CN111033684B - 冷却装置和包括该冷却装置的仪器 - Google Patents

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Abstract

本文描述的某些配置为包括被动冷却装置的仪器，该被动冷却装置部分地包括被配置为热耦合至待冷却仪器的部件的回路型热虹吸管。在一些情况下，冷却装置可以冷却仪器的晶体管、晶体管对、接口或其他部件。

Description

冷却装置和包括该冷却装置的仪器
优先权申请
本申请与2017年3月29日提交的美国临时申请第62/478,348号相关并要求其优先权和权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及冷却装置和包括该冷却装置的仪器。更具体地，本文描述的某些配置涉及一种包括被动冷却装置的仪器，该被动冷却装置部分地包括被配置为热耦合至待冷却仪器的部件的回路型热虹吸管。
背景技术
在化学分析和临床分析中使用仪器来鉴定混合物中存在的分析物组分。仪器通常包括一个或多个可以检测分析物组分的检测器。
发明内容
以下更详细地描述了冷却装置和包括冷却装置的仪器的某些示例性配置。尽管并未描述所有可能的仪器类型，但是例如包括待冷却的一个或多个部件的化学分析仪器和/或临床仪器可以与本文所述的被动冷却装置一起使用。
在一个方面，一种仪器包括分析物引入阶段。在其他情况下，仪器还可以包括分析物制备阶段和分析物检测阶段中的一个或多个。例如，该仪器可以包括分析物制备阶段，该分析物制备阶段流体联接至分析物引入阶段并且被配置为从分析物引入阶段接收分析物。该仪器可以包括分析物检测阶段，该分析物检测阶段流体联接至分析物制备阶段并且被配置为从分析物制备阶段接收分析物，其中分析物引入阶段、分析物制备阶段和分析物检测阶段中的至少一个包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管热耦合至分析物引入阶段、分析物制备阶段和分析物检测阶段的一个中的部件。
在某些配置中，分析物引入阶段包括喷雾器、喷射器和雾化器中的一种。在其他情况下，分析物制备阶段包括等离子体、火焰、电弧和火花中的一种。在一些实施方案中，分析物制备阶段包括炬、感应装置和电耦合至感应装置的射频发生器，其中炬被配置为接收感应装置的一部分并将射频能量提供到炬的一部分内以维持炬的该部分中的等离子体，其中回路型热虹吸管热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对。在其他实施例中，分析物检测阶段包括流体联接至检测器的质量分析器。在某些情况下，该仪器包括在分析物制备阶段和质量分析器之间的接口，其中该接口热耦合至回路型热虹吸管。在一些实施例中，该仪器包括在分析物制备阶段和质量分析器之间的接口，其中回路型热虹吸管与该接口成一体。在其他实施例中，回路型热虹吸管通过第一板和第二板热耦合至接口。在某些实施例中，第二板包括用于接收回路型热虹吸管的蒸发器回路的凹槽，并且第一板联接至第二板以将蒸发器回路夹在第一板和第二板之间，其中第二板联接至接口。
在一些实施方案中，仪器进一步包括热耦合至分析物引入阶段、分析物制备阶段和分析物检测阶段中的至少一个的第二回路型热虹吸管，其中回路型热虹吸管相比于第二回路型热虹吸管热耦合至不同的阶段。在某些实施例中，分析物制备阶段包括炬、感应装置和电耦合至感应装置的射频发生器，其中炬被配置为接收感应装置的一部分并将射频能量提供到炬的一部分内以维持炬的该部分中的等离子体，其中回路型热虹吸管热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对，并且其中第二回路型热虹吸管热耦合至存在于分析物检测阶段中的泵。在某些情况下，分析物制备阶段包括炬、感应装置和电耦合至感应装置的射频发生器，其中炬被配置为接收感应装置的一部分并将射频能量提供到炬的一部分内以维持炬的该部分中的等离子体，其中回路型热虹吸管热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对，并且其中第二回路型热虹吸管热耦合至存在于炬和分析物检测阶段之间的接口。在某些实施例中，第二回路型热虹吸管通过第一板和第二板热耦合至接口。在进一步的实施方案中，第二板包括用于接收回路型热虹吸管的蒸发器回路的凹槽，并且第一板联接至第二板以将蒸发器回路夹在第一板和第二板之间，其中第二板联接至接口。在一些配置中，分析物引入阶段包括喷雾器，分析物制备阶段包括炬、感应装置和电耦合至感应装置的射频发生器，其中炬被配置为接收感应装置的一部分并将射频能量提供到炬的一部分内以维持炬的该部分中的等离子体，其中回路型热虹吸管热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对，其中喷雾器流体联接至炬，其中分析物检测阶段包括质谱仪，其中质谱仪流体联接至炬，并且其中第二回路型热虹吸管热耦合至存在于质谱仪中的泵。
在其他配置中，仪器进一步包括热耦合至分析物引入阶段、分析物制备阶段和分析物检测阶段中的至少一个的第三回路型热虹吸管。在一些实施方案中，第三回路型热虹吸管与第一回路型热虹吸管或第二回路型热虹吸管一样热耦合至同一阶段。在某些实施例中，第二回路型热虹吸管通过第一板和第二板热耦合至接口。在一些情况下，分析物引入阶段包括喷雾器，分析物制备阶段包括炬、感应装置和电耦合至感应装置的射频发生器，其中炬被配置为接收感应装置的一部分并将射频能量提供到炬的一部分内以维持炬的该部分中的等离子体，其中回路型热虹吸管热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对，其中喷雾器流体联接至炬，其中分析物检测阶段包括质谱仪，其中质谱仪流体联接至炬，并且其中第二回路型热虹吸管热耦合至存在于质谱仪中的泵。在其他实施例中，分析物引入阶段包括喷雾器，分析物制备阶段包括炬、感应装置和电耦合至感应装置的射频发生器，其中炬被配置为接收感应装置的一部分并将射频能量提供到炬的一部分内以维持炬的该部分中的等离子体，其中回路型热虹吸管热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对，其中喷雾器流体联接至炬，其中分析物检测阶段包括质谱仪，其中质谱仪通过接口流体联接至炬，其中第二回路型热虹吸管热耦合至存在于质谱仪中的泵，并且其中第三回路型热虹吸管热耦合至接口。
在另一方面，一种仪器包括热耦合至被动冷却装置的接口。例如，该仪器可以包括被配置为维持雾化源的雾化装置。该仪器还可以包括感应装置，该感应装置被配置为接收雾化装置的一部分，以将射频能量提供到雾化装置的接收部分内。该仪器可以包括电耦合至感应装置的射频发生器。该仪器还可以包括流体联接至雾化装置的接口，其中该接口热耦合至被动冷却装置。该仪器可以进一步包括流体联接至接口的检测器。
在某些配置中，仪器不包括被配置为冷却接口的冷却器。在其他配置中，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管。在一些实施例中，回路型热虹吸管包括闭合回路热管。在某些情况下，回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施例中，冷凝器被定位在包括雾化装置和接口的壳体的外部。在其他实施例中，蒸发器通过至少一个板联接至接口。在一些实施方案中，被动冷却装置进一步热耦合至射频发生器的晶体管并且被配置为同时冷却接口和晶体管。
在其他实施方案中，仪器包括热耦合至射频发生器的晶体管的第二被动冷却装置。在某些情况下，第二被动冷却装置被配置为第二回路型热虹吸管。在其他实施例中，第二回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施方案中，被动冷却装置被进一步配置为向接口提供热量以对接口预加热。在其他实施方案中，被动冷却装置包括被配置为将蒸发器夹在接口上的板，以增加冷却装置的蒸发器回路与接口之间的表面区域接触。在某些情况下，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管，其中蒸发器回路被夹在板和第二板之间，第二板包括用于接收蒸发器回路的凹槽，其中第二板联接至接口，并且其中蒸发器回路、板和第二板通过焊点彼此联接。在其他实施方案中，雾化装置被配置为维持感应耦合的等离子体。在一些实施例中，感应装置包括感应线圈，该感应线圈包括至少一个径向翅片。在其他实施例中，检测器是质谱仪。在一些实施例中，检测器是光学检测器。在其他实施例中，雾化装置被配置为维持火焰。在一些配置中，雾化装置被配置为维持感应耦合的等离子体，感应装置包括感应线圈，感应线圈包括至少一个径向翅片，并且被动冷却装置包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器，其中回路型热虹吸管的蒸发器热耦合至接口。
