CN104455506B - 一种真空闸板阀、质谱分析仪器以及质谱分析换样中建立高真空环境的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于质谱仪器的真空闸板阀，包括阀座以及阀芯；在所述阀座与阀芯之间设置有一密封环；所述阀芯上设置有挤压机构，用于使阀芯压紧所述密封环；还公开了一种质谱分析仪器，包括离子源腔以及与其相连通的分析室，在所述离子源腔与分析室的连通通道上设置有如前所述的真空闸板阀；以及公开了一种质谱分析换样中建立高真空环境的方法，包括：通过真空闸板阀关闭离子源腔以及分析室的连通通道；打开离子源腔进行换样；换样结束后对离子源腔预抽真空；打开真空闸板阀连通离子源腔和分析室，抽真空。本发明的装置及方法，在实现更换样品后能够快速建立质谱仪检测所需真空，并且密封效果好，换样效率高。

Description

一种真空闸板阀、质谱分析仪器以及质谱分析换样中建立高 真空环境的方法

技术领域

本发明涉及质谱分析领域，尤其涉及一种真空闸板阀、质谱分析仪器以及质谱分析换样中建立高真空环境的方法。

背景技术

质谱仪器一般由离子源、离子传输系统和质量分析系统等部分组成。工作时，离子源、离子传输系统和质量分析系统要求真空度较高，以保证样品电离效率、离子传输效率与分辨能力。更换样品时，离子源部分需要暴露于大气中，使整个系统压强频繁在大气压与高真空之间变化。换样前，需要关闭质谱仪真空系统，并向整个系统缓慢充气；换样后，重新开启质谱仪真空泵组。一般需要数小时才能建立检测所要求的真空环境，严重制约质谱仪分析效率。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，实现换样后质谱仪能够快速建立检测所需真空，本发明提供了一种用于质谱仪器的真空闸板阀、质谱分析仪器以及质谱分析换样中建立高真空环境的方法。

为了实现上述目的，本发明的一种真空闸板阀，包括阀座以及安装于阀座内腔的阀芯；所述阀座设置有贯通的阀座通孔，所述阀芯设置有阀芯通孔，阀芯能够在阀座内腔直线往复运动以实现阀芯通孔与阀座通孔之间的连通与关闭；在所述阀座与阀芯之间设置有一密封环，该密封环同轴设置在所述阀座通孔的径向外侧；所述阀芯上设置有挤压机构，用于在阀芯通孔与阀座通孔之间关闭后使阀芯压紧所述密封环。

所述阀芯包括动阀板以及与动阀板叠放设置并可相对移动的板状滑座；所述挤压机构包括在所述滑座靠近动阀板的侧端面上设置的朝向动阀板的圆滑凸起部，以及所述动阀板靠近滑座的侧端面上设置的与所述凸起部相对应的凹陷部；所述密封环靠近所述动阀板远离滑座的侧端面。

所述滑座上设置有滚子安装孔以及安装于滚子安装孔内的圆柱体或球体的滚子，该滚子凸出于所述滑座靠近动阀板的侧端面，其凸出的部分为所述凸起部。

所述滑座远离动阀板的侧端面与位于所述阀座内腔的内壁上的滚子轨面相靠近，所述滚子凸出于所述滑座远离动阀板的侧端面，并且顶在所述滚子轨面上。

所述动阀板在压紧所述密封环时其顶端面顶在所述阀座的内腔的内壁上，该顶端面靠近密封环的一侧沿密封环径向向外倾斜；所述阀座的内腔的内壁上设置有与该顶端面相配合的倾斜面。

