CN117174570A - 一种电喷雾离子源及质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电喷雾离子源及质谱仪,涉及质谱仪及其离子源技术领域。电喷雾离子源包括取瓶单元、喷射单元、离子通道、进样锥。质谱仪包括上述电喷雾离子源。取瓶单元用于装载样品瓶。喷射单元设于取瓶单元一侧的上方,包括夹管机构,夹管机构内穿设有毛细弯管,夹管机构一侧设有第五直线机构,其输出轴一端装配有与毛细弯管同轴的金属喷管,喷射单元还包括高压模块、环形电极。离子通道设于喷射单元一侧下方,包括干燥气组件,其一端设有外管,外管内穿设有与其同轴的离子管,外管外周侧上端设有空压模块。进样锥用于向质谱仪的质量分析器输送离子。该电喷雾离子源及质谱仪,结构简单,便于操作和清洗,可降低使用难度。
Description
技术领域
本发明涉及质谱仪及其离子源技术领域,尤其涉及一种电喷雾离子源及质谱仪。
背景技术
质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器,尽管市面上的质谱仪具有不同的具体结构,但都具有离子源、质量分析器、离子检测器三大核心部件,离子源产生的离子通过质量分析器后,按荷质比大小分离,然后依次进入离子检测器采集、放大信号,最终绘制质谱图。
现有的质谱仪中,有一部分需要制造真空环境,使得离子源外有多层用于密封的复杂结构,在清洗一些部件,比如清洗毛细管和金属喷管时,需要花费较长的时间,例如某型质谱仪在清洗离子源内的部分组件时,需要拆卸盖板、隔离阀、热缩管、O形圈等多个零件。且质谱仪整体的使用难度较高,需要花费大量时间培训操作人员,工作效率较低。
发明内容
针对上述缺陷,本发明提供一种电喷雾离子源及质谱仪,结构简单,便于操作,也便于清洗毛细管和金属喷管,可降低质谱仪的使用难度。
为了实现本发明的目的,拟采用以下技术:
一种电喷雾离子源,包括:
取瓶单元,用于装载样品瓶;
喷射单元,设于取瓶单元一侧的上方,包括夹管机构,夹管机构包括第一弯管槽,其一侧装配有第二弯管槽,夹管机构内穿设有毛细弯管,夹管机构一侧设有第五直线机构,其输出轴一端装配有与毛细弯管同轴的金属喷管,喷射单元还包括第六直线机构,其滑动端设有高压模块,高压模块一端的下方设有套设于金属喷管外周侧的环形电极;
离子通道,设于喷射单元一侧下方,包括干燥气组件,其一端设有外管,外管一端成形有安装环,安装环内穿设有与外管同轴的离子管,外管另一端内径从内向外变窄,离子管的端部外径也从内向外变窄,外管外周侧上端设有空压模块,其输出端设有雾化气喷管;
进样锥,设于离子管的出离子端,用于向质谱仪的质量分析器输送离子。
进一步,取瓶单元包括竖直设置的第一直线机构,其输出轴一端设有倒L型架,倒L型架的长边下端设有底板,底板上端面开设有一对凹槽,凹槽内一端壁设有弹簧,弹簧一端设有滑动配合于凹槽的滑块,滑块上设有夹块,底板上还设有竖直设置的第二直线机构,其输出轴一端设有横板,横板一端设有竖框,竖框内滑动配合有滑杆,滑杆一端设有第一半圆夹,第一半圆夹一侧装配有第二半圆夹,第一半圆夹和第二半圆夹之间装配有变径瓶盖,变径瓶盖上下贯通地开设有管孔,变径瓶盖包括与第一半圆夹和第二半圆夹匹配的凹环部,凹环部上端设有第一齿轮,凹环部下端设有与样品瓶瓶口匹配的螺纹部,底板一侧设有竖直设置的第一旋转电机,其输出轴上端设有第三直线机构,第三直线机构输出轴一端设有竖直设置的第四直线机构,第四直线机构滑动端一侧设有竖直设置的第二旋转电机,第二旋转电机输出轴下端设有与第一齿轮匹配的第二齿轮。
进一步,夹管机构包括倒L型座,倒L型座短边一端设有第一固定座,第一固定座一侧开设有若干第一固定孔,第一弯管槽设于第一固定座下端,第二弯管槽外周侧上端设有与第一固定座匹配的第二固定座,第二固定座侧面开设有若干第二固定孔,第二固定孔贯通第二固定座两侧面且与第一固定孔匹配,毛细弯管穿设于第一弯管槽和第二弯管槽之间。
