头5、电极丝锁紧螺头7和进液管锁紧螺头12，从三个螺头的中心孔处分别向三通接头3内部引入进气管6、电极丝15和进液管11。气体通道2安装在三通接头3的头部，石英管1从气体通道2的中心孔中引入三通接头3，石英管1伸出气体通道2头部一段距离，电极丝15伸出石英管1头部一段距离。高压锁紧螺头8安装在电极丝锁紧螺头7的尾部，高压导线9从高压锁紧螺头8的尾部中心孔引入电极丝锁紧螺头7。
如图4所示，石英管1为中空的细管结构，用作溶剂通道。
如图5所示，气体通道2为锥形结构，头部具有锥尖，内开设有一中心通孔，依次为螺纹孔21、内锥面22、中部气体通道23，螺纹孔21用于连接三通接头3，内锥面22用于密封氮气N2；而在气体通道2的外圆柱面上切削有对称的平面24，用于施加旋转扭紧力。
如图6所示，三通接头3为锥形结构。从外观上看，尾部粗大呈扁平状，头部直径较小。头部为用于密封的外锥面31，中间为用于连接的外螺纹32，外柱面上有线性刻度用于指示安装位置。从内部结构看，中间有一贯通中心孔，头部有用于连接的螺纹孔312、用于密封的锥面311，尾部有用于连接的螺纹孔36、用于密封的锥面37；在尾部侧端有用于连接的螺纹孔35、用于密封的锥面34，与贯通中心孔平行的位置有一旁路导气孔33，在头部端面有出口；在尾部另一侧端有用于连接的螺纹孔38、用于密封的锥面39，且与贯通中心孔相通。
如图7所示，电极丝弹性头4为回转体结构，包括圆柱面41，前锥面42，后锥面43，贯通孔44，小孔45。电极弹性头4材料较软，通过结构挤压变形起到密封作用。
如图8所示，进气管锁紧螺头5为锥形结构，从外观上看，包括用于密封的锥面51、用于连接的外螺纹52和便于手拧旋转的外摩擦面53。从内部结构看，中间为一贯通中心孔，其中内孔54的内径比进气管6的外径稍大。进液管锁紧螺头12与进气管锁紧螺头5的结构是一样的。
如图9所示，电极丝锁紧螺头7为回转体结构，从外观上看，包括用于连接的螺纹71和用于手拧旋转的外摩擦面72。从内部结构看，为一贯通中心孔，包括用于连接的螺纹孔73、贯通孔74和内锥面75(用于安装定位电极丝弹性头4的后锥面43)。
如图10所示，高压锁紧螺头8为回转体结构，从外观上看，包括用于连接的螺纹81和用于手拧旋转的外摩擦面82。从内部结构看，为一贯通中心孔，包括贯通孔83和内孔84(用于安装定位高压电极10)。
如图11所示，高压电极10为回转体结构，包括用于压紧接触电极丝15的前端面101、用于焊接高压导线9的后孔102和用于定位的后端面103。
如图12所示，石英管锁紧螺头14为回转体结构，包括锥面141(用于安装定位石英管弹性头13)、用于连接的螺纹142、贯通孔143和用于施加旋转扭紧力的平面144。
如图3所示，电极丝15从三通接头3的尾部穿入中心贯通孔，并从其头部穿出，接着穿入石英管1中。将石英管1穿入石英管弹性头13中，在石英管弹性头12的头部露出一小段长度，约0.5mm，石英管弹性头13的后锥面43插入石英管锁紧螺头14的头部孔锥面141中。将石英管锁紧螺头14拧入三通接头3的头部中心螺纹孔312中，直至将石英管1锁紧。将气体通道2拧紧在三通接头3的头部外螺纹32上，使石英管1露出一段长度，约0.5mm。将电极丝15的另一端从电极丝弹性头4的头部小孔45穿入，从其尾部贯通孔44中穿出。将电极丝弹性头4的尾部插入电极丝锁紧螺头的头部孔中，后锥面43贴紧内锥面75，并将电极丝锁紧螺头7拧入三通接头3的尾部中心螺纹孔36中，拧紧时使电极丝15在石英管1的外面露出一段长度，约0.5mm，电极丝15的另一端在电极丝锁紧螺头7的尾部露出一段长度，约10mm。将高压导线9从高压锁紧螺头8的尾部穿入，从其头部穿出，并焊接在高压电极10尾部的后孔102中，拉动高压导线9，高压电极10即进入到高压锁紧螺头8的头部内孔84中。将高压锁紧螺头8拧入电极丝锁紧螺头7的尾部螺纹孔73中，拧紧的同时高压电极10压紧了电极丝15，形成了高压导线9与电极丝15的导通。进气管6从进气管锁紧螺头5的尾部中心孔中穿过，插入到三通接头3的尾部一侧的螺纹孔35中，拧紧进气管锁紧螺头5，锥面51紧贴在锥面34上，同时内孔54也压紧进气管6，形成了对氮气N2的密封。进液管11从进液管锁紧螺头12的尾部中心孔中穿过，插入到三通接头3的尾部另一侧的进液螺纹孔38中，拧紧进液管螺头12，同理可形成了对溶剂的密封。