在另一方面，一种仪器包括接口，该接口包括一体的被动冷却装置。例如，该仪器可以包括：雾化装置，其配置为维持雾化源；感应装置，其配置为接收雾化装置的一部分以将射频能量提供到雾化装置的接收部分中；射频发生器，其电耦合至感应装置；以及流体联接至雾化装置的接口，其中该接口包括一体的被动冷却装置。在某些情况下，该仪器还可以包括流体联接至接口的检测器。
在某些实施方案中，仪器不包括被配置为冷却接口的冷却器。在其他实施方案中，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管。在一些实施例中，回路型热虹吸管包括闭合回路热管。在某些情况下，回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施方案中，冷凝器被定位在包括雾化装置和接口的壳体的外部。在其他实施例中，蒸发器与接口成一体，并且所述冷凝器通过降液管流体管线和升液管流体管线与蒸发器分离。在某些实施例中，被动冷却装置进一步热耦合至射频发生器的晶体管并且被配置为同时冷却接口和晶体管。
在其他实施例中，仪器包括热耦合至射频发生器的晶体管的第二被动冷却装置。在一些实施方案中，第二被动冷却装置被配置为第二回路型热虹吸管。在其他实施方案中，第二回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。
在一些实施方案中，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管，其中回路型热虹吸管的蒸发器回路被夹在板和接口之间，并且其中蒸发器回路、板和接口通过焊点彼此联接。在其他实施例中，回路型热虹吸管包括空气冷却冷凝器。在一些情况下，一体的被动冷却装置被进一步配置为向接口提供热量以对接口预加热。
在其他实施例中，雾化装置被配置为维持感应耦合的等离子体。在一些实施方案中，感应装置包括感应线圈，该感应线圈包括至少一个径向翅片。在某些实施例中，检测器是质谱仪。在一些实施例中，检测器是光学检测器。在其他实施例中，雾化装置被配置为维持火焰。在一些实施方案中，雾化装置被配置为维持感应耦合的等离子体，感应装置包括感应线圈，感应线圈包括至少一个径向翅片，并且一体的被动冷却装置包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器，其中回路型热虹吸管的蒸发器与接口成一体。
在另一方面，一种仪器可以包括射频发生器，该射频发生器电包括热耦合至被动冷却装置的晶体管或晶体管对。例如，仪器可以包括：雾化装置，其配置为维持雾化源；感应装置，其配置为接收雾化装置的一部分以将射频能量提供到雾化装置的接收部分中；射频发生器，其电耦合至感应装置，其中发生器包括热耦合至被动冷却装置的晶体管或晶体管对。如果需要的话，该仪器还可以包括流体联接至雾化装置的检测器。
在某些情况下，仪器不包括被配置为冷却晶体管或晶体管对的冷却器。在其他实施例中，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管。在一些配置中，回路型热虹吸管包括闭合回路热管。在另外的配置中，回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施方案中，冷凝器被定位在包括雾化装置和射频发生器的壳体的外部。在其他实施方案中，蒸发器通过至少一个板联接至晶体管或晶体管对。在某些情况下，被动冷却装置进一步热耦合至仪器的接口。
在一些实施方案中，仪器包括热耦合至感应装置和检测器中的至少一个的第二被动冷却装置。在其他实施例中，第二被动冷却装置被配置为第二回路型热虹吸管。在某些实施方案中，第二回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。
在一些实施例中，被动冷却装置被进一步配置为向晶体管或晶体管对提供热量。在某些情况下，被动冷却装置包括被配置为将蒸发器夹在晶体管或晶体管对上的板，以增加冷却装置的蒸发器回路与晶体管或晶体管对之间的表面区域接触。在其他实施例中，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管，其中蒸发器回路被夹在板和第二板之间，第二板包括用于接收蒸发器回路的凹槽，其中第二板热耦合至晶体管或晶体管对，并且其中蒸发器回路、板和第二板通过焊点彼此联接。
在一些配置中，雾化装置被配置为维持感应耦合的等离子体。在其他配置中，感应装置包括感应线圈，该感应线圈包括至少一个径向翅片。在一些实施方案中，检测器是质谱仪。在某些实施例中，检测器是光学检测器。在其他实施例中，雾化装置被配置为维持火焰。在一些实施方案中，雾化装置被配置为维持感应耦合的等离子体，感应装置包括感应线圈，感应线圈包括至少一个径向翅片，并且被动冷却装置包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器，其中回路型热虹吸管的蒸发器热耦合至晶体管或晶体管对。
在另一方面，一种系统可以包括热耦合至被动冷却装置的接口，该被动冷却装置包括被配置为冷却接口的回路型热虹吸管。例如，该系统可以被配置为维持感应耦合的等离子体并且包括流体联接至炬的接口，该炬被配置为利用感应装置维持炬的一部分中的等离子体，其中接口热耦合至被动冷却装置，该被动冷却装置包括被配置为冷却接口的回路型热虹吸管。
在某些配置中，回路型热虹吸管被配置为闭合回路热管。在其他配置中，回路型热虹吸管包括被配置为热耦合至接口的蒸发器。在一些实施例中，蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在某些实施方案中，感应装置包括包括径向翅片的感应线圈、感应线圈和板电极中的一种。在其他实施例中，系统进一步包括射频发生器，该射频发生器包括晶体管或晶体管对，其中射频发生器电耦合至感应装置。
在某些情况下，该系统进一步包括热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对的第二被动冷却装置。在其他实施方案中，第二被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管。在某些实施例中，第二被动冷却装置的回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施方案中，系统不包括被配置为冷却接口的冷却器。
在另一方面，一种系统可以包括射频发生器，该射频发生器包括至少一个晶体管或晶体管对，该至少一个晶体管或晶体管对热耦合至被配置为冷却该晶体管或晶体管对的被动冷却装置。例如，该系统可以被配置为维持等离子体并且包括被配置为维持等离子体的炬，被配置为接收炬的一部分以将射频能量提供给炬的接收部分的感应装置，以及电耦合至感应装置的射频发生器，其中射频发生器的至少一个晶体管或晶体管对热耦合至被配置为冷却晶体管或晶体管对的被动冷却装置。
在某些配置中，被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管。在其他配置中，回路型热虹吸管包括闭合回路热管。在进一步的实施例中，回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施方案中，冷凝器被定位在比蒸发器更高的高度处。在某些实施例中，感应装置包括包括径向翅片的感应线圈、感应线圈和板电极中的一种。
在其他实施例中，该系统包括第二被动冷却装置，该第二被动冷却装置被配置为热耦合至感应装置或炬。在一些实施例中，第二被动冷却装置被配置为回路型热虹吸管。在其他实施例中，第二被动冷却装置的回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施方案中，系统不包括被配置为冷却晶体管或晶体管对的冷却器。
在一些实施例中，一种冷却系统中的接口的方法包括使用热耦合至接口的回路型热虹吸管从接口被动地去除热量。在一些实施例中，该方法包括利用蒸发器配置回路型热虹吸管，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在其他实施例中，该方法包括同时冷却射频发生器的晶体管，该射频发生器电耦合至系统的感应装置。在进一步的实施例中，该方法包括在不使用剪切气体来终止等离子体情况下操作系统。在一些实施方案中，该方法包括用热管配置回路型热虹吸管。在某些情况下，该方法包括利用风扇来配置系统以向回路型热虹吸管提供空气。在其他实施例中，该方法包括将回路型热虹吸管配置为部分地在系统的壳体的外部。在某些情况下，该方法包括利用质谱仪来配置系统，该质谱仪流体联接至接口。在一些实施例中，该方法包括用光学检测器配置系统。在一些实施方案中，该方法包括在不使用冷却器来冷却接口的情况下操作等离子体。
