CN116793928A - 一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置，属于颗粒进样技术领域。一种空气动力学透镜进样装置进样装包括除气装置、真空连接装置和空气动力学透镜。除气装置、真空连接装置和空气动力学透镜依次连接并连通。空气动力学透镜输入端用于接收真空连接装置传输的颗粒，输出端将聚焦的颗粒向实验区输送。空气动力学透镜的输出端设有加速喷嘴，加速喷嘴包括阶梯喷嘴和收敛毛细管，阶梯喷嘴的内径沿颗粒输送方向依次递减。收敛毛细管的一端为锥形口，另一端穿过阶梯喷嘴后与空气动力学透镜内腔连通。本申请通过上述结构之间的配合，抑制了小颗粒的布朗运动，获得了更小的颗粒束流宽度，并同时降低了气体流量，减少了气体背景的散射。

Description

一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置

技术领域

本发明涉及颗粒进样技术领域，特别是涉及一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置。

技术背景

单颗粒成像是X射线自由电子激光的关键应用之一，可用于生物大分子、病毒、细胞和纳米颗粒等弱散射样品的三维成像，且在活细胞成像与动态过程的研究方面具有明显的优势。单颗粒成像实验一般以大量具有相同结构的亚微米颗粒为样品，在真空下收集随机空间取向的二维衍射图样，通过取向定位与相位恢复获得颗粒的高分辨三维结构。由于被击中的样品会被超短超强的X射线脉冲破坏，因此必须为每个X射线脉冲提供一个新的样品。

基于此实验过程的特点，单颗粒成像需要一种高样品浓度、快速更新损坏样品和低背景散射的进样方法，将样品颗粒交付到X射线与样品的相互作用区。

目前单颗粒成像常用的进样方法是空气动力学透镜进样，空气动力学透镜是使载有颗粒的气溶胶依次通过多个同轴的、中心开圆孔的圆形垫片，颗粒在自身的惯性和气体的曳力(曳力是流体对其中有相对速度的固体施加的阻力)作用下聚集在轴线附近，最后经加速喷嘴喷出高度聚焦的颗粒束流。由于小颗粒的布朗运动显著，布朗运动造成的扩散展宽会导致颗粒束流宽度的增加，给小颗粒的聚焦增加了困难。现有的空气动力学透镜难以有效聚粒径为几十纳米的小颗粒，同时气流量较大导致气体背景散射高，阻碍了单颗粒成像空间分辨率的提高。本发明就是为了解决上述问题而提出。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置，能够抑制小颗粒的布朗运动，提高小颗粒的聚焦并降低气流量，从而达到实验目的，并同时降低了气体散射，提高空间分辨率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置，进样装置包括除气装置、真空连接装置和空气动力学透镜；除气装置、真空连接装置和空气动力学透镜依次连接并连通；除气装置一端外接气溶胶发生器。空气动力学透镜设有输入端和输出端，输入端用于接收真空连接装置传输的颗粒，输出端将聚焦的颗粒向实验区输送。空气动力学透镜的输出端设有加速喷嘴，加速喷嘴包括阶梯喷嘴和收敛毛细管，阶梯喷嘴的内径沿颗粒输送方向依次递减。收敛毛细管的一端为锥形口，另一端穿过阶梯喷嘴后与空气动力学透镜内腔连通。

在一些具体实施方式中，阶梯喷嘴为同心变径管；阶梯喷嘴341包括内径依次递减的第一变径管、第二变径管和第三变径管；第一变径管的内径为为15～30mm，长度为10～25mm；第二变径管的内径为7～15mm，长度为10～25mm；第三变径管内径为0.2～0.8mm，对应长度为10-30mm。

在一些可行实施方式中，收敛毛细管342的内径为0.2～0.6mm，壁厚为0.1～0.3mm，长度为30～100mm，收敛毛细管342的锥形口的锥角为20～70°，锥形出口的内径为0.1～0.5mm。