进一步,金属喷管一端设有喷针部,金属喷管内包括第一管部和部分设于喷针部内的第二管部,第一管部的内径与毛细弯管的外径匹配,第二管部的内径与毛细弯管的内径匹配。
进一步,高压模块一端设有吊架,环形电极设于吊架下端。
进一步,干燥气组件包括存储干燥气的气瓶,气瓶输出端设有气泵,气泵的输出端设有汇集管,汇集管外周侧上设有若干分气管,分气管一端设有加热模块,加热模块另一端设有穿设于外管的安装环侧面的出气管。
进一步,外管内周侧与离子管之间形成有用于通干燥气的环道,环道包括水平环形段,以及由外管收窄端和离子管收窄端之间形成的斜面环形段。
进一步,离子通道包括与金属喷管长度方向垂直的第七直线机构,其滑动端上设有安装架,气瓶、气泵、外管均设于安装架上。
一种质谱仪,包括上述电喷雾离子源。
本技术方案的有益效果在于:
1、电喷雾离子源以及包含该离子源的质谱仪可以降低使用难度,缩短人员培训周期,提高工作效率。
2、本申请的电喷雾离子源结构简单,使得需要进行清洗或更换的部件便于拆卸和安装,包括从夹管机构上拆卸毛细弯管进行清洗或更换、从第五直线机构输出端拆卸金属喷管进行清洗、更换用于存储干燥气的气瓶。
3、取瓶单元适用于不同规格的样品瓶,且装载时只需要打开夹块,将样品瓶放置在底板上,即可将样品瓶自动装配到已选择的与其匹配的变径瓶盖上,并装载、提升至可让毛细弯管从中吸取样品的位置,解决了现有质谱仪需要人工装载样品瓶的问题,提高了装载效率,且能避免装载时工作人员不慎将样品瓶滑落,造成损坏。
附图说明
图1示出了本申请实施例整体立体图。
图2示出了本申请实施例取瓶单元立体图。
图3示出了本申请实施例从另一角度观察的取瓶单元立体图。
图4示出了本申请实施例取瓶单元局部爆炸图。
图5示出了本申请实施例桌体、进样锥、杯槽、收集杯立体图。
图6示出了本申请实施例喷射单元、离子通道、进样锥、杯槽立体图。
图7示出了本申请实施例喷射单元立体图。
图8示出了本申请实施例夹管机构爆炸图。
图9示出了本申请实施例图7的A部分立体图。
图10示出了本申请实施例金属喷管的剖视立体图。
图11示出了本申请实施例离子通道立体图。
图12示出了本申请实施例从另一角度观察的离子通道立体图。
图13示出了本申请实施例离子通道局部立体图。
图14示出了本申请实施例工作时的剖面示意图,包括各气体流向及离子流向。
图中标记:取瓶单元-1、第一直线机构-11、倒L型架-111、底板-12、凹槽-121、弹簧-122、滑块-123、夹块-124、第二直线机构-13、横板-131、竖框-132、滑杆-14、限位部-141、第一半圆夹-142、第二半圆夹-143、变径瓶盖-15、凹环部-151、第一齿轮-152、螺纹部-153、第一旋转电机-16、第三直线机构-17、第四直线机构-18、L型杆-181、第二旋转电机-19、第二齿轮-191、喷射单元-2、夹管机构-21、倒L型座-211、第一固定座-212、第一固定孔-213、第一弯管槽-214、第二弯管槽-215、第二固定座-216、第二固定孔-217、毛细弯管-22、第五直线机构-23、第一托板-231、第二托板-232、金属喷管-24、喷针部-241、第一管部-242、第二管部-243、第六直线机构-25、L型托盘-251、高压模块-26、吊架-261、环形电极-27、离子通道-3、第七直线机构-31、安装架-311、气瓶-32、气泵-33、汇集管-34、分气管-341、外管-35、环道-351、离子管-36、空压模块-37、雾化气喷管-371、加热模块-38、出气管-381、进样锥-4、杯槽-5、收集杯-51、样品瓶-6。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步说明。