在另一方面，一种冷却射频发生器的晶体管或晶体管对的方法包括利用热耦合至晶体管或晶体管对的回路型热虹吸管从晶体管被动去除热量，其中该射频发生器电耦合至系统的感应装置。在一些实施例中，该方法包括利用蒸发器配置回路型热虹吸管，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施例中，该方法包括同时冷却流体联接至等离子体的接口。在其他实施例中，该方法包括在不使用剪切气体来终止等离子体情况下操作系统。在某些实施方案中，该方法包括用热管配置回路型热虹吸管。在一些实施例中，该方法包括利用风扇来配置系统以向回路型热虹吸管提供空气。在某些情况下，该方法包括将回路型热虹吸管配置为部分地在系统的壳体的外部。在一些实施方案中，该方法包括利用流体联接至等离子体的质谱仪来配置系统。在某些实施例中，该方法包括用光学检测器配置系统。在一些情况下，该方法包括在不使用冷却器来冷却晶体管或晶体管对的情况下操作等离子体。
在另一方面，一种被构造和设置为使用感应装置来维持等离子体的系统，感应装置被配置为将射频能量提供到炬内以维持等离子体，系统包括被配置为流体联接至经维持的等离子体并从经维持的等离子体接收物质的接口，该接口热耦合至被配置为冷却接口的回路型热虹吸管。
在另一个方面，一种被构造和设置为使用感应装置来维持等离子体的系统包括被配置为流体联接至经维持的等离子体并从经维持的等离子体接收物质的接口，其中感应装置被配置为将射频能量提供到炬内以维持等离子体，该接口包括被配置为冷却接口的回路型热虹吸管。
在另一方面，一种被构造和设置为使用感应装置来维持等离子体的系统包括被配置为电耦合至感应装置的射频发生器，感应装置被配置为将射频能量提供到炬内以维持等离子体，射频发生器包括至少一个晶体管或晶体管对，该至少一个晶体管或晶体管对热耦合至被配置为冷却晶体管对的晶体管的回路型热虹吸管。
在另一方面，提供了一种包括回路型热虹吸管的套件，该回路型热虹吸管被构造和设置为热耦合至仪器的接口以在仪器的操作期间冷却该接口。在一些情况下，该套件还包括第一板，第一板被配置为联接至回路型热虹吸管和接口。在其他情况下，套件还包括第二板，第二板被配置为联接至回路型热虹吸管并且第二板被配置为将回路型热虹吸管的蒸发器回路夹在第一板和第二板之间。
在另一方面，描述了一种包括回路型热虹吸管的套件，该回路型热虹吸管与仪器的接口成一体，其中回路型热虹吸管被配置为在仪器的操作期间冷却接口。
在另一方面，提供了包括回路型热虹吸管的套件，该回路型热虹吸管被构造和设置为热耦合至仪器的射频发生器的晶体管或晶体管对以在仪器的操作期间冷却晶体管或晶体管对。
附加方面、特征、实施例和实施方案在以下进行更详细地描述。
附图说明
下面参考附图描述冷却装置和仪器以及包括它们的其他装置的某些配置，其中：
图1是根据某些配置的仪器的图示；
图2A至图2G是根据某些实施例的具有一个或多个冷却装置的仪器的图示；
图3是根据一些实施例的包括接口的仪器的图示；
图4是根据某些实施例的配置为回路型热虹吸管的冷却装置的图示；
图5是根据某些实施例的包括板式蒸发器的回路型热虹吸管的图示；
图6是根据某些配置的耦合至板的回路热虹吸器的蒸发器回路的图示；
图7是根据某些实施例的回路型热虹吸管的冷凝器的图示；
图8是根据某些实施例的包括接口的仪器的框图；
图9A至图9C是根据某些实施例的各种感应装置和炬的图示；
图10是根据某些配置的包括射频发生器的系统的框图；
图11是根据某些实施例的质谱仪的图示；
图12是根据某些实施例的包括光学检测器的仪器的图示；
图13是根据某些实施例的包括光学检测器的仪器的另一图示；
图14是根据某些实施例的回路型热虹吸管的图示；
图15是示出根据某些实施例的蒸发器的长度的测试结果的曲线图；
图16是根据某些配置的包括回路型热虹吸管的接口的图示；
图17是根据某些实施例的板的图示；
图18是根据某些实施例的包括回路型热虹吸管的接口的图示；
图19是示出在不使用热耦合至接口的筒式加热器进行加热的情况下的信号稳定性的曲线图；以及
图20是示出在使用热耦合至接口的筒式加热器进行加热的情况下的信号稳定性的曲线图。
鉴于本公开的有益效果，本领域普通技术人员将认识到，附图中的回路型热虹吸管部件的长度和尺寸未必按比例绘制。冷凝器的尺寸、蒸发器回路长度以及降液管和升液管流体管线长度可以根据所需的确切冷却和回路型热虹吸管的配置而变化。
具体实施方式
下面结合仪器和冷却装置描述各种部件。鉴于本公开的有益效果，本领域普通技术人员可以认识到，其他部件可以包括在仪器或冷却装置中，或者可以省略仪器或冷却装置的某些部件或部分，同时仍然提供功能性装置。为了便于说明并利于对技术的更好理解，并未显示或描述特定仪器的所有部件。在一些实施例中，也可以存在其他部件或其他类型的部件。例如，可以使用电荷耦合检测器、互补的金属氧化物半导体检测器或其他检测器，并且如果需要的话，可以使用本文所述的装置进行冷却。
尽管参考冷却装置描述了各个方面和构造，但是如果需要的话，一个或多个加热装置或加热模块可以热耦合至本文所述的任何一个或多个部件，以辅助温度控制或选择。此外，在本文所述的任何一个或多个部件或阶段上也可以存在热屏蔽、热反射或其他加热装置和散热装置。如果需要，除了冷却装置之外还可以存在加热装置，或者如下所述，冷却装置本身可以用于向一个或多个部件提供热量。任何加热装置的精确功率可以在约50瓦至约200瓦之间变化，例如约100瓦，并且也可以使用其他合适的功率。
在某些配置中，本文所述的冷却装置可以包括被配置为将冷却装置热耦合至待冷却的仪器的一个或多个部件的接口。待冷却的特定部件或多个特定部件可能随仪器的不同而变化，并且典型的待冷却部件包括例如高压射频发生器中存在的印刷电路板上的晶体管、等离子仪器中存在的感应装置、光谱仪器(例如质谱仪)的泵、系统各个部件与其他电气或物理部件之间的接口。在许多常规仪器中，存在一种液体冷却板，其包括循环至冷却器和从冷却器循环的冷却流体，并被用于对装置进行冷却。这种类型的冷却器具有几个缺点，包括对冷却器的需求、仪器中冷却液泄漏的可能性以及冷却和循环冷却流体所需的额外功率要求。在本文的一些实例中，本文所述的冷却装置可被配置为提供冷却而无需使用任何冷却器来使液体循环通过液体冷却板。冷却器的省略减小了仪器的整体尺寸并简化了对仪器的冷却。
在某些实施例中，仪器的总体示意图如图1所示。仪器100包括耦合至分析物制备阶段120的分析物引入阶段110。分析物制备阶段120耦合至分析物检测阶段130。阶段110、120和130中的每一个可以被容纳在壳体105内，或者根据需要，阶段110、120或130中的任何一个的任何部分可以存在于壳体105的外部。在一些实施例中，分析物引入阶段110被配置为允许将分析物引入、注入或以其他方式递送至仪器100。例如，可以在引入阶段110中存在可以接收固体、液体或气体样品的喷射器、喷雾器、雾化器、样品台或其他合适的装置。分析物制备阶段120通常对分析物执行一项或多项操作。例如，从阶段110引入分析物阶段120的样品可以包括材料、分析物等的混合物，其可以在向检测阶段130提供所得到的的分析物之前按照一定方式被电离、分离、与物质化学反应或以其他方式改变或作用。检测阶段130可以被配置为使用合适的方法来检测单独的分析物或分析物的集合，所述方法包括但不限于光学方法、电子方法、质谱法、化学方法和物理方法。
在某些情况下，阶段110、120、130中的一个或多个可包括如本文所述的冷却装置，例如，包括热虹吸管的与该特定阶段的一个或多个部件热耦合的被动冷却装置。在图2A至图2G中示出了各种图示。在图2A中，样品引入阶段110包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置205。在图2B中，样品操作阶段120包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置210。在图2C中，样品检测阶段130包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置215。在图2D中，样品引入阶段110和样品操作阶段120均分别各自包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置220、225。在图2E中，样品引入阶段110和样品检测阶段130均分别各自包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置230、235。在图2F中，样品操作阶段120和样品检测阶段130均分别各自包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置240、245。在图2G中，所有三个阶段110、120、130分别包括热耦合至一个或多个部件的被动冷却装置250、255和260。