在一些可行实施方式中，阶梯喷嘴341为不锈钢管。

在一些可行实施方式中，收敛毛细管342为不锈钢管或玻璃管。

在一具体实施方式中，除气装置包括进气锥、除气锥和差分抽气腔；进气锥和除气锥穿过差分抽气腔的内壁与差分抽气腔的内腔连通；差分抽气腔，差分抽气腔侧壁上设有抽气口131，抽气口131外接抽气设备。

在一可行实施方式中，所述进气锥和所述除气锥的中轴线位于同一直线上所述进气锥的输入端外接气溶胶发生器，所述进气锥输出端为向内收敛的锥形口；所述除气锥的输入端为向内收敛的锥形口；所述进气锥的输出端正对于所述除气锥的输入端。

在一些可行实施方式中，所述进气锥11内径为16～35mm，所述进气锥的输出端的锥角为25～40°，所述进气锥的输出端的锥形口内径为0.1～0.5mm。

在一些可行实施方式中，所述除气锥12内径为16～35mm，所述除气锥的输入端的锥角为35～60°，所述除气锥的输入端的锥形口内径为0.5～1.0mm。

在一些可行实施方式中，除气锥的输入端的锥尖与除气锥的输入端的锥尖之间的距离为1～4mm。

在一可行实施方式中，进气锥、除气锥和差分抽气腔均为不锈钢管道。

在一可行实施方式中，差分抽气腔的侧壁上设有至少一个抽气口131。

在一具体实施方式中，所述真空连接装置2还设有真空腔法兰21。

在一可行实施方式中，真空腔法兰设于真空连接装置外侧，用于与实验腔体可拆卸连接。

在一可行实施方式中，真空连接装置还设有压力检测口22，压力检测口22外接压力检测设备。

在一可行实施方式中，所述真空连接装置2设有至少一个所述压力检测口22。

在一些可行实施方式中，所述真空连接装置2的内径为40～65mm。

在一些可行实施方式中，所述真空腔法兰21的型号为CF100或CF150。

在一具体实时方式中，所述空气动力学透镜包括外部套管和设于所述外部套管内的多组管道透镜；且各组所述管道透镜在外部套管内依次排列；各组所述管道透镜均包括锥形孔透镜和间隔管道，且各所述锥形孔透镜与各所述间隔管道间隔设置；各所述锥形孔透镜均设有锥形通孔，各所述锥形通孔设有锥形通孔窄端322和锥形通孔宽端323；所述锥形通孔宽端朝向所述空气动力学透镜的输出端，所述各锥形通孔的中轴线在一条直线上。