实施例一
如图1~图14所示的一种电喷雾离子源,包括取瓶单元1、喷射单元2、离子通道3、进样锥4。
如图1~图4所示,取瓶单元1用于装载样品瓶6,取瓶单元1包括竖直设置的第一直线机构11,其输出轴一端设有倒L型架111,倒L型架111的长边下端设有底板12,底板12上端面开设有一对凹槽121,凹槽121内一端壁设有弹簧122,弹簧122一端设有滑动配合于凹槽121的滑块123,滑块123上设有夹块124,夹块124由橡胶制成且两侧面均为弧面,用于夹样品瓶6,底板12上还设有竖直设置的第二直线机构13,其输出轴一端设有横板131,横板131一端设有竖框132,竖框132内滑动配合有滑杆14,滑杆14两端设有分别与竖框132两侧面匹配的一对限位部141,一限位部141一端设有第一半圆夹142,第一半圆夹142两端设有一对通孔部,第一半圆夹142一侧装配有第二半圆夹143,第二半圆夹143两端也设有一对通孔部,第一半圆夹142两端的通孔部和第二半圆夹143两端的通孔部可通过螺杆连接,使第一半圆夹142和第二半圆夹143固定连接,第一半圆夹142和第二半圆夹143之间装配有变径瓶盖15,变径瓶盖15上下贯通地开设有管孔,变径瓶盖15包括与第一半圆夹142和第二半圆夹143匹配的凹环部151,凹环部151上端设有第一齿轮152,凹环部151下端设有与使用的样品瓶6瓶口匹配的螺纹部153,具体地,在本实施例中,螺纹部153为外螺纹,可以匹配瓶口具有内螺纹的样品瓶6,若样品瓶6瓶口具有外螺纹,螺纹部153可以为环形,环形的内部开设内螺纹,底板12一侧设有托架,托架上设有竖直设置的第一旋转电机16,其输出轴上端设有第三直线机构17,第三直线机构17输出轴一端设有侧架,侧架的一侧设有竖直设置的第四直线机构18,第四直线机构18滑动端一侧设有L型杆181,L型杆181短边一端设有竖直设置的第二旋转电机19,第二旋转电机19输出轴下端设有与第一齿轮152匹配的第二齿轮191,具体地,第一齿轮152和第二齿轮191在工作时可啮合。
如图1、图6~图10、图14所示,喷射单元2设于取瓶单元1一侧的上方,喷射单元2包括夹管机构21,夹管机构21包括倒L型座211,倒L型座211短边一端设有第一固定座212,第一固定座212一侧开设有若干第一固定孔213,第一固定座212下端设有横截面为半圆环的第一弯管槽214,第一弯管槽214一侧装配有与其匹配的第二弯管槽215,第二弯管槽215外周侧上端设有与第一固定座212匹配的第二固定座216,第二固定座216侧面开设有若干第二固定孔217,第二固定孔217贯通第二固定座216两侧面且与第一固定孔213匹配,通过螺杆连接第一固定孔213和第二固定孔217,可固定连接第一弯管槽214和第二弯管槽215,具体地,第一弯管槽214和第二弯管槽215均采用橡胶制成,第一弯管槽214包括竖直部、水平部及连接二者的弯部,第二弯管槽215也包括竖直部、水平部及连接二者的弯部,第一弯管槽214的竖直部、第二弯管槽215的竖直部所组成的圆环,其外径与变径瓶盖15的管孔内径匹配,第一弯管槽214和第二弯管槽215之间穿设有毛细弯管22,毛细弯管22的竖直部与变径瓶盖15同轴设置,在本实施例中,毛细弯管22采用玻璃毛细管,夹管机构21一侧设有与毛细弯管22的水平部平行的第五直线机构23,第五直线机构23设于一支架上,第五直线机构23输出轴一端设有第一支板,第一支板上端设有第一托板231,第一托板231上通过螺杆装配有第二托板232,第二托板232上端设有第二支板,第二支板上设有与毛细弯管22同轴的金属喷管24,金属喷管24一端设有外径从内端向外端减小的喷针部241,金属喷管24内包括第一管部242和部分设于喷针部241内的第二管部243,第一管部242的内径与毛细弯管22的外径匹配,第二管部243的内径与毛细弯管22的内径匹配,在工作时,毛细弯管22一端会顶在第二管部243的一端,喷射单元2还包括设于一对竖柱上的第六直线机构25,其滑动端设有L型托盘251,L型托盘251的横部上端面设有高压模块26,在本实施例中,高压模块26采用微型高压模块,其可产生幅值为3500V~5000V的电压,高压模块26一端设有吊架261,吊架261下端设有套设于金属喷管24外周侧的环形电极27,在工作时,环形电极27向喷针部241内施加电压。