所述阀芯上设置有回复机构，用于在阀芯通孔与阀座通孔之间连通之前使阀芯松开所述密封环。

所述回复机构包括连接动阀板和滑座的弹性构件。

所述阀座包括相互扣合的固定板以及具有凹陷腔体的导向座，在所述固定板与所述导向座的扣合部设置有密封圈；所述阀座通孔穿过所述固定板和所述导向座。

本发明还提供一种质谱分析仪器，包括离子源腔以及与其相连通的分析室，在所述离子源腔与分析室的连通通道上设置有如前所述的真空闸板阀。

本发明还提供一种质谱分析换样中建立高真空环境的方法，该方法使用如前所述的质谱分析仪器，包括以下步骤：

(1)通过真空闸板阀关闭离子源腔以及分析室的连通通道；

(2)打开离子源腔进行换样；

(3)换样结束后对离子源腔预抽真空；

(4)打开真空闸板阀连通离子源腔和分析室，抽真空直至真空度符合分析要求。

采用上述技术方案，本发明的真空闸板阀、质谱分析仪器以及质谱分析换样中建立高真空环境的方法，具有以下有益效果：

1、真空闸板阀通过挤压机构使阀芯施加压力压紧密封环，从而达到极好的密封效果，结构简单，易于操作；

2、本发明的质谱分析仪器，在更换样品时可以利用真空闸板阀隔断离子源腔与分析室，使分析室在换样过程中保持高真空环境，完成换样后对离子源腔快速预抽真空，达到预抽真空度后打开闸板阀，利用分析器部分的分子泵或其他设备继续抽真空，待真空稳定到分析要求后即可进行质谱分析，从而建立高真空的环境。该结构与方法明显减小换样时暴露于大气的腔室容积，显著缩减更换样品时质谱仪器重新建立真空的时间，从而提高测试效率。

附图说明

图1为本发明中真空闸板阀的分解结构示意图；

图2为本发明中动阀板的结构示意图；

图3为本发明中滑座的结构示意图；

图4为本发明中弹簧销的结构示意图；

图5为本发明中拉杆的结构示意图；

图6为本发明中导向座的结构示意图；

图7为本发明中固定板的结构示意图；

图8为本发明中动阀板和滑座的安装结构立体图；

图9为本发明中动阀板和滑座安装状态一的剖视图；

图10为本发明中动阀板和滑座安装状态二的剖视图；

图11为本发明中真空闸板阀状态一的剖视图；

图12为本发明中真空闸板阀状态二的剖视图；

图13为本发明中真空闸板阀状态三的剖视图；

图14为本发明中离子源腔与分析室的连通结构示意图。

图中：1、固定板；2、密封圈；3、动阀板；4、导向座；5、圆柱滚子；6、滑座；7、弹簧销；8、拉杆；9、拉簧；10、真空闸板阀；1-1、固定板通孔；1-2、密封环槽；1-3、密封圈槽；1-4、安装孔；3-1、顶端面；3-2、动阀板通孔；3-3、拉簧让位槽；3-4、螺纹孔；3-5、滚子让位槽；3-6、拉杆让位槽；4-1、安装螺纹孔；4-2、导向座通孔；4-3、导向槽；4-4、滚子轨面；4-5、让位槽；4-6、定位孔；4-7、安装孔；4-8、拉杆孔；6-1、滑座通孔；6-2、滚子座孔；6-3、销槽；6-4、弹簧过孔；6-5、T型槽；7-1、弹簧定位槽；8-1、让位面；8-2、拉杆头；8-3、拉杆轴；10-1、离子源腔；10-2、分析室；10-3、连通通道。

具体实施方式

本发明针对现有质谱分析仪器更换样品后，需要重新对整套设备抽真空耗时低效的缺陷，将质谱分析仪器的离子源腔和分析室之间通道设置真空闸板阀。换样时隔离分析室内空间，只将离子源腔开放，从而保持分析室内真空环境不变。换样后对离子源腔进行抽真空，与原来整体抽真空相比用时大大缩减，效率得到有效提升。

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种真空闸板阀，如图1、6所示，包括由固定板1与具有凹陷腔体的导向座4相互扣合而成的阀座、由动阀板3以及与动阀板3叠放设置并可相对移动的板状滑座6组成的阀芯。所述导向座4的凹陷腔体包括导向槽4-3，阀芯安装在所述导向槽4-3内。

所述阀座设置有贯通的阀座通孔，参见图6、7，所述阀座通孔包括穿过所述固定板1的固定板通孔1-1和穿过所述导向座4的导向座通孔4-2；所述阀芯设置有阀芯通孔，所述阀芯通孔包括穿过动阀板3的动阀板通孔3-2和穿过滑座6的滑座通孔6-1。