在一可行实施方式中，锥形通孔窄端322内径沿颗粒输送方向依次递减。

在一些可行实施方式中，所述外部套管内径为15～30mm，壁厚为3～5mm，长度为100～300mm。

在一些可行实施方式中，锥形孔透镜外径小于外部套管内径，厚度为1.0～1.5mm，锥形通孔窄端322内径为0.4～2.0mm，锥角为10～30°

在一可行实施方式中，所述锥形孔透镜与间隔管道之间设有密封紧固件。

在一可行实施方式中，所述外部套管和所述间隔管道均为不锈钢管。

在一可行实施方式中，所述锥形孔透镜为不锈钢薄片。

本发明的有益效果如下所述：

1.本发明中收敛毛细管的流阻大，增加空气动力学透镜内的气压，从而抑制了小颗粒的布朗运动，获得了更小的颗粒束流宽度，并能够降低气体流量，减少了气体背景的散射。

2.与传统阶梯型加速喷嘴相比，本发明中加速喷嘴的收敛毛细管几何尺寸更小，有利于避免对高角度散射信号的遮挡。

3.与传统薄片型透镜相比，锥形孔透镜的厚度比常用的圆形薄片状透镜更厚，机械强度更高。

附图说明

图1为本发明中的整体结构示意图。

图2为本发明中的除气装置结构示意图。

图3为本发明的真空连接装置结构示意图。

图4为本发明的空气动力学透镜结构示意图。

图5为本发明的空气动力学透镜及加速喷嘴的结构示意图。

图6为本发明的加速喷嘴结构示意图。

图7为本发明的锥形孔透镜和固定螺钉结构示意图。

图8为本发明的锥形孔透镜的结构示意图。

图9为本发明的锥形孔透镜的结构放大图。

附图标记

除气装置1、进气锥11、除气锥12、差分抽气腔13、抽气口131、真空连接装置2、真空腔法兰21、压力检测口22、空气动力学透镜3、外部套管31、锥形孔透镜32、锥形通孔321、锥形通孔窄端322、锥形通孔宽端323、间隔管道33、加速喷嘴34、阶梯喷嘴341、收敛毛细管342、密封紧固件35、固定螺钉36。

具体实施方式

本发明的发明人经过大量实验设计了一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置，我们希望进样装置能够保持合理的颗粒束流宽度，抑制小颗粒的布朗运动和保持空气动力学的聚焦效果。气体压力的升高可以抑制布朗运造成的扩散展宽，而压力升高会提升气体流量从而对后续实验腔体的真空度造成破坏同时导致了气体背景散射的升高，从而影响实验结果。申请人旨在解决上述问题进行了本发明，经过调研研究，颗粒束流宽度由两个因素控制：透镜的空气动力聚焦效果和布朗运动造成的扩散展宽。由于颗粒越小，布朗运动越显著，布朗运动造成的扩散展宽成为影响小颗粒束流宽度的主要因素。扩散展宽可以通过均方根位移x_rms估计：

其中D为颗粒扩散系数，t为颗粒停留时间，α为动量调节系数，d_p为颗粒直径，k为玻尔兹曼常数，T为气体温度，P为气体压力，mg为气体分子质量。

即提高气体压力可以减小布朗运动造成的扩散展宽，从而获得更细的颗粒束流。然而，对于空气动力学透镜，压力越高，气体流量越大，进而造成实验腔体内真空度的破坏和气体背景散射的升高。因此，发明人在空气动力学透镜的喷嘴设置阶梯状的构造并增加特殊形状毛细管，利用毛细管更大的流阻，不仅可以增加空气动力学透镜内压力，抑制布朗运动，同时获得更小的颗粒束流宽度，因此可以避免过高的气体流量。

该装置与现有空气动力学进样装置相比，主要优势在于通过空气动力学透镜抑制了小颗粒的布朗运动，从而实现了能够有效聚集粒径为几十纳米的颗粒。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～7所示，一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置包括除气装置1、真空连接装置2和空气动力学透镜3；除气装置1、真空连接装置2和空气动力学透镜3依次连接并连通；除气装置1一端外接气溶胶发生器，除去气溶胶中过量的气体，提高颗粒浓度；空气动力学透镜3设有输入端和输出端，输入端用于接收真空连接装置2传输的颗粒，输出端将聚焦的颗粒向实验区输送；空气动力学透镜3的输出端设有加速喷嘴34，加速喷嘴34包括阶梯喷嘴341和收敛毛细管342；阶梯喷嘴341的内径沿颗粒输送方向依次递减；收敛毛细管342的一端为锥形口，另一端穿过阶梯喷嘴341后与空气动力学透镜3内腔连通。空气动力学透镜3，用于聚焦气溶胶中的颗粒，颗粒可以是30-3000nm粒径范围的颗粒，气溶胶中的气体可以是氮气或氦气。

值得说明的是，气溶胶发生器是用来将溶液中包含的固体颗粒分散在气体中(固体颗粒本身是在溶液中的)。气溶胶发生器利用氮气或者氦气，将包含颗粒的溶液雾化成微米级尺寸的液滴，每个液滴中包含若干个固体颗粒。这些液滴会快速蒸发，只留下颗粒。

值得说明的是，阶梯喷嘴341为同心变径管，设置有多级变径管。阶梯喷嘴341用于将颗粒束流传输至收敛毛细管342，阶梯喷嘴341的内径依次递减，可以避免经过多级透镜初步聚焦的颗粒束流在阶梯喷嘴341内过度聚焦，导致颗粒束流快速发散，束流宽度变宽。

