CN105304456A - 一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统 - Google Patents

Abstract

一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，属于质谱仪技术领域。包括真空腔体(1)、上盖(2)、O型圈(3)、端盖(4)、真空规(8)、涡轮分子泵(6)、波纹管(5)、小型复合分子泵(7)；真空腔体(1)水平放置，真空腔体(1)的上部用上盖(2)及O型圈(3)密封，右端用端盖(2)及O型圈(3)密封，底部连接涡轮分子泵(6)及小型复合分子泵(7)，涡轮分子泵(6)和小型复合分子泵(7)间连有波纹管(5)，真空腔体(1)正面连有真空规(8)。优点在于，真空腔体系统结构简单、拆装方便，可以快速的实现质谱仪所需求的高真空。

Description

一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统

技术领域

本发明属于质谱仪技术领域，具体涉及一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统。

背景技术

质谱是利用电场、磁场或电磁场分离并检测具有不同质荷比离子的一种分析仪器。不同的质谱可用于检测有机、无机、生物等具有不同形态和性质的样品。尽管类型有所不同，总的来说，质谱仪的基本组成包括以下几部分：离子源、离子传输系统，质量分析器、检测采集系统和真空系统。质谱相较于光谱，色谱等科学仪器，具有更好的灵敏度和检出限。而为了实现其优越的仪器性能，良好的真空是必不可少的前提条件之一。

离子一般产生于质谱前端的离子源。在离开离子源，进入到质谱检测系统，最终到达检测器的这一过程中，离子要在电场、磁场或电磁场中飞行一定的时间和空间。如果在这些时间和空间中存在大量的气体，也就是真空条件不好的情况下，离子必然会和气体分子碰撞而损失大量的动能。动能的改变会影响：1.离子平均自由程。微粒的平均自由程是指，在一定的条件下，微粒与其他微粒碰撞所通过的平均距离。离子被质谱仪分离的前提条件之一为，离子的平均自由行程必须大于离子源到检测器的飞行路程。动能部分或完全损失的离子，很有可能将无法达到检测器，导致仪器灵敏度的大大降低；2.离子的运动速率和运动轨迹。两者的改变会导致谱图变形，影响质谱仪的分辨率及测量的准确性。因此，为了减少离子与背景气体的碰撞，必须保持质谱检测系统内部良好的真空，使背景气体分子数量尽量减少。此外，用于分离离子的电场经常会使用到高压射频技术，而用于检测离子的信号放大系统也需要用到高压。如果这两部分的高压曝露于大气或者低真空状态，必然导致系统内部放电，严重干扰到离子的分离和检测，同时将产生非常高的电子噪声。检测器的寿命也会因此大大的降低，变相的提高了仪器的使用成本。

因此，真空系统是质谱仪器必不可少的核心组成部分之一。要快速的实现系统高真空，必须保证真空腔良好的密封性和极低的漏气率，这需要把握好两方面的问题。一是装置的密封条件要好。在此基础上，合理的使用机械泵和分子泵的组合，将装置内的气体抽走。这对加工条件和生产工艺都有较高的要求。此外，实现真空的速度和真空度的维持，很大程度上受到材料的放气量的影响。因此，也要选择合适的材料，把材料放气量对真空度的影响降至最低。

传统的质谱真空系统，例如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，采用两个机械泵(油泵)和两个分子泵组成的真空系统。其中一台油泵用于实现接口部分的真空，只在进样的时候启动。另一台油泵用于提供质量分析系统的前级真空，它和两个分子泵相连接，用于实现腔体部分的高真空。真空腔体使用不锈钢材料焊接而成。这种结构容易出现抽高真空速度慢、一段时间后真空度不足等问题。主要原因有：1.焊接的腔体，由于加工条件和工艺水平有限，密封性和漏气率均无法完全达到预期的要求，限制了高真空的快速实现；2.不锈钢作为真空腔体的材料，一次成型造价非常高，而且腔体质量特别重；所以一般采用焊接成型。焊后，焊缝处的放气量很难控制，导致在腔体在使用工程中，真空度不稳定；3接口单独配置前级机械泵，导致上位机难以统一调控接口和分析器部分的真空，而且增加了噪声污染及仪器成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，克服了上述：限制了高真空的快速实现、腔体质量特别重、焊缝处的放气量很难控制、真空度不稳定、噪声污染及仪器成本高等缺陷。本发明采用了一套非焊接，而通过一次加工成型的腔体；采用了漏气率较低的铝材作为腔体材料；采用了使用一种应用小型复合分子泵的高效抽真空系统，保证质谱仪能够快速的达到其工作所需求的高真空.