在所述阀芯下端设置有拉杆8，通过拉杆8的拉动，阀芯能够在阀座内腔直线往复运动。当拉杆8向下拉动阀芯，阀芯向下运动直至阀芯通孔与阀座通孔相连通，此时真空闸板阀的两侧空间相连通；当向上推动拉杆8，使阀芯通孔向上远离阀座通孔直至二者相互错开以关闭，则此时真空闸板阀的两侧空间相隔离。

在所述阀座与阀芯之间设置有一密封环2，在所述固定板1的内侧面上设置有密封环安装槽1-2，该密封环安装槽1-2同轴开设在所述固定板通孔1-1的径向外侧，所述密封环2安装在所述密封环安装槽1-2内，随着所述动阀板3靠近所述固定板1的内侧面，动阀板3能够压紧该密封环2，从而实现密封。

所述阀芯上设置有挤压机构，用于在阀芯通孔与阀座通孔之间关闭后使阀芯压紧所述密封环。该压紧机构包括在所述滑座6靠近动阀板3的侧端面上设置的朝向动阀板3的圆滑凸起部，以及所述动阀板3靠近滑座6的侧端面上设置的与所述凸起部相对应的凹陷部。所述密封环2靠近所述动阀板3远离滑座6的侧端面。

当然，作为挤压机构的另一种实施例，也可以是包括在所述动阀板3靠近滑座6的侧端面上设置的朝向滑座6的圆滑凸起部，以及所述滑座6靠近动阀板3的侧端面上设置的与所述凸起部相对应的凹陷部。另外，所述凸起部除了为圆滑结构，也可以为光滑的楔形面结构。

如图8～10所示所述滑座6上设置有滚子安装孔6-2以及安装于滚子安装孔6-2内的圆柱体的滚子5。该滚子5凸出于所述滑座6靠近动阀板3的侧端面，其凸出的部分为所述凸起部。同时，如图2所示，所述凹陷部为滚子让位槽3-5。

当然，所述滚子5也可以为球体形。本实施例中滚子安装孔6-2内平行并列设置了两个滚子5，当然根据具体情况的需要，也可以选择设置1个或3个以上的滚子5。

由于动阀板3与滑座6之间能够发生相对滑动，当二者之间处于某一相对位置，使得所述凸起部陷入所述凹陷部时，推动所述滑座6使其能够相对于动阀板3向上移动，则圆滑的凸起部在凹陷部内滑出或滚出，从而使凸起部顶在所述动阀板3的侧端面上，即在横向上给动阀板3一个朝向远离滑座6方向的力。由于密封环2靠近所述动阀板3远离滑座6的侧端面，则通过该力刚好使动阀板3压紧密封环2。

所述滑座6远离动阀板3的侧端面靠近于位于所述阀座内腔的内壁上的滚子轨面，即导向槽4-3槽底部的滚子轨面4-4，所述滚子安装孔6-2为通孔，滚子5凸出于所述滑座6远离动阀板3的侧端面，并且顶在所述滚子轨面4-4上，参见图11～13。当滑座6在导向槽4-3内上下移动时，滚子5的右端顶在所述滚子轨面4-4上，并随着滑座6的移动而在滚子轨面4-4上滚动，同时滚子5的左端顶住动阀板3的侧端面或凹陷部，从而对动阀板3施加横向压力的为滚子5以及支撑滚子5的滚子轨面4-4，而滑座6起到一个控制滚子上下移动的作用。

如图2、图3、图5及图8所示，所述拉杆8包括一柱状拉杆轴8-3以及位于拉杆轴8-3端部的拉杆头8-2，所述滑座6底部开设有T型槽6-5，拉杆8安装于滑座6底部，拉杆头8-2卡在所述T型槽6-5内。所述动阀板3底部开设有拉杆让位槽3-6，拉杆头8-2在插接到T型槽6-5内后能够进入所述拉杆让位槽3-6。