在一些可行实施例中，阶梯喷嘴341包括内径依次递减的第一变径管、第二变径管和第三变径管；第一变径管的内径为15～30mm，长度为10～25mm；第二变径管的内径为7～15mm，长度为10～25mm；第三变径管内径为0.2～0.8mm，对应长度为10-30mm。在一些可行实施例中，收敛毛细管342的内径为0.2～0.6mm，壁厚为0.1～0.3mm，长度为30～100mm，收敛毛细管锥形口的锥角为20～70°，收敛毛细管锥形口的内径为0.1～0.5mm。收敛毛细管342用于增加流阻，快速降低压力，并聚焦和加速颗粒。

值得说明的是，上述实施例中阶梯喷嘴341所设置的层级数、各层级内径和长度以及收敛毛细管342的各项参数之间互相存在关联，所得参数均通过模拟仿真得出，并经过实验验证得到的最优尺寸。例如通过设计合理的收敛毛细管锥形口的内径来控制合理的流量，通过设计合理的收敛毛细管锥形口的锥角来控制颗粒束的聚焦程度，锥角太小或太大都会造成颗粒束流的变宽：锥角太小，聚焦程度不够；锥角太大，颗粒束过度聚焦，颗粒束流快速发散。收敛毛细管锥形口的锥角为20～70°，可选20～30°，30～40°，40～50°，50～60°，60～70°。

在一优选实施例中，阶梯喷嘴341为不锈钢管。

在一优选实施例中，收敛毛细管342为不锈钢管或玻璃管。

如图2所示，除气装置1包括进气锥11、除气锥12和差分抽气腔13；进气锥11和除气锥12穿过差分抽气腔13的内壁与差分抽气腔13的内腔连通；差分抽气腔13侧壁上设有抽气口131，抽气口131外接抽气设备。

值得说明的是，抽气设备对除气装置1内的整体气体量进行控制。抽气指的是抽出过量气体、浓缩颗粒的同时，控制空气动力学透镜3入口的压力，从而对进入空气动力学透镜3的气体流量进行控制。

在一可行实施例中，进气锥11和除气锥12为管道结构，且进气锥11和除气锥12的两端分别为平口和向内收敛的锥形；同时，进气锥11和除气锥12的中轴线位于同一直线上。

在一可行实施例中，进气锥11的输入端为平口，进气锥11的输出端为锥形口；除气锥12的输入端为锥形口，除气锥12的输出端为平口；进气锥11的输入端外接气溶胶发生器，进气锥11的输出端正对于除气锥12的输入端，进气锥与除气锥之间有间隙，气体从间隙出来，经过抽气口排出。

具体地，气溶胶经由进气锥11输入端进入进气锥11，随着进气锥11内径的减小，气体和颗粒不断加速，并由进气锥11输出端进入除气装置1内腔中。随后，少量气体和大部分颗粒由除气锥12输入端进入除气锥12，并由除气锥12输出端进入真空连接装置2；在此过程中，抽气设备对除气装置1内腔抽气，排出了大部分气体，提高了进入真空连接装置2中颗粒的浓度。

在一些具体实施例中，进气锥11内径为16～35mm，进气锥输出端的锥角为25～40°，进气锥输出端内径为0.1～0.5mm。

在一些具体实施例中，除气锥12内径为16～35mm，除气锥输入端的锥角为35～60°，除气锥输入端内径为0.5～1.0mm。

在一些具体实施例中，除气锥输入端与除气锥输入端的锥尖距为1～4mm。

值得说明的是，进气锥11和除气锥12的各项参数均通过模拟仿真得到，并经实验验证的优选尺寸。

在一优选实施例中，进气锥11、除气锥12和差分抽气腔13均为不锈钢管道。不锈钢结构提升了除气装置1整体的结构强度，避免因为内腔中的高压从而产生机械形变，影响实验结果。