在其他情况下，如果需要的话，单个被动冷却装置可以热耦合至阶段110、120和130中的不只一个。当仪器包括不只一个冷却装置时，冷却装置可以相同或它们可以不同。在一些配置中，存在于阶段110、120和130中的任何一个或多个中的冷却装置可以热耦合至仪器阶段的非处理器部件。例如，微处理器通常包括热耦合至它们的散热器，以将微处理器维持在期望温度以下。虽然本文所述的冷却装置可用于冷却存在于阶段110、120和130中的一个或多个中的微处理器，但是某些配置使用冷却装置来冷却非微处理器部件，包括非微处理器晶体管、泵马达、感应装置、仪器阶段之间的接口、喷射器、喷雾器以及可存在与阶段110、120和130之一中的其他非微处理器部件。如果需要，如本文所述的被动冷却装置可以用于冷却阶段110、120和130中的任何一个或多个中的微处理器和非微处理器部件。
在某些实施例中，冷却装置可以热耦合至各种仪器阶段之间的接口。参考图3，接口320被显示为存在于分析物制备阶段310和分析物检测阶段330之间。接口320可以包括热耦合至接口330的一个或多个部件的相关联的冷却装置340。接口320通常从仪器的一个阶段310向仪器中在不同的压力或温度下操作的阶段330提供分析物。例如，接口320可以包括位于电离源和质量分析器之间的采样器和撇渣锥。电离源，例如感应耦合的等离子体，在大约大气压(1至2托)下工作，而质量分析器在高真空(小于10-5托)下工作。接口允许离子束的中心部分从大气源转移到低压质量分析器。采样锥、撇渣锥或两者均可与冷却装置热耦合，以控制其温度。特别地，将接口定位在高温等离子体附近需冷却接口以便正确操作并防止接口损坏。被动冷却装置可以热耦合至接口以从接口去除热量。在其他情况下，接口可以存在于分析物引入阶段与分析物制备阶段之间，例如，接口可以包括喷雾器，该喷雾器被配置为将样品引入电离源中，例如感应耦合的等离子体。
在某些实施例中，与仪器部件一起使用的冷却装置可以包括回路型热虹吸管，或者被配置为回路型热虹吸管，以允许冷却装置的被动操作。不希望受到任何特定科学理论的束缚，回路型热虹吸管使用被动热交换，而无需使用机械泵来迫使流体通过系统。当热量从部件传递到热虹吸管时，就会产生对流。这种热传递提供了从回路的一侧到另一侧的温度差。从待冷却部件接收热量的流体比回路的较冷流体密度低，并且将在较冷流体上方移动或漂浮。这种交换导致较冷的流体沉入较热的流体下方。在其中流体回路没有完全充满液体来构造热虹吸管的情况下，液体的蒸发和冷凝可以提供热虹吸管型热管。热虹吸管可以包括冷凝器，以使加热的蒸气回到液体形式，并使液体返回到热耦合至待冷却仪器的部件的接口。在某些情况下，热虹吸管可以被构造和设置使冷凝器存在于回路的上部部分上(例如相对于重力在回路的较高点处)以允许热蒸汽自然上升并允许冷凝的液体在重力作用下自然地掉落。当蒸汽在冷凝器中冷凝成液体时，会释放热量。如果需要，可以将冷却装置的一部分(例如冷凝器)定位在仪器壳体的外部，以帮助冷却蒸气并将蒸气重新冷凝成液体。
参考图4，示出了被动冷却装置的总体图示。冷却装置400包括蒸发器410，该蒸发器通过流体管线415(例如，升液管流体管线)流体联接至冷凝器420。冷凝器420通过另一流体管线425(例如降液管流体管线)流体联接至蒸发器410。冷却装置400用作被动两相热传递装置。冷却装置400的驱动力是冷凝器420下方的液体的顶部。来自冷凝器420的液体在蒸发器410中置换密度较小的蒸气，从而驱动两相沿图4所示的方向流动。总质量流速由压力平衡确定。当被动冷却装置400如图4所示的回路形式配置时，其具有若干属性，包括单向流动以及相比于非回路型热虹吸管在更长的距离上传递热量的能力。不希望受任何特定理论的束缚，回路工作温度通常由冷凝器的热阻和环境条件确定。回路内可以存在不同类型的流体作为工作流体，以提供流体回路和不同的相状态。例如，水或制冷剂可存在于冷却装置400的回路内。尽管水提供了良好的热传递和较低的饱和压力，但是在某些操作条件下使用水可能会导致冻结。在需要考虑冻结/解冻问题的情况下，可用合适的制冷剂代替水，例如丙烷基制冷剂，例如1,1,1,3,3-五氟丙烷或R245fa。使用的确切制冷剂可以取决于回路的饱和压力和整体工作条件。例如，在某些情况下，根据待冷却的部件，也可以使用在冷却装置400的工作温度上可以经历相变的R134a制冷剂或其他液体。
在一些实施方案中，冷却装置的蒸发器可以被放置成直接与待冷却的仪器的部件接触。例如并且参考图5，蒸发器可以被配置为板510，该板通过升液管流体管线515流体联接至冷凝器520，并且通过降液管流体管线525流体联接至冷凝器520。板510可以直接抵靠待冷却的部件座落，以在蒸发器和待冷却的部件之间提供高的表面区域接触。在该图示中，板510热耦合至印刷电路板550的背面，例如，与可以用于向感应装置提供射频信号的功率晶体管相邻，以从印刷电路板的该特定区域去除热量。板510可以直接接触印刷电路板550，或者可以在板510和印刷电路板550之间存在一种或多种材料以增强到蒸发器的热传递。在使用回路型热虹吸管时，来自功率晶体管的热量传递到蒸发器，这导致回路中的液体蒸发。该蒸气通过升液管流体管线515上升并且被冷凝器520冷凝。液体通过降液管流体管线525返回到板510。尽管未示出，但是一个或多个风扇或单独的冷却装置可以热耦合至冷凝器520以帮助控制冷凝器。冷凝器520的确切温度可以变化，并且理想地，冷凝器温度低于回路中液体的冷凝温度，例如低于回路型热虹吸管中流体的冷凝温度至少20℃、至少30℃、至少40℃或至少50℃。在某些情况下，通过将冷凝器定位在在仪器外部，冷凝器可以处于环境室温下，例如约23℃至25℃。环境空气流可以帮助保持冷凝器凉爽。
在其中蒸发器被配置为板的配置中，板的蒸发器回路部分可以与板成一体，或者可以以合适的方式联接至板。例如，板可以包括流体联接至降液管流体管线和升液管流体管线以将液体输送到板和/或将蒸气带离板的一体的回路。在其他实施例中，蒸发器可以被配置为单独的回路，该回路可以热耦合至板或者与待冷却的部件接触的其他装置。例如，蒸发器回路可以位于接触待冷却的部件的板的顶部上，或者蒸发器回路可以与待冷却的部件接触并且板可以放置在蒸发器回路的顶部上以将蒸发器回路保持在该部件上。在其他配置中，可以存在两个板，同时蒸发器回路夹在它们之间。例如，在圆形部件或圆形区域待冷却的情况下，蒸发器可以采用圆形环或圆形板的形式，其可以直接放置成与待冷却的圆形区域接触。图6显示了一个图示。冷却装置包括热耦合至回路型热虹吸管的蒸发器回路615的带凹槽板610。通过将板610放置在待冷却的部件630上，增大了回路型热虹吸管的蒸发器回路615的表面区域从而使从待冷却的部件630到蒸发器回路615的热传递增加。为了确保从板610到回路615的高热传递，可以将回路615的管道或管子软钎焊到板610、与蒸发器回路615集成在一起，或者以合适的方式联接至板610，以在板610与耦合至板610的回路615的下侧之间提供接近100％的接触区域。随后热量有效地从部件630传递到板610并进入回路615。回路615中的蒸气通过升液管流体管线635提供给冷凝器(未示出)。冷凝的液体通过降液管流体管线625返回到回路615。尽管未示出，但是板610可以包括中央开口或孔口，以在待冷却的部件630被设计为使某些分析物通过中央开口的情况下允许分析物穿过该开口。
在某些配置为中，本文所述的回路型热虹吸管的冷凝器可包括一个或多个翅片，或者类似于散热器进行配置以增强对从蒸发器接收的蒸气的冷却。一种配置如图7所示。冷凝器700包括升液管入口710和降液管出口720。入口710可以例如通过焊接、软钎焊、硬钎焊等将升液管流体管线(未示出)流体联接至入口710。类似地，出口720可以例如通过焊接、软钎焊、硬钎焊等将降液管流体管线(未示出)流体联接至出口720。冷凝器700包括主体705，主体包括多个翅片以帮助冷凝器700散热。热量可以自行辐射，或者可以沿箭头732的方向将空气吹到冷凝器700上，以帮助从冷凝器700沿箭头734的方向带走热量。在某些配置中，冷凝器700的主体705可以包括诸如铝、铜的金属或诸如镍铬合金的合金。在其他情况下，冷凝器700的主体705可以包括一种或多种塑料，如果需要的话可以用金属材料对其涂覆。例如，使用高温塑料可以减轻回路型热虹吸管的总重量，并且可以使各个部件彼此之间更容易地联接。