所述动阀板3在压紧所述密封环2时其顶端面3-1顶在所述阀座的内腔的内壁(导向座4所设导向槽4-3的内侧壁)上，该顶端面3-1靠近密封环2的一侧沿密封环2径向向外倾斜；所述阀座的内腔的内壁上设置有与该顶端面3-1相配合的倾斜面，参见图11～13。

图11为阀座通孔与阀芯通孔处于贯通状态的剖视图。如图11所示，此时滚子5位于动阀板3的滚子让位槽3-5内，动阀板3与固定板1之间的间隙较大，从而动阀板3与密封环2之间存有较小的相互作用力或相互分离不存在彼此的作用力，真空闸板阀两侧空间处于连通状态，无需密封。

如图12所示，推动拉杆8向上移动阀芯，使动阀板3的顶端面运动至导向槽4-3的上端。此时滚子5仍然位于动阀板3的滚子让位槽3-5内，动阀板3与固定板1之间的间隙大小未发生变化，动阀板3与密封环2之间还是存有较小的相互作用力或相互分离不存在彼此的作用力。

此时继续向上推动拉杆8，滚子5向外滑出或滚出动阀板3的滚子让位槽3-5，从而在横向上给动阀板3一个向左的力，动阀板3受到此力后向左移动，从而压紧密封环2，参见图13。由于此过程中动阀板3要向左移动，且其顶端面3-1与导向槽4-3内部接触，因此为避免二者之间产生过大摩擦力影响动阀板3的移动，将该顶端面3-1设置成为倾斜状，并且该顶端面3-1靠近密封环2的一侧沿密封环2径向向外倾斜，同时所述导向槽4-3内部设置有与该顶端面3-1相配合的倾斜面，从而在动阀板3向左的移动中不产生摩擦力。

所述阀芯上还设置有回复机构，用于在阀芯通孔与阀座通孔之间连通之前使阀芯松开所述密封环。

所述回复机构包括连接动阀板3和滑座6的弹性构件。该弹性构件包括两个拉簧9，所述滑座6远离动阀板3的侧端面上开设有销槽6-3，一柱状的弹簧销7安装在所述销槽6-3内，弹簧销7的两端设置有弹簧定位槽7-1，两个拉簧9分别一端对应勾在弹簧定位销7-1上，另一端对应通过螺丝连接在动阀板3上的螺纹孔3-4，该螺纹孔3-4位于动阀板3上开设的拉簧让位槽3-3内侧。

在所述滑座上，还开设有两个用于弹簧穿过的弹簧过孔6-4。

当真空闸板阀处于如图13所示状态时，向下拉动拉杆8，由于滚子5一直处于挤压动阀板3的状态，因此动阀板3此时收到密封圈2较大的摩擦，使得拉动拉杆8时滑座6向下移动，但动阀板3不动。当继续拉动拉杆8，直至滚子5运动至动阀板3的滚子让位槽3-5位置时，滚子5不再挤压动阀板3，动阀板3受到拉簧9的拉力作用以及密封圈2的推力作用从而靠近滑座6，从而达到如图12所示的状态。此时动阀板3与密封圈2之间没有作用力或相互作用力较小，继续拉动拉杆8时，动阀板3与滑座6同时向下运动，直至运动至如图11所示的状态，真空闸板阀两侧空间连通。

为了使阀座能够达到良好的密封效果，在所述固定板1与所述导向座4的扣合部设置有密封圈(图中未示出)，该密封圈安装在所述固定板1上设置的密封圈槽1-3内。

在所述导向座4的导向槽4-3槽底，还设置有让位槽4-5，该让位槽4-5用于为拉杆头8-2的让位面8-1让位，避免对拉杆头8-2构成阻挡。同时，所述导向座4底部还开设有拉杆孔4-8，用于在装配时安装所述拉杆8。

所述固定板1与所述导向座4之间通过螺栓(图中未示出)固定。

本发明还提供一种质谱分析仪器，如图14所示，包括离子源腔10-1以及与其相连通的分析室10-2，在所述离子源腔10-1与分析室10-2的连通通道10-3上设置有如前所述的真空闸板阀10。