按如下步骤安装：(1)电极丝从三通接头的尾部穿入中心贯通孔，并从其头部穿出，接着穿入石英管中。将石英管穿入石英管弹性头中，在石英管弹性头的头部露出一小段长度，石英管弹性头的尾部插入石英管锁紧螺头的头部孔中。(2)将石英管锁紧螺头拧入三通接头的头部中心螺纹孔中，直至将石英管锁紧。将气体通道拧紧在三通接头的头部上，使石英管露出一段长度。(3)将电极丝的另一端从电极丝弹性头的头部穿入，从其尾部穿出。将电极丝弹性头的尾部插入电极丝锁紧螺头的头部孔中，并将电极丝锁紧螺头拧入三通接头的尾部中心螺纹孔中，拧紧时使电极丝在石英管的外面露出一段长度，电极丝的另一端在电极丝锁紧螺头的尾部露出一段长度。(4)将高压导线从高压锁紧螺头的尾部穿入，从其头部穿出，并焊接在高压电极尾部的孔中，拉动高压导线，高压电极即进入到高压锁紧螺头的头部孔中。将高压锁紧螺头拧入电极丝锁紧螺头的尾部螺纹孔中，拧紧的同时高压电极压紧了电极丝，形成了高压导线与电极丝的导通。(5)进气管从进气管螺头的尾部中心孔中穿过，插入到三通接头的尾部一侧的螺纹孔中，拧紧进气管螺头。(6)进液管从进液管螺头的尾部中心孔中穿过，插入到三通接头的尾部另一侧的螺纹孔中，拧紧进液管螺头。
工作时，高压导线上加高压，于是电极丝上也加上了高压，由于电极丝非常细，从而在电极丝的头部附近形成局部高压电场。溶剂(如甲醇、水)从进液管中通入，通过三通接头与电极丝的间隙，从石英管与电极丝的间隙中喷出。同时，高纯度氮气N2从进气管中通入，经过三通接头的旁路导气孔，并通过气体通道与石英管锁紧螺头的间隙，从气体通道与石英管的间隙中喷出。如此形成溶剂的初级离子(如水自由基阳离子)。
三通接头的中心贯通孔与侧端的进液孔是相通的，与石英管一起形成了溶剂的通道。三通接头的中心贯通孔与旁路导气孔不相通，导气孔、气体通道与石英管锁紧螺头之间的间隙、气体通道与石英管之间的间隙共同形成了气体的通道。
三通接头的尾部的中心螺纹孔紧接着一个内锥面，电极丝弹性头的材料较软，拧紧电极丝锁紧螺头时，在内锥面的挤压下电极丝弹性头发生变形，从而形成密封作用，防止溶剂从尾部的中心螺纹孔中泄露。三通接头尾部的侧端螺纹孔紧接着一个内锥面，进气管螺头的头部是一个外锥面，同时进气管螺头的内孔孔径只比进气管的外径稍大，当拧紧进气管螺头时，两个锥面紧紧地贴合在一起，同时进气管螺头的头部内孔面也紧紧地贴合在进气管的外柱面上，从而形成密封作用，防止氮气N2从尾部的侧端螺纹孔中泄露。三通接头尾部的侧端另一个螺纹孔也紧接着一个内锥面，进液管螺头的头部是一个外锥面，同时进液管螺头的内孔孔径只比进液管的外径稍大，当拧紧进液管螺头时，两个锥面紧紧地贴合在一起，同时进液管螺头的头部内孔面也紧紧地贴合在进液管的外柱面上，从而形成密封作用，防止溶剂从尾部的侧端螺纹孔中泄露。
所有的部件都是回转体结构。其中，三通接头为一锥形结构，尾部粗大呈扁平状，头部直径较小，中间的外圆柱面上刻有轴向的线性刻度，便于观察喷头的位置。
值得说明的是，上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种三通道离子源喷头，其特征在于，包括：
三通接头(3)，具有中心贯通孔和旁路导气孔，所述三通接头包括头部和尾部，所述三通接头的尾部中央具有与所述中心贯通孔相连通的螺纹孔，所述三通接头的尾部侧端具有一个与所述中心贯通孔相连通的侧端螺纹孔和一个与所述旁路导气孔相连通的侧端螺纹孔；
