CN111161996A - 离子碰撞反应池 - Google Patents

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    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Abstract

本发明提供了一种离子碰撞反应池，所述离子碰撞反应池包括容器和离子透镜；进口，所述进口连续或间断地设置容器上；在所述容器表面的展开图上，所述进口在其延伸方向上的中心线，所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向上的分量之和不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。本发明具有结构简单、碰撞效率高、检出限低等优点。

Description

离子碰撞反应池
技术领域
本发明涉及质谱分析，特别涉及离子碰撞反应池。
背景技术
碰撞池是ICP-MS技术中降低干扰物的基础，得到了广泛应用。
分子与离子之间的相互碰撞后产生反应是碰撞反应池的理论基础。碰撞池一般配置多极杆系统，主要利用多极杆的离子导向作用来减小碰撞反应后的发散现象，获得更高的离子传输效率。碰撞池通常工作在非热化系统中，池压较低，离子可以保持较高的动能和动能差异，反应是以简单的机械碰撞所产生的碰撞诱导解离反应(CID)为主。
如ArO++He＝＝Ar+O++He，He分子在碰撞过程中，处于高能级激发态的多原子离子的可以发生化学键的解离。对于机械碰撞，质量数m1、动能为E1ab的球体与质量数为m2的停滞球体碰撞时，传递的碰撞能量Ecm正比于E1ab，如下公式表示：
Figure BDA0002351300040000011
根据上述公式可知，当碰撞气体的碰撞能大于多原子离子的键离解能时，CID可以发生，因此，对于碰撞池而言，充分的碰撞是消除多原子离子干扰的前提。
目前ICP-MS进气方式都是碰撞反应气从一个气路接口引入碰撞反应池，依靠气路的自由扩散形成碰撞反应气体在池内的分布。这样的碰撞池的不足主要在于：
1.碰撞池内气体分布不可控，在内部真空环境下受真空泵等影响，内部的碰撞气分布无法控制，分布不均匀，导致碰撞效果不足；
2.气体切换时间过长。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、碰撞效率高和切换时间短的离子碰撞反应池，显著地降低了分析的检出限。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种离子碰撞反应池，所述离子碰撞反应池包括容器和离子透镜；所述离子碰撞反应池还包括：
进口，所述进口连续或间断地设置容器上；在所述容器表面的展开图上，所述进口在其延伸方向上的中心线，所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向上的分量之和不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.将进口设计成气帘状，同时在碰撞池上设计轴向加速场(如多级杆)，提高碰撞效率和碰撞气切换时间：碰撞池本身是一个密封结构，除了前后端的离子透镜以外，其他部位属于密闭结构，能够保证碰撞气在内部只能沿着通道扩散，通过气帘式碰撞气进入，能够有效的保证碰撞气在碰撞池内部以较为均匀的状态分布，离子在进入到碰撞池之后能够在整个路径上得到充分的碰撞，显著地提升碰撞反应效率，实现复杂干扰下的痕量目标元素的直接测量；
2.切换时间短；
碰撞气以气帘式进样，能够保证碰撞气快速扩散到整个碰撞池，提升扩散速度一个数量级，把碰撞气切换时间降低到秒级；
3.结构简单；
仅需调整进口的结构，无需复杂设计就可以提升复杂干扰基质下仪器检出限1～2个数量级，可以实现复杂基质下ppt级别的元素检出限。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1-2的离子碰撞反应池的结构简图；
图2是根据本发明实施例1-2的容器表面的展开示意图；
图3是根据本发明实施例3的容器表面的展开示意图；
图4是根据本发明实施例4的容器表面的展开示意图
图5是根据本发明实施例5的容器表面的展开示意图；
图6是根据本发明实施例6的容器表面的展开示意图；
图7是根据本发明实施例7的容器表面的展开示意图。
具体实施方式
图1-7和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的离子碰撞反应池的结构简图，如图1所示，所述离子碰撞反应池包括：
离子透镜21、容器11和多级杆(未示出)，多级杆设置在所述容器内，这些器件均是本领域的现有技术，具体结构和工作方式在此不再赘述；
进口12，所述进口12连续或间断地设置容器11上；在所述容器11表面的展开图上，所述进口12在其延伸方向上的中心线15，所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量之和不小于所述中心轴线13的长度的0.5倍，如0.9倍、0.8倍、0.7倍、0.5倍，如图2所示；
管道，所述管道连通气源和所述进口，将气体送入容器内。
实施例2：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例。
如图1-2所示，进口仅有一个，且沿着平行于中心轴线的方向延伸，即中心线15与中心轴线13平行；所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量之和即为中心线的长度。
实施例3：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例，与实施例2不同的是：
如图3所示，进口有间断均匀分布的多个，如5个，且沿着平行于中心轴线的方向延伸，即中心线15与中心轴线平行，且多个进口的中心线15共线；所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量之和即为各进口的中心线长度之和，不小于所述中心轴线13的长度的0.5倍。
实施例4：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例，与实施例2不同的是：
如图4所示，进口有间断分布的多个，如5个，且沿着平行于中心轴线的方向延伸，即中心线15与中心轴线平行，且多个进口的中心线15不共线(如部分共线、全部不共线)，具有错位；所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量之和即为各进口的中心线长度之和，不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。
实施例5：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例，与实施例2不同的是：
如图5所示，进口仅有一个，且沿着容器的表面呈螺旋式设置；在容器表面的展开图上，中心线15(线段AB)在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量之和即为线段OB，线段OB的长度不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。
实施例6：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例，与实施例2不同的是：
如图6所示，进口有间断分布的多个，如3个，且沿着容器的表面呈螺旋式设置，各个进口的中心线共线；所述中心线15(线段AC、线段DE、线段FB)在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量(线段OG、线段HJ、线段KB)之和不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。
实施例7：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例，与实施例2不同的是：
如图7所示，进口有间断分布的多个，如3个，且沿着容器的表面呈螺旋式设置，各个进口的中心线不全部共线(如部分共线、全部不共线)，具有错位；所述中心线15(线段AC、线段DE、线段FB)在平行于所述容器的中心轴线的方向(如直线OB)上的分量(线段OG、线段HJ、线段KB)之和不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。
实施例8：
根据本发明实施例1的离子碰撞反应池在ICP-MS中的应用例，与实施例2不同的是：
沿着平行于所述中心轴线的方向上，所述进口的宽度先变小，再变大，使得从进口的各个部分进入容器内的气体流量基本相同；所述宽度为所述进口在所述容器的垂直于所述中心轴线的圆周上的宽度。
在上述实施例中，容器的中心轴线是容器的相对两端的中心间的连线，所述相对两端是指容器的离子进口端和离子出口端；中心轴线的长度是指所述连线的长度。