在一优选实施例中，差分抽气腔13的侧壁上设有至少一个抽气口131，其中一个抽气口131外接抽气设备，剩余的抽气口可安装观察窗用于观察。如图3所示，真空连接装置2还设有真空腔法兰21；真空腔法兰21设于真空连接装置2外侧，用于与实验腔体可拆卸连接。

在一具体实施例中，通过螺丝固定真空腔法兰21与实验腔体。

在一可行实施例中，真空连接装置2还设有压力检测口22，压力检测口22外接压力检测设备。压力检测设备与抽气设备之间形成反馈，通过压力检测设备反馈的压力值对抽气设备的抽气量进行控制，从而达到实验理想的气体量。

值得说明的是，气溶胶发生器本身工作需要的气体流量虽然可以调节，但是气体流量对于空气动力学透镜3过于庞大，仍然需要除去一些气体；当气体压力固定时，气体流量也被固定了，相比于控制气体流量而言，控制气体压力更为方便、简单，并且压力指标更容易被检测。

在一优选实施例中，真空连接装置2设有至少一个压力检测口22，每一个压力检测口22均可外接压力检测设备。

具体地，压力检测设备与抽气设备形成反馈。真空连接装置2内的压力由抽气设备的抽气速率控制，压力检测设备检测实时压力并反馈给抽气设备，抽气设备根据进样所需的压力条件以及压力检测设备反馈的实时压力数据，进行自适应调整，减慢或加快其抽气速率，从而使真空连接装置2中的压力满足进样所需。

在一些具体实施例中，真空连接装置2的内径为40～65mm。

在一些具体实施例中，真空腔法兰21的型号为CF100或CF150。

如图4～8所示，空气动力学透镜3包括外部套管31和设于外部套管31内的多组管道透镜且各组管道透镜在外部套管31内依次排列。

具体地，外部套管31与多组管道透镜可拆卸连接。

更具体地，外部套管31通过固定螺钉36与多组管道透镜可拆卸连接。

具体地，各组管道透镜均包括锥形孔透镜32和间隔管道33，锥形孔透镜32和间隔管道33均环状，且各锥形孔透镜32与各间隔管道33间隔设置。

更具体地，如图9所示，各锥形孔透镜32均设有锥形通孔321，锥形通孔321的截面形状似刀尖相向的斜切刀片。刀尖相对的边设为锥形通孔窄端322，另一端设置为锥形通孔宽端323；锥形通孔宽端323朝向空气动力学透镜3的输出端，各锥形通孔321的中轴线在一条直线上。

值得说明的是，锥形孔透镜32的厚度大于常用的圆形孔透镜。圆形孔透镜为了保证其聚焦效果，其厚度值较薄，机械强度不高，较为容易损坏。

值得说明的是，每个锥形孔透镜32前后会形成收缩-膨胀的气流场，颗粒在自身的惯性和气体的曳力作用下聚集在轴线附近，从而实现对颗粒的聚焦功能。

在一具体实施例中，锥形通孔窄端322内径沿气体流动方向依次递减。锥形通孔宽端323用于聚焦较大的颗粒，锥形通孔窄端322用于聚焦较小的颗粒，颗粒最终经由收敛毛细管喷出。

值得说明的是，孔径越小，气体流速越快，颗粒的流速越快；采取逐级递减内径的方式来对颗粒不断聚焦，优化聚焦效果。

在一些具体实施例中，外部套管31内径为15～30mm，壁厚为3～5mm，长度为100～300mm。

在一些具体实施例中，锥形孔透镜32外径等于外部套管32内径，厚度为1.0～1.5mm，锥形通孔窄端322内径为0.4～2.0mm，锥角为10～30°。

值得说明的是，锥形孔透镜32的厚度、锥形通孔窄端322内径、锥角等数据均通过模拟仿真得到，并经实验验证的优选数值。在一可行实施例中，锥形孔透镜32与间隔管道33之间设有密封紧固件35。