在某些实施例中，降液管流体管线和/或升液管流体管线可以由主体705中存在的相同材料制成。在一些情况下，升液管流体管线可以包括金属，而降液管流体管线可以包括金属或其他材料，例如塑料。升液管流体管线和降液管流体管线的确切形状和配置并非关键因素。升液管流体管线有利地将工作流体保持在气相中以允许流入冷凝器。来自仪器的热量可以(至少在某种程度上)传递到升液管流体管线从而将升液管流体管线保持在一定温度。降液管流体管线可以是隔热的，从而允许来自冷凝器液体保持液态直到其到达回路型热虹吸管的蒸发器部件。隔热材料可以例如是金属涂层(例如陶瓷)、玻璃涂层、纤维隔热材料、泡沫隔热材料或可以采取其他形式。如果需要，回路型热虹吸管可以包括两个或更多个冷凝器，以帮助将工作流体的蒸气转换回液体。例如，这些冷凝器可以并联联接，以增加回路型热虹吸管的总容量。在一些实施例中，冷凝器可以流体联接至其自身的冷却装置，例如风扇、珀耳帖冷却器等，以帮助在蒸发器和冷凝器之间提供温度差。此外，冷凝器中可以存在一个或多个阀或其他部件，以限制或促进回路型热虹吸管内的流体流动和/或辅助压力控制。
在某些实施例中，本文所述的冷却装置可以用于冷却仪器中存在的射频发生器的一个或多个电气部件。例如，感应耦合的等离子体仪器使用气体和感应装置来产生等离子体。等离子体可以电离和/或雾化分析物物质，该分析物物质被提供给检测器进行检测。为了提供用于在炬中维持等离子体的感应场，一个或多个感应装置将射频能量提供到炬中。射频发生器电耦合至感应装置，该感应装置通常围绕炬的某些部分。该发生器包括用于对感应装置供电的一对(或多对)高功率晶体管。晶体管应保持在阈值温度以下以用于正常工作，从而降低晶体管故障的可能性并延长晶体管的整体寿命。热等离子体的存在增加功率晶体管附近的整体温度。通过将本文所述的一个或多个冷却装置热耦合至功率晶体管，可以更好地控制功率晶体管的温度。
参考图8，示出了仪器的框图。仪器包括雾化装置810，例如被配置为维持例如等离子体或火焰的雾化源820的炬。雾化装置810通常位于感应装置830的某些部分内，该感应装置将射频能量频率能量提供到雾化装置的接收部分中。射频发生器840电耦合至感应装置830，以向感应装置830提供电力，并在雾化装置810中维持雾化源820。雾化装置810和检测器860之间存在接口850。接口850可以包括例如孔口或开口，该孔口或开口可以从雾化源820接收分析物物质并提供这些分析物物质，例如允许分析物物质通过而从接口850到检测器860。可以将本文所述的冷却装置870(例如，回路型热虹吸管)热耦合至接口850，以将接口维持在期望的温度。在其他情况下，接口850可以包括一体的冷却装置，例如，回路型热虹吸管可以形成接口850的一部分。
在某些配置中，仪器不包括被配置为冷却接口的冷却器。例如，许多现有的等离子体装置使用通过冷却器冷却的液体来冷却各种部件。该冷却器增加了复杂性、成本并需要增加空间。本文所述的冷却装置可代替冷却器使用，以简化整个仪器的组装和操作。在一些实施例中，冷却装置870被配置为回路型热虹吸管。例如，回路型热虹吸管可采用本文所述的任何配置。在一些情况下，回路型热虹吸管包括板蒸发器，而在其他配置中，蒸发器通过至少一个板耦合至接口。在其他实施例中，回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并且通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在某些实施例中，冷凝器位于包括雾化装置和接口的壳体的外部。例如，可以通过将冷凝器放置在仪器壳体的外部来将冷凝器从热雾化源820移开。在一些配置中，被动冷却装置870进一步热耦合至射频发生器840的晶体管，并且被配置为同时冷却接口850和射频发生器840的晶体管。在其他配置中，在仪器中可以存在与冷却装置870分离的第二被动冷却装置。例如，第二被动冷却装置热耦合至射频发生器840的晶体管，而冷却装置870仍保持为热耦合至接口850。在一些实施例中，第二被动冷却装置被配置为第二回路型热虹吸管，其可以被配置为与冷却装置870的回路型热虹吸管类似或不同。例如，第二回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。
在某些情况下，冷却装置870可以被配置为向接口提供热量以对接口850预加热。例如，可能希望在使用仪器开始测量之前将接口850加热到特定温度。在这种情况下，例如，可以将热空气吹过冷凝器，以将加热的液体提供给接口850。从冷却装置870到接口850的热传递可以对接口预加热。一旦仪器在工作，就可以去除热空气，以允许冷却装置按照正常回路型热虹吸管的方式操作，从而从接口850去除热量。在本文中更详细描述的一些实例中，被动冷却装置870包括板，该板被配置为将蒸发器夹在接口850上，以增加冷却装置870的蒸发器回路与接口850之间的表面区域接触。例如，被动冷却装置870可以被配置为回路型热虹吸管，其中蒸发器回路被夹在板和第二板之间，第二板包括用于接收蒸发器回路的凹槽，其中第二板联接至接口850，并且其中蒸发器回路、板和第二板通过焊点彼此联接。焊点的存在可以增强从接口850到冷却装置870的蒸发器回路的热传递。
在某些实施例中，仪器的雾化装置、雾化源和感应装置可以在配置上改变。在一些情况下，雾化装置采用炬的形式，如图9A所示。炬包括三个同心管911a、911b和911c，尽管炬可以采用其他形式，例如如美国专利公开第20160255711号、20080173810号和20110272386号中所述，其每一个的全部公开内容通过引用并入本文。炬可以放置在包括板电极921a、921b的感应装置的某些区域内。可以使用来自板921a、921b的感应能量将雾化源925(例如感应耦合的等离子体)维持在炬内。射频发生器930被示为电耦合至板921a、921b中的每一个。尽管在图9A中示出了板电极921a、921b，但是也可以使用包括包括至少一个径向翅片954(参见图9B中的围绕炬960的954)感应线圈950或常规的感应线圈(参见图9C中的线圈962，其围绕同心管911a、911b和911c并提供等离子970)的感应装置或电容装置来代替感应装置，以向炬中提供能量从而维持雾化源925。示例性感应线圈在例如美国专利第9,433,073号和9,360,403号中进行了描述，其全部公开内容通过引用并入本文用于所以目的。在某些配置中，检测器860可以采取多种形式，包括光学检测器、质谱仪、电子捕获检测器、电子倍增器、闪烁板或其他类型的检测器。例如，以下结合图11至图13描述示例性检测器。
在仪器的一些配置中，雾化装置810被配置为维持感应耦合的等离子体，感应装置830包括感应线圈，感应线圈包括至少一个径向翅片，并且被动冷却装置870包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体回路流体联接至冷凝器并通过升液管流体回路流体联接至冷凝器，并且其中回路型热虹吸管的蒸发器热耦合至接口850。
在一些实施例中，在仪器包括感应装置的情况下，感应装置通常电耦合至包括一对或成对功率晶体管的射频发生器。图10中示出了此类仪器的一般性图示。该仪器包括被配置为维持雾化源1020的雾化装置1010，以及被配置为接收雾化装置1010的一部分以将射频能量提供到雾化装置1010的接收部分中的感应装置1030。仪器还包括电耦合至感应装置1030的射频发生器1035，其中，发生器1035包括热耦合至被动冷却装置1040的晶体管对(未示出)。如本文所述，在一些情况下，发生器1035可以包括单个晶体管。系统还包括流体联接至雾化装置1010的检测器1050。类似于仪器900，仪器可被配置为不具有用来冷却晶体管或晶体管对的冷却器。在许多现有的仪器中，冷却器将冷却的液体提供给发生器1035的晶体管或晶体管对以对其进行冷却。这产生了复杂性并且增加了液体泄漏到发生器1035上的可能性。在一些实施例中，被动冷却装置1040被配置为如本文所述的回路型热虹吸管。例如，回路型热虹吸管包括闭合回路热管。在一些实施例中，冷却装置1040被配置为回路型热虹吸管，其包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器并且通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在某些实施例中，冷凝器位于包括雾化装置1010和射频发生器1035的壳体的外部。在一些实施方案中，蒸发器通过至少一个板耦合至晶体管或晶体管对。例如，蒸发器可以与板成一体，该板热耦合至晶体管或晶体管对，例如在存在晶体管或晶体管对的印刷电路板的背面处。在其他配置中，蒸发器可以例如通过板中的凹槽耦合至板，并且板本身可以热耦合至晶体管或晶体管对。热量从晶体管或晶体管对传递到板并传递到蒸发器上。在其他实施例中，被动冷却装置进一步热耦合至仪器的接口(未示出)。例如，接口可以是雾化装置1010和样品引入装置(未示出)之间的装置，例如，喷雾器、雾化器等，其被配置为将样品提供给雾化源1020。被动冷却装置可用于控制样品引入装置的温度。在其他情况下，接口可以位于系统的其他部件之间，例如，雾化装置1010与检测器1050之间。