Claims (10)

1.一种离子碰撞反应池，所述离子碰撞反应池包括容器和离子透镜；其特征在于：所述离子碰撞反应池还包括：
进口，所述进口连续或间断地设置容器上；在所述容器表面的展开图上，所述进口在其延伸方向上的中心线，所述中心线在平行于所述容器的中心轴线的方向上的分量之和不小于所述中心轴线的长度的0.5倍。
2.根据权利要求1所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述进口具有多个，间断地设置在所述容器上。
3.根据权利要求1或2所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述中心线平行于所述中心轴线。
4.根据权利要求1或2所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述进口螺旋地设置在所述容器上。
5.根据权利要求1所述的离子碰撞反应池，其特征在于：沿着平行于所述中心轴线的方向上，所述进口的宽度先变小，再变大。
6.根据权利要求5所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述宽度为所述进口在所述容器的垂直于所述中心轴线的圆周上的宽度。
7.根据权利要求5所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述进口仅为一个。
8.根据权利要求1所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述分量间断地均匀分布。
9.根据权利要求1所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述离子碰撞反应池还包括：
多级杆，所述多级杆设置在所述容器内，沿着平行于所述中心轴线的方向延伸。
10.根据权利要求1所述的离子碰撞反应池，其特征在于：所述离子碰撞反应池还包括：
管道，所述管道用于连接所述进口和气源。
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