在一优选实施例中，外部套管31和间隔管道33均为不锈钢管。

在一优选实施例中，锥形孔透镜32为不锈钢薄片。

在此，对颗粒的运动状态进行说明，以更好地阐述上述结构之间的配合关系。颗粒的运动状态如下所示：

1)气溶胶发生器颗粒从气溶胶发生器以气溶胶的形式经由进气锥11输入端进入，再由进气锥11输出端流出；在此过程中，由于进气锥11内径减小，加速了颗粒的流动。

2)进入除气装置1之后，抽气设备对除气装置1进行抽气，排除气溶胶发生器输入的过量的气体。

3)经由除气装置1控制气体量之后，大部分颗粒与少量气体经由除气锥12的输入端流入，再由除气锥12的输出端流出；在此过程中，由于除气锥12输入端口径较小，去除了大部分气体，并接收了进气锥11喷出的剩余气体和大部分颗粒，同时提高了颗粒的浓度。

4)颗粒流出除气锥12之后，进入真空连接装置。在此过程中，压力检测设备对真空连接装置2中的气体压力进行检测，并反馈给抽气设备，形成反馈，抽气设备根据设定的气体量以及反馈的数据进行自动调节，以满足真空连接装置2中设定的压力和气体流量。

5)颗粒从真空连接装置2流出后，进入空气动力学透镜3。在空气动力学透镜3中，颗粒由锥形孔透镜窄端322进入，由锥形孔透镜宽端323流出，从而穿过锥形孔透镜32，在此过程中，每个透镜前后会形成收缩-膨胀的气流场，颗粒在自身的惯性和气体的曳力作用下聚集在轴线附近，直至流动到加速喷嘴34中。

6)在加速喷嘴34中，颗粒在维持初步聚焦的状态下，经过阶梯喷嘴341进入收敛毛细管342。由于阶梯喷嘴341为多级变径管，因此可以避免颗粒过度聚焦，从而避免破坏上游多级锥形孔透镜32的初步聚焦效果。

7)颗粒进入收敛毛细管342后，会在收敛毛细管342的出口进一步加速和聚焦，将样品颗粒交付到X射线与样品的相互作用区。在此过程中，由于收敛毛细管342的内径小、长度大，具有更大的流阻，因此增加了空气动力学透镜内压力，从而抑制布朗运动，获得更小的颗粒束流宽度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”、“正面”、“背面”、“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于单颗粒成像的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：所述进样装置包括除气装置(1)、真空连接装置(2)和空气动力学透镜(3)；

所述除气装置(1)、所述真空连接装置(2)和所述空气动力学透镜(3)依次连接并连通；

所述除气装置(1)一端外接气溶胶发生器，用于除去气溶胶中过量的气体，提高实验颗粒浓度；

所述空气动力学透镜(3)设有输入端和输出端；所述输入端用于接收真空连接装置(2)传输的颗粒；所述输出端用于将聚焦的颗粒向实验区输送；

所述空气动力学透镜(3)的输出端设有加速喷嘴(34)，所述加速喷嘴(34)包括阶梯喷嘴(341)和收敛毛细管(342)；

所述阶梯喷嘴(341)的内径沿颗粒输送方向依次递减；

所述收敛毛细管(342)的一端为锥形口，另一端穿过所述阶梯喷嘴(341)后与空气动力学透镜(3)的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：包括如下技术特征中的至少一项：

a1)所述阶梯喷嘴(341)为同心变径管；所述阶梯喷嘴(341)包括内径依次递减的第一变径管、第二变径管和第三变径管；所述第一变径管的内径为15～30mm，长度为10～25mm；所述第二变径管的内径为7～15mm，长度为10～25mm；所述第三变径管内径为0.2～0.8mm，长度为10～30mm；

a2)所述收敛毛细管(342)的内径为0.2～0.6mm，壁厚为0.1～0.3mm，长度为30～100mm，所述收敛毛细管(342)的锥形口锥角为20～70°，所述收敛毛细管(342)锥形口内径为0.1～0.5mm；

a3)所述阶梯喷嘴(341)为不锈钢管；

a4)所述收敛毛细管(342)为不锈钢管或玻璃管。

3.根据权利要求1所述的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：所述空气动力学透镜(3)包括外部套管(31)和设于所述外部套管(31)内的多组管道透镜；且各组所述管道透镜在外部套管(31)内依次排列；所述外部套管(31)与多组所述管道透镜可拆卸连接；