在一些实施例中，仪器可以包括第二被动冷却装置，该第二被动冷却装置热耦合至感应装置1030和检测器1050中的至少一个。例如，第二被动冷却装置可以热耦合至感应装置，如结合图9A至图9C所示的感应装置所描述的。在其他配置中，第二冷却装置可以热耦合至检测器1050的一个或多个部件。例如，在检测器1050是光学检测器的情况下，第二冷却装置可以通过将第二冷却装置热耦合至光电倍增管(PMT)来维持PMT的温度以减少背景噪声。在某些配置中，第二冷却装置被配置为第二回路型热虹吸管。第二回路型热虹吸管可以与冷却装置1040的回路型热虹吸管相似或不同。在一些情况下，第二回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。如果需要，冷却装置1040可以在启动阶段向晶体管或晶体管对提供热量，以在开始测量之前使仪器的部件达到所需的工作温度。
在一些配置中，冷却装置1040可包括板，该板被配置为将蒸发器夹在晶体管或晶体管对上(或安装有晶体管或晶体管对的印刷电路板的背面)，以增加冷却装置1040的蒸发器回路与晶体管或晶体管对之间的表面区域接触。在其他配置中，被动冷却装置1040可以被配置为回路型热虹吸管，其中蒸发器回路被夹在第一板和第二板之间，第二板包括用于接收蒸发器回路的凹槽，其中第二板热耦合至晶体管或晶体管对(或安装有晶体管或晶体管对的印刷电路板的背面)，并且其中所述蒸发器回路、板和第二板通过焊点彼此联接。如本文所述，焊点的存在可以提高从板到冷却装置1040的蒸发器回路的热传递效率。雾化装置1010可以类似于结合雾化装置1010讨论的任何雾化装置进行配置，例如火焰、感应耦合的等离子体、电弧、火花等。感应装置1030可以类似于结合感应装置1030讨论的感应装置进行配置，例如一个或多个板电极、感应线圈、包括径向翅片的感应线圈，或者感应装置可以根据需要用电容性装置代替。检测器1050可以类似于检测器1050，例如可以包括光学检测器、质谱仪或其他类型的检测器。在仪器的一些配置中，雾化装置1010被配置为维持感应耦合的等离子体，感应装置1030包括感应线圈，感应线圈包括至少一个径向翅片，并且被动冷却装置1040包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器，其中回路型热虹吸管的蒸发器热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对。如果需要，回路型热虹吸管可以与包含晶体管或晶体管对的印刷电路板成一体，以方便仪器的组装。例如，回路型热虹吸管的蒸发器回路可以在晶体管对的晶体管旨在存在的位置处软钎焊或以其他方式耦合至印刷电路板，以使热量能够从晶体管或晶体管移除。
在某些实施例中，如果需要，本文所述的被动式冷却装置可用于非仪器系统中。例如，该系统可以被配置为维持感应耦合的等离子体并且包括流体联接至炬的接口，该炬被配置为利用感应装置维持炬的一部分中的等离子体，其中接口热耦合至被动冷装置，该被动冷却装置包括被配置为冷却接口的回路型热虹吸管。该系统可以例如用作化学反应器，以在焊接或切割操作中或在可以使用等离子体的其他情况下将材料沉积到表面或基底上。在一些实施例中，回路型热虹吸管被配置为闭合回路热管。例如，回路型热虹吸管包括被配置为热耦合至接口的蒸发器，并且可以包括通过降液管流体管线和升液管流体管线联接至蒸发器的冷凝器。在一些实施例中，系统的感应装置可以包括包括径向翅片的感应线圈、感应线圈和板电极中的一种，如结合图9A至图9C所描述的。该系统还可以包括射频产生器，射频产生器包括晶体管或晶体管对，其中射频产生器电耦合至感应装置以将等离子体维持在炬的部分内。如果需要，第二被动冷却装置热耦合至射频发生器的晶体管或晶体管对。在一些实施例中，第二被动冷却装置也被配置为回路型热虹吸管，其可以与第一冷却装置的回路型热虹吸管相同或可以不同，例如，蒸发器、冷凝器等，其可以具有不同的尺寸或可以存在不同的材料。在一些实施例中，第二被动冷却装置的回路型热虹吸管包括蒸发器，蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在某些情况下，可以在不使用或不存在配置为冷却接口的冷却器的情况下使用系统。
在其他配置中，系统可以包括：被配置为维持等离子体的炬，被配置为接收炬的一部分以将射频能量提供给炬的接收部分的感应装置，以及电耦合至感应装置的射频发生器，其中射频发生器的至少一个晶体管或晶体管对热耦合至被配置为冷却晶体管或晶体管对的被动冷却装置。在一些配置中，被动冷却装置被配置为如本文所述的回路型热虹吸管。在某些实施例中，回路型热虹吸管包括闭合回路热管。例如，回路型热虹吸管包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些实施例中，冷凝器被定位在比蒸发器更高的高度处。在其他实施例中，感应装置包括包括径向翅片的感应线圈、感应线圈和板电极中的一种。在一些实施方案中，该系统包括第二被动冷却装置，该第二被动冷却装置被配置为热耦合至感应装置或炬。在一些实施例中，第二被动冷却装置也被配置为回路型热虹吸管，其可以与第一冷却装置的回路型热虹吸管相同或可以不同，例如，蒸发器、冷凝器等，其可以具有不同的尺寸或可以存在不同的材料。第二回路型热虹吸管可包括蒸发器，该蒸发器通过降液管流体管线流体联接至冷凝器，并通过升液管流体管线流体联接至冷凝器。在一些配置中，系统不包括被配置为冷却晶体管或晶体管对的冷却器。
在某些实施例中，本文所述的冷却装置可以在配置为执行质谱分析(MS)的系统中使用。例如并且参考图11，MS装置1100包括样品引入装置1110、雾化装置1120，其可包括本文所述的可用于维持雾化源的一个或多个炬、质量分析器1130、检测装置1140、处理装置1150和显示器1160。样品引入装置1110、雾化装置1120、质量分析器1130和检测装置1140可以使用一个或多个真空泵在降低的压力下操作。然而，在某些实施例中，仅质量分析器1130和检测装置1140可以在降低的压力下操作。本文所述的冷却装置，例如回路型热虹吸管，可以热耦合至图11中的任何一个或多个部件。在典型配置中，冷却装置可以热耦合至质量分析器1130的泵、雾化装置1120的射频发生器或雾化装置1120与质量分析器1130之间的接口(未示出)。样品引入装置1110可以包括入口系统，该入口系统被配置为将样品提供给雾化装置1120。入口系统可以包括一个或多个批入口、直接探针入口和/或色谱入口。样品引入装置1110可以是喷射器、喷雾器或可以将固体样品、液体样品或气体样品输送到雾化装置1120的其他合适的装置。雾化装置1120可以包括本文所述的感应装置中的任何一个或多个。质量分析器1130通常可以根据样品性质、所需的分辨率等采取多种形式，并且示例性质量分析器可以包括一个或多个杆组件，例如，四极杆或其他杆部件。在一些情况下，质量分析器1130可以包括其自己的射频发生器。例如，电耦合至质量分析器的杆的射频发生器的晶体管可以热耦合至冷却装置以冷却晶体管或晶体管对。检测装置1140可以是可以与现有的质谱仪一起使用的任何合适的检测装置，例如，电子倍增器、法拉第杯、涂层照相板、闪烁检测器等，以及本领域普通技术员鉴于本公开的有益效果会选择的其他合适的装置。处理装置1150通常包括微处理器和/或计算机以及用于分析引入MS装置1100的样本的合适软件。处理装置1150可以访问一个或多个数据库，以便确定引入MS装置1100的物质的化学特性。本领域已知的其他合适的附加装置也可以和MS装置1100一起使用，例如但不限于，自动进样器，例如可从珀金埃尔默健康科学公司(PerkinElmer Health Sciences,Inc)购得的AS-90plus和AS-93plus自动进样器。