气体通道(2)，中心开设有中心通孔，与所述三通接头(3)的头部通过螺纹相连接；
进气管(6)，插入到与所述旁路导气孔相连通的侧端螺纹孔内；
进液管(11)，插入到与所述中心贯通孔相连通的侧端螺纹孔内；
石英管(1)，从所述三通接头(3)的头部插入到的中心贯通孔内；
石英管弹性头(13)，由弹性材料制成，中央具有通孔，置于所述三通接头(3)与一石英管锁紧螺头(14)之间，所述石英管(1)从所述石英管弹性头(13)中间穿过，形状与所述三通接头(3)和所述石英管锁紧螺头(14)相配合；
电极丝(15)，从所述三通接头(3)尾部中央的螺纹孔穿入，经中心贯通孔穿过所述三通接头(3)和所述石英管(1)，从所述气体通道(2)的头部伸出；
电极丝弹性头(4)，由弹性材料制成，中央具有通孔，置于所述三通接头(3)与一电极丝锁紧螺头(7)之间，所述电极丝(15)从所述电极丝弹性头(4)中间穿过，形状与所述三通接头(3)和所述电极丝锁紧螺头(7)相配合；
高压电极(10)，一端与所述电极丝(15)相贴合；
高压导线(9)，一端与所述高压电极(10)连接，通过所述高压电极(10)将高压加在所述电极丝(15)上。
2.根据权利要求1所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述三通接头(3)为锥形结构，尾部粗大呈扁平状，所述三通接头(3)还包括三通接头的中部，所述三通接头(3)的中部连接所述三通接头(3)的头部和所述三通接头(3)的尾部，所述三通接头(3)的中部呈圆柱形，所述三通接头(3)的中部的外圆柱面上刻有轴向的线性刻度，便于在安装时观察喷头的位置。
3.根据权利要求2所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述三通接头(3)的尾部侧端的两个螺纹孔为对称布置。
4.根据权利要求1或2或3所述的三通道离子源喷头，其特征在于，还包括电极丝锁紧螺头(7)，所述电极丝锁紧螺头(7)具有贯通孔，其一端通过螺纹连接在所述三通接头(3)的尾部，所述电极丝(15)经贯通孔在所述电极丝锁紧螺头(7)的另一端与所述高压电极(10)贴合。
5.根据权利要求4所述的三通道离子源喷头，其特征在于，还包括高压锁紧螺头(8)，所述高压电极(10)设置在所述高压锁紧螺头(8)的内孔中，所述高压导线(9)穿入所述电极丝锁紧螺头的内孔并与所述高压电极(10)连接，所述高压锁紧螺头(8)的一端拧入所述电极丝锁紧螺头(7)使所述高压电极(10)与所述电极丝(15)贴合。
6.根据权利要求5所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述气体通道(2)的头部为圆锥形形状。
7.根据权利要求5所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述中心贯通孔位于所述三通接头(3)的中心，所述旁路导气孔位于所述三通接头(3)的一侧。
8.根据权利要求5所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述三通接头(3)的中心贯通孔内径大于所述电极丝(15)的外径，两部件间隙为溶剂的通道。
9.根据权利要求5所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述石英管(1)内径大于所述电极丝(15)的外径，两部件间隙为溶剂的通道。
10.根据权利要求5所述的三通道离子源喷头，其特征在于，所述高压导线(9)与所述高压电极(10)安装在所述电极丝锁紧螺头(7)的尾部。
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