各组所述管道透镜均包括锥形孔透镜(32)和间隔管道(33)，且各所述锥形孔透镜(32)与各所述间隔管道(33)间隔设置；

各所述锥形孔透镜(32)均设有锥形通孔(321)，各所述锥形通孔(321)设有锥形通孔窄端(322)和锥形通孔宽端(323)；所述形通孔宽端(323)朝向所述空气动力学透镜(3)的输出端，所述各锥形通孔(321)的中轴线在一条直线上。

4.根据权利要求3所述的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：锥形通孔窄端(322)内径沿颗粒输送方向依次递减。

5.根据权利要求4所述的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：还包括以下技术特征中的至少一项：

d1)所述外部套管(31)内径为15～30mm，壁厚为3～5mm，长度为100～300mm；

d2)所述锥形孔透镜(32)外径小于或等于外部套管(31)内径，厚度为1.0～1.5mm，锥形通孔窄端(322)内径为0.4～2.0mm，锥角为10～30°；

d3)所述锥形孔透镜(32)与间隔管道(33)之间设有密封紧固件(35)；

d4)所述外部套管(31)和所述间隔管道(33)均为不锈钢管；

d5)所述锥形孔透镜(32)为不锈钢薄片。

6.根据权利要求1所述的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：所述除气装置(1)包括相互连通的进气锥(11)、除气锥(12)和差分抽气腔(13)；

所述进气锥(11)和所述除气锥(12)分别穿过所述差分抽气腔(13)的内壁与所述差分抽气腔(13)的内腔连通；

所述差分抽气腔(13)侧壁上设有抽气口(131)，所述抽气口(131)外接抽气设备。

7.根据权利要求6所示的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：所述进气锥(11)的中轴线和所述除气锥(12)的中轴线位于同一直线上；所述进气锥(11)的输入端外接气溶胶发生器，所述进气锥(11)的输出端为向内收敛的锥形口；

所述除气锥(12)的输入端为向内收敛的锥形口；

所述进气锥(11)的输出端正对于所述除气锥(12)的输入端。

8.根据权利要求7所述的空气动力学透镜进样装置，还包括如下技术特征中的至少一项：

b1)所述进气锥(11)、所述除气锥(12)和所述差分抽气腔(13)均为不锈钢管道；

b2)所述差分抽气腔(13)的侧壁上设有至少一个所述抽气口(131)；

b3)所述进气锥(11)内径为16～35mm，所述进气锥(11)输出端的锥角为25～40°，所述进气锥(11)输出端的锥形口内径为0.1～0.5mm；

b4)所述除气锥(12)内径为16～35mm，所述除气锥(12)输入端的锥角为35～60°，所述除气锥(12)输入端的锥形口内径为0.5～1.0mm；

b5)所述进气锥(11)输出端的锥尖与所述除气锥(12)输入端的锥尖之间的距离为1～4mm。

9.根据权利要求1所述的空气动力学透镜进样装置，其特征在于：所述真空连接装置(2)还设有真空腔法兰(21)；

所述真空腔法兰(21)设于所述真空连接装置(2)外侧，用于与实验腔体可拆卸连接；

和/或，所述真空连接装置(2)还设有压力检测口(22)，所述压力检测口(22)外接压力检测设备。

10.根据权利要求9所述的空气动力学透镜进样装置，还包括如下技术特征中的至少一项：

c1)所述真空连接装置(2)设有至少一个所述压力检测口(22)；

c2)所述真空连接装置(2)的内径为40～65mm；

c3)所述压力检测口(22)的内径为25mm；

c4)所述真空腔法兰(21)的型号为CF100或CF150。