在某些实施例中，本文所述的炬可用于光学发射光谱法(OES)。参考图12，OES装置1200包括样品引入装置1210、包括一个或多个感应装置、炬等的雾化装置1220以及检测装置1230。样品引入装置1210可以根据样品的性质而变化。在某些实施例中，样品引入装置1210可以是喷雾器，其被配置为烟雾化液体样品以用于引入雾化装置1220中。在其他实施例中，样品引入装置1210可以是喷射器，其被配置为接收可以直接注入或引入到雾化装置1220中的样品。鉴于本公开的有益效果，本领域普通技术人员将容易选择用于引入样品的其他合适的装置和方法。检测装置1230可以采取多种形式，并且可以是可以检测诸如光发射1225之类的光发射的任何合适的装置。例如，检测装置1230可以包括合适的光学器件，例如透镜、镜子、棱镜、窗、带通滤波器等。检测装置1230还可以包括光栅，例如阶梯光栅，以提供多通道OES装置。诸如阶梯光栅的光栅可以允许同时检测多个发射波长。可以将光栅放置在单色仪或其他合适的装置内，以用于选择一个或多个特定波长来监测。在某些实施例中，检测装置1230可以包括电荷耦合装置(CCD)。在其他实施例中，OES装置可以被配置为执行傅立叶变换以提供对多个发射波长的同时检测。检测装置可以被配置为监测较大波长范围上的发射波长，包括但不限于紫外线、可见光、近红外和远红外等。OES装置1200可以进一步包括合适的电子器件，例如微处理器和/或计算机以及提供所需信号和/或用于数据采集的合适电路。合适的附加装置和电路在本领域中是已知的，并且可以在例如市售的OES装置上找到，例如珀金埃尔默健康科学公司(PerkinElmer Health Sciences,Inc)市售的Optima2100DV系列和Optima 5000DV系列OES装置。任选的放大器1240可以可操作为增加信号1235，例如，放大来自检测到的光子的信号，并将该信号提供给显示器1250，该显示器可以是读数器、计算机等。在其中信号1235足够大以进行显示或检测的实施例中，放大器1240可以省略。在某些实施例中，放大器1240是光电倍增管，其被配置为从检测装置1230接收信号。然而，鉴于本公开的有益效果，本领域普通技术人员可以选择其他合适装置以用于放大信号。鉴于本公开的有益效果，用本文公开的雾化装置改造现有的OES装置并使用本文公开的雾化装置设计新的OES装置，也将在本领域普通技术人员的能力范围内。OES装置可以进一步包括自动进样器，例如可从珀金埃尔默健康科学公司(PerkinElmer HealthSciences,Inc)获得的AS90和AS93自动进样器，或者可以从其他供应商获得的类似装置。本文所述的冷却装置可以热耦合至OES装置1200的任何一个或多个部件。例如，回路型热虹吸管可以热耦合至检测装置1230的光电倍增管(PMT)以减少背景噪声和/或控制PMT的温度。在雾化装置1220被配置为感应耦合等离子体的情况下，本文所述的冷却装置可以热耦合至电耦合至感应装置的射频发生器的晶体管或晶体管对。
在某些实施例中，本文所述的炬可用于原子吸收光谱仪(AAS)中。参考图13，单束AAS 1300包括电源1310、灯1320、样品引入装置1325、包括感应装置、炬等的雾化装置1330、检测装置1340、任选的放大器1350以及显示器1360。电源1310可以被配置为向灯1320供电，该灯提供一个或多个波长的光1322以用于被原子和离子吸收。合适的灯包括但不限于汞灯、阴极射线灯、激光器等。可以使用合适的斩波器或脉冲电源对灯进行脉冲化，或者在实施激光的实施例中，可以使用选定的频率对激光器进行脉冲化，例如5、10或20次/秒。灯1320的确切配置可以变化。例如，灯1320可以沿着雾化装置1330的炬主体轴向地提供光，或者可以沿着雾化装置1330径向地提供光。图13中所示的实施例被配置用于从灯1320轴向提供光。通过利用对信号的轴向观察可以具有信噪比的优势。雾化装置1330可以是本文所讨论的任何雾化装置，例如，包括炬、感应装置等的雾化装置或本领域普通技术人员鉴于本公开的有益效果将容易选择或设计的其他合适的雾化装置。当样品在雾化装置1330中被雾化和/或离子化时，来自灯1320的入射光1322可以激发原子。也就是说，由灯1320提供的一定百分比的光1322可以被雾化装置1330的炬中的原子和离子吸收。剩余百分比的光1335可以被传输到检测装置1340。检测装置1340可以使用例如棱镜、透镜、光栅以及例如以上参考OES装置所讨论的那些其他合适的装置提供一种或多种合适的波长。可以将信号1345提供给任选的放大器1350，以用于增大提供给显示器1360的信号1345。为了考虑在雾化装置1330中样品的吸收量，可以在样品引入之前引入空白(例如水)，以提供100％的透射率参考值。可以测量一旦将样品引入到雾化室中就透射的光量，并且可以将随样品透射的光量除以参考值以获得透射率。透射率的负log10等于吸收率。AAS1300可以进一步包括合适的电子器件，例如微处理器和/或计算机以及能提供期望的信号和/或用于数据采集的合适电路。合适的附加装置和电路可以在例如可商购的AS装置上找到，例如可以从珀金埃尔默健康科学公司(PerkinElmer Health Sciences,Inc)商购的AAnalyst系列光谱仪。鉴于本公开的有益效果，用本文公开的雾化装置改造现有的AS装置并使用本文公开的雾化装置设计新的AS装置，也将在本领域普通技术人员的能力范围内。AS装置可以进一步包括本领域已知的自动进样器，例如可从珀金埃尔默健康科学公司(PerkinElmer Health Sciences,Inc)商购的AS-90A、AS-90plus和AS-93plus自动进样器。本文所述的冷却装置可热耦合至AAS1300的任何一个或多个部件。例如，回路型热虹吸管可以热耦合至检测装置1340的光电倍增管(PMT)以减少背景噪声和/或控制PMT的温度。在雾化装置1330被配置为感应耦合等离子体的情况下，本文所述的冷却装置可以热耦合至电耦合至感应装置的射频发生器的晶体管或晶体管对。在某些实施例中，包括本文所述的冷却装置之一的代替单束AAS装置的双束AAS装置可用于测量物质的原子吸收。
在其他情况下，本文所述的回路型热虹吸管可用于从接口、晶体管、晶体管对或其他部件去除热量。此外，根据需要可以存在附加的回路型热虹吸管，以冷却仪器和系统的其他部件。如果需要，单个回路型热虹吸管可以同时冷却两个或更多个单独的部件。回路型热虹吸管的存在还可以允许等离子装置在不使用剪切气体在炬末端终止等离子的情况下操作。这种配置可能特别理想，因为它简化了用于维持等离子体的组件。回路型热虹吸管可以热耦合至一个或多个风扇、主动冷却装置(例如，包括压缩机的制冷剂冷却装置)或可以帮助回路型热虹吸管冷却一个或多个部件的其他装置。如本文所述，回路型热虹吸管的冷凝器可以定位成(相对于系统所驻留的表面)高于蒸发器以利于通过回路型热虹吸管的自然流动。冷凝器的一部分或全部冷凝器也可以位于系统的壳体的外部，以增加通过回路型热虹吸管的流动。
本文所述的回路型热虹吸管可以存在于套件中，该套件允许最终用户将回路型热虹吸管热耦合至期望的部件。套件中还可以存在说明书，以提供如何将回路型热虹吸管与待冷却的特定部件一起使用的指南。在一些情况下，该套件包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管构造和设置成热耦合至仪器(或其他系统)的接口以在仪器(或其他系统)的操作期间冷却该接口。在某些情况下，该套件还可以包括被配置为耦合至回路型热虹吸管和接口的第一板。在一些实施例中，该套件可以包括第二板，第二板被配置为联接至回路型热虹吸管并且第二板被配置为将回路型热虹吸管的蒸发器回路夹在第一板和第二板之间。在其他配置中，套件可包括与仪器(或其他系统)的接口一体的回路型热虹吸管，其中回路型热虹吸管被配置为在仪器(或其他系统)的操作期间冷却该接口。例如，可以去除仪器或系统中的现有接口，并用包括一体的回路型热虹吸管的接口代替。回路型热虹吸管的被动特性允许其使用而无需将其电耦合至任何电源。在另外的配置中，套件包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管构造和布置成热耦合至仪器的射频发生器的晶体管或晶体管对，以在仪器操作期间冷却晶体管或晶体管对。该套件可以包括对将回路型热虹吸管安装到晶体管所在的印刷电路板背面的说明。
以下更详细地描述了冷却装置的某些特定实施例。
实施例1
测试了各种回路长度的回路热虹吸冷却装置的传热能力。装置的基本设置在图14中示出，该装置包括蒸发器回路1410和冷凝器1420。存在升液管流体管线1414和降液管流体管线1418。所使用的管材是0.375英寸外径的管材。R245fa用作回路中流体的工作流体。环境温度为约30℃。以大约75CFM的速率向冷凝器1420提供空气。蒸发器回路1410的长度和接触区域百分比变化。测试结果如图15所示。蒸发器回路1410的表面区域接触的增加减小了蒸发器回路1410的热阻并降低了板温度。约0.24米至约0.27米的蒸发器长度在保持蒸发器的总长度最小的同时提供了良好的热性能。