本发明包括真空腔体1、上盖2、O型圈3、端盖4、真空规8、涡轮分子泵6、波纹管5、小型复合分子泵7等组件。真空腔体1水平放置，上部用上盖2及O型圈3密封，右端用端盖2及O型圈3密封，底部连接涡轮分子泵6及小型复合分子泵7，涡轮分子泵6和小型复合分子泵7间连有波纹管5，真空腔体1正面连有真空规8。

本发明解决技术难题的创新点如下：

1、一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，通过两个分子泵连接，两个分子泵间用一波纹管连接；

2、所述真空腔体采用一次性成型工艺。

3、所述真空腔体连接1个真空规，用于检测、监测真空腔体的真空度；

4、所述真空腔体一端用端盖密封，上部用上盖密封，端盖及上盖与腔体连接部分均设有O型圈；

5、所述真空腔体内采用高精度的表面粗糙度，Ra值均达到0.8；

6、所述真空腔体使用航空铝材料；

7、本发明的一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，采用复合小型分子泵和涡轮分子泵来快速的实现真空腔体的高真空。

8、整个真空腔体系统的结构简单、拆装方便，同时采用小型复合分子泵，既能保证质谱仪所需求的高真空，也能降低成本。

附图说明

图1应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统结构示意图。

图2应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统结构示意图(隐藏了上盖)。

图中，真空腔体1、上盖2、O型圈3、端盖4、波纹管5、涡轮分子泵6、小型复合分子泵7、真空规8。

具体实施方式

本发明包括真空腔体1、上盖2、O型圈3、端盖4、真空规8、涡轮分子泵6、波纹管5、小型复合分子泵7等组件。

如图1、图2结构示意图所示，对本发明的具体实施方式进行详细的介绍。

1.本发明的一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，其真空腔体与上盖、端盖连接，中间设有O型圈，保证腔体密封。

2.真空腔体连接两个分子泵，两个分子泵间用波纹管连接，通过涡轮分子泵及小型复合分子泵作用，实现质谱仪实验所需的高真空。

3.真空腔体连接1个真空规，用于检测、监测腔体内高真空。

4.真空腔体内采用高精度的表面粗糙度，减少了材料表面气体吸附性对高真空的影响，

5.真空腔体、上盖材料型号为航空铝材质，大大减轻了整个系统质量，同时良好的力学性能又能保证高压差下腔体强度要求。

本发明的真空腔体系统结构简单、拆装方便，可以快速的实现质谱仪实验所需求的高真空，大大降低了因为真空度不足而导致的离子运动速率变化对质谱仪分辨率、准确度的影响。

Claims (4)

1.一种应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，其特征在于，包括真空腔体(1)、上盖(2)、O型圈(3)、端盖(4)、真空规(8)、涡轮分子泵(6)、波纹管(5)、小型复合分子泵(7)；真空腔体(1)水平放置，真空腔体(1)的上部用上盖(2)及O型圈(3)密封，右端用端盖(2)及O型圈(3)密封，底部连接涡轮分子泵(6)及小型复合分子泵(7)，涡轮分子泵(6)和小型复合分子泵(7)间连有波纹管(5)，真空腔体(1)正面连有真空规(8)；

所述的真空腔体(1)采用一次性成型工艺。

2.根据权利要求1所述的应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，其特征在于，所述的真空腔体(1)连接一个真空规(8)，用于检测、监测真空腔体的真空度。

3.根据权利要求1所述的应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，其特征在于，所述的真空腔体内采用高精度的表面粗糙度Ra值均达到0.8。

4.根据权利要求1所述的应用小型复合分子泵的质谱仪真空腔体系统，其特征在于，所述的真空腔体使用航空铝材料制造。