同时本发明还提供一种基于上述质谱分析仪器的质谱分析换样中建立高真空环境的方法，包括以下步骤：

(1)通过真空闸板阀关闭离子源腔以及分析室的连通通道；

(2)打开离子源腔进行换样；

(3)换样结束后对离子源腔预抽真空；

(4)打开真空闸板阀连通离子源腔和分析室，抽真空直至真空度符合分析要求。

通过本发明的装置及方法，在更换样品时可以利用真空闸板阀隔断离子源腔与分析室，使分析室在换样过程中保持高真空环境，完成换样后对样品室快速预抽真空，达到预抽真空度后打开闸板阀，利用分析器部分的分子泵或其他设备继续抽真空，待真空稳定到分析要求后即可进行质谱分析，从而建立高真空的环境。该结构与方法明显减小换样时暴露于大气的腔室容积，显著缩减更换样品时质谱仪器重新建立真空的时间，从而提高测试效率。

Claims (9)

1.一种真空闸板阀，其特征在于：包括阀座以及安装于阀座内腔的阀芯；所述阀座包括相互扣合的固定板以及具有凹陷腔体的导向座，在所述固定板与所述导向座的扣合部设置有密封圈；所述阀座通孔穿过所述固定板和所述导向座；所述阀座设置有贯通的阀座通孔，所述阀芯设置有阀芯通孔，阀芯能够在阀座内腔直线往复运动以实现阀芯通孔与阀座通孔之间的连通与关闭；在所述阀座与阀芯之间设置有一密封环，在所述固定板的内侧面上设置有密封环安装槽，该密封环同轴设置在所述阀座通孔的径向外侧；所述阀芯包括动阀板以及与动阀板叠放设置并可相对移动的板状滑座，所述阀芯上设置有挤压机构，所述挤压机构包括在所述滑座靠近动阀板的侧端面上设置的朝向动阀板的圆滑凸起部，以及所述动阀板靠近滑座的侧端面上设置的与所述凸起部相对应的凹陷部，用于在阀芯通孔与阀座通孔之间关闭后使阀芯压紧所述密封环。

2.如权利要求1所述的真空闸板阀，其特征在于：所述密封环靠近所述动阀板远离滑座的侧端面。

3.如权利要求2所述的真空闸板阀，其特征在于：所述滑座上设置有滚子安装孔以及安装于滚子安装孔内的圆柱体或球体的滚子，该滚子凸出于所述滑座靠近动阀板的侧端面，其凸出的部分为所述凸起部。

4.如权利要求3所述的真空闸板阀，其特征在于：所述滑座远离动阀板的侧端面与位于所述阀座内腔的内壁上的滚子轨面相靠近，所述滚子凸出于所述滑座远离动阀板的侧端面，并且顶在所述滚子轨面上。

5.如权利要求2所述的真空闸板阀，其特征在于：所述动阀板在压紧所述密封环时其顶端面顶在所述阀座的内腔的内壁上，该顶端面靠近密封环的一侧沿密封环径向向外倾斜；所述阀座的内腔的内壁上设置有与该顶端面相配合的倾斜面。

6.如权利要求2所述的真空闸板阀，其特征在于：所述阀芯上设置有回复机构，用于在阀芯通孔与阀座通孔之间连通之前使阀芯松开所述密封环。

7.如权利要求6所述的真空闸板阀，其特征在于：所述回复机构包括连接动阀板和滑座的弹性构件。

8.一种质谱分析仪器，包括离子源腔以及与其相连通的分析室，其特征在于：在所述离子源腔与分析室的连通通道上设置有如权利要求1～7任一项所述的真空闸板阀。

9.一种质谱分析换样中建立高真空环境的方法，该方法使用如权利要求8所述的质谱分析仪器，包括以下步骤：

(1)通过真空闸板阀关闭离子源腔以及分析室的连通通道；

(2)打开离子源腔进行换样；

(3)换样结束后对离子源腔预抽真空；

(4)打开真空闸板阀连通离子源腔和分析室，抽真空直至真空度符合分析要求。