实施例2
可以通过将回路型热虹吸管耦合至蒸发器板上来生产冷却装置。参考图16，示出了底板1610，其可用于将蒸发器回路1620夹在底板1610和顶板1630之间。蒸发器回路1620和冷凝器1640通过两条流体管线1635、1636连接以提供热虹吸循环。底板1610和顶板1630形成围绕蒸发器回路1620的蛤壳。可以使用焊膏来确保蒸发器回路1620的整个表面与板1610、1630之间的良好接触。例如，可以将焊膏放置在板1610、1630的凹槽中并且围绕蒸发器回路。一旦组件被夹在一起，板1610、1630就可以被夹住并且组件可以被加热以提供焊点。
实施例3
图17中示出了可以联接至蒸发器回路的板的侧视图。板1710可以包括可模仿蒸发器回路的几何形状的凹槽1720。凹槽1720的中心可以从板的表面偏移以进行过盈配合，从而在蒸发器和板1710夹紧在一起时提供良好的接触。
实施例4
在冷却装置中可以使用风冷冷凝器。冷凝器可以尺寸设计和设置为通过使用75至100CFM的空气吹到冷凝器的翅片上，在30℃下提供约1kW的散热。在一些情况下，冷凝器的翅片长度可以为约4至6英寸，翅片高度可以为约3至5英寸，表壳深度为约3至5英寸。例如，冷凝器上每英寸的翅片的确切数量可以从约10片翅片到约30片翅片变化。
冷凝器可以尺寸设计为在约60℃至约80℃的蒸发器回路温度下工作。在一种配置中，蒸发器回路可以包括具有约10至11英寸的回路长度的3/8”外径扁平的铜管材。升液管流体管线可以包括长度大约为7至8英寸长的相同的3/8”外径铜管材，并且降液管流体管线可以包括长度大约为9至10英寸的相同的3/8”外径管材。
实施例5
图18中示出了包括回路型热虹吸管的接口的分解图。接口1800包括回路型热虹吸管，该回路型热虹吸管包括流体联接至冷凝器1820的蒸发器回路1810。存在前板1830、后通道1840、前通道1850和EMI接口1860。前板1830和前通道1850将蒸发器回路1810夹在中间。使用螺钉1855将前通道1850保持到EMI接口1860(如图16中元件1650那样)。当接口1800被移除时，虚线1870中所示的所有组件可以一起被移除。
实施例6
接口上添加了两个100瓦特筒式加热器。一个筒式加热器放在接口的右上角，另一个筒式加热器放在接口的左下角。在没有利用筒式加热器加热的情况下(图19)和在使用筒式加热器加热的情况下(图20)，测量各种值以确定信号稳定性。
如图19所示，当未加热接口时，会观察到信号随时间的漂移。与未使用加热相比，接口的加热使信号稳定，并且随时间提供了更平坦的响应，如图20中所示。在不加热的情况下稳定的接口温度为约107℃至112℃。在加热存在的情况下接口温度为约118℃至120℃。相比于没有任何加热所观测到的，接口的加热提供了更低程度的温度波动。
当介绍本文公开的实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是开放式的，并且意味着除所列要素之外，可能还有其他要素。鉴于本公开的有益效果，本领域普通技术人员将认识到，实施例中的各个部件可以与其他实施例中的各个部件互换或替换。
尽管以上已经描述了某些方面、实施例和实施方案，但是鉴于本公开的有益效果，本领域普通技术人员将认识到，对所公开的示例性方面、实施例和实施方案的增加、替换、修改和变更也是可能的。

Claims (17)

1.一种质谱仪，包括：
分析物引入阶段；
分析物制备阶段，所述分析物制备阶段流体联接至所述分析物引入阶段并且被配置为从所述分析物引入阶段接收分析物，其中所述分析物制备阶段包括炬，所述炬配置为维持电离源并从所述分析物引入阶段接收分析物；
感应装置，其配置为向所述炬提供射频能量以维持所述炬中的电离源和电离从分析物引入阶段引入的分析物；
接口，其流体联接至所述炬并配置为接收从所述炬离开的分析物离子，其中所述接口包括至少一个采样锥和撇渣锥，并且其中所述接口配置为允许包含分析物离子的离子束的中心部分的转移；以及
质量分析器，所述质量分析器流体联接至接口并且被配置为接收离子束的中心部分，其中所述接口包括第一回路型热虹吸管，所述第一回路型热虹吸管热耦合至所述接口，以被动冷却接口，其中所述第一回路型热虹吸管包括蒸发器，所述蒸发器通过升液管流体管线和降液管流体管线联接至冷凝器，从而在被动冷却热耦合的部件期间，将液体从冷凝器通过降液管流体管线驱动到蒸发器，以及将蒸汽从蒸发器通过升液管流体管线驱动到冷凝器。
2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述分析物引入阶段包括雾化器。
3.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述电离源包括等离子体。
4.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述分析物制备阶段还包括电耦合至所述感应装置的射频发生器，其中所述感应装置配置为将射频能量提供到所述炬的一部分内以维持所述炬的一部分中的感应耦合等离子体，其中所述第一回路型热虹吸管热耦合至所述射频发生器的晶体管。
5.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括流体联接至质量分析器的检测器。
6.根据权利要求5所述的质谱仪，其中所述第一回路型热虹吸管通过第一板和第二板热耦合至所述接口。
7.根据权利要求6所述的质谱仪，其中所述第二板包括用于接收所述第一回路型热虹吸管的蒸发器回路的凹槽，并且所述第一板联接至所述第二板以将所述蒸发器回路夹在所述第一板和所述第二板之间，其中所述第二板联接至所述接口。
8.根据权利要求1所述的质谱仪，进一步包括热耦合至所述分析物引入阶段、所述分析物制备阶段和所述质量分析器中的至少一个的第二回路型热虹吸管。
9.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述分析物制备阶段还包括电耦合至所述感应装置的射频发生器，其中所述感应装置配置为将射频能量提供到所述炬的一部分内以维持所述炬的一部分中的感应耦合等离子体，并且其中所述第二回路型热虹吸管热耦合至存在于质量分析器中的泵。
10.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述分析物制备阶段还包括电耦合至所述感应装置的射频发生器，其中所述感应装置配置为将射频能量提供到所述炬的一部分内以维持所述炬的所述一部分中的等离子体，并且其中所述第二回路型热虹吸管热耦合至所述接口。
11.根据权利要求10所述的质谱仪，其中所述第二回路型热虹吸管通过第一板和第二板热耦合至所述接口。
12.根据权利要求11所述的质谱仪，其中所述第二板包括用于接收所述第二回路型热虹吸管的蒸发器回路的凹槽，并且所述第一板联接至所述第二板以将所述蒸发器回路夹在所述第一板和所述第二板之间，其中所述第二板联接至所述接口。
13.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述分析物引入阶段还包括喷雾器，所述分析物制备阶段包括电耦合至所述感应装置的射频发生器，其中所述感应装置配置为将射频能量提供到所述炬的一部分内以维持所述炬的一部分中的感应耦合等离子体，其中所述喷雾器流体联接至所述炬以将所述分析物提供至所述炬中，并且其中所述第二回路型热虹吸管热耦合至存在于所述质谱仪中的泵。
14.根据权利要求8所述的质谱仪，进一步包括热耦合至所述分析物引入阶段、所述分析物制备阶段和质量分析器中的至少一个的第三回路型热虹吸管。
15.根据权利要求14所述的质谱仪，其中所述第二回路型热虹吸管通过第一板和第二板热耦合至所述接口。
16.根据权利要求14所述的质谱仪，其中所述分析物引入阶段包括喷雾器，所述分析物制备阶段还包括电耦合至所述感应装置的射频发生器，其中所述感应装置配置为将射频能量提供到所述炬的一部分内以维持所述炬的一部分中的感应耦合等离子体，其中所述喷雾器流体联接至所述炬以将所述分析物提供至所述炬中，并且其中所述第二回路型热虹吸管热耦合至存在于所述质谱仪中的泵。
17.根据权利要求14所述的质谱仪，其中所述分析物引入阶段包括喷雾器，所述分析物制备阶段还包括电耦合至所述感应装置的射频发生器，其中所述感应装置配置为将射频能量提供到所述炬的一部分内以维持所述炬的一部分中的感应耦合等离子体，其中所述喷雾器流体联接至所述炬以将所述分析物提供至所述炬中，其中所述第二回路型热虹吸管热耦合至存在于所述质谱仪中的泵，并且其中所述第三回路型热虹吸管热耦合至所述接口。
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