夹管机构21的设置,可以很好地保护毛细弯管22,避免其破损。
设置第六直线机构25的目的在于,能够移开环形电极27,便于将金属喷管24拆下进行清洗,否则金属喷管24会被环形电极27阻挡,无法拆下。
如图1、图6、图11~图14所示,离子通道3设于喷射单元2一侧下方,离子通道3包括与金属喷管24长度方向垂直的第七直线机构31,其滑动端上设有安装架311,安装架311上放置有存储干燥气的气瓶32,气瓶32输出端设有气泵33,气泵33也设于安装架311上,在本实施例中,干燥气采用氮气,气泵33采用调速风泵,气泵33的输出端与气瓶32的输入端通过法兰连接,气泵33的输出端设有汇集管34,汇集管34外周侧上设有若干分气管341,安装架311上还设有外管35,外管35一端成形有安装环,安装环侧面贯通地开设有安装口,安装口内穿设有与外管35同轴的离子管36,且离子管36内径与第二管部243的内径匹配,在工作时,离子管36与金属喷管24同轴设置,外管35另一端内径从内向外变窄,离子管36的端部外径也从内向外变窄,外管35内周侧与离子管36之间形成有用于通干燥气的环道351,环道351包括水平环形段,以及由外管35收窄端和离子管36收窄端之间形成的斜面环形段,使得干燥气可在外管35的外侧形成干燥气帘,外管35外周侧上端设有空压模块37,在本实施例中,空压模块37采用微型空气压缩机,空压模块37输入端直接输入空气,空压模块37输出端设有雾化气喷管371,具体地,雾化气喷管371为弯曲状,在工作时,雾化气喷管371的竖直段在喷针部241和外管35之间的上方,由于直接输入空气,在本实施例中,直接将压缩空气作为雾化气即可,分气管341一端设有加热模块38,加热模块38固定于离子管36外周侧,在本实施例中,加热模块38采用直线空气加热器,加热模块38另一端设有穿设于外管35的安装环侧面的出气管381。
设置第七直线机构31的目的在于,移动气瓶32到更接近工作人员的位置,便于更换,同时,还可以在金属喷管24或环形电极27滑动过来时,进行避让。
如图1、图5~图6所示,进样锥4设于离子管36的出离子端,用于向质谱仪的质量分析器输送离子,进样锥4设于一锥座上。
如图1、图5~图6所示,本申请的电喷雾离子源还包括桌体,桌体上设有杯槽5,杯槽5内可放置用于收集废液的收集杯51,收集杯51在工作时位于雾化气喷管371的竖直段下方,倒L型座211、支架、竖柱、第七直线机构31、锥座均设于桌体上端面,也就是说喷射单元2、离子通道3、进样锥4均设于桌体上,另外,取瓶单元1设于桌体一侧。
在本实施例中,第一直线机构11、第二直线机构13、第三直线机构17、第五直线机构23采用单轴直线气缸;第四直线机构18、第六直线机构25、第七直线机构31采用无杆直线气缸。
工作方式:
首先,根据要使用的样品瓶6规格,可选择具有与其瓶口匹配的螺纹部153的变径瓶盖15,将变径瓶盖15安装在第一半圆夹142和第二半圆夹143之间。
工作人员将样品瓶夹在两个夹块124之间,然后通过第二直线机构13降下变径瓶盖15,变径瓶盖15接触到样品瓶6的瓶口时,会被瓶口顶起,滑杆14随之上滑,然后通过第四直线机构18调整第二齿轮191的高度,使其与变径瓶盖15对齐,然后通过第三直线机构17推动第二齿轮191啮合第一齿轮152,然后启动第二旋转电机19,转动第二齿轮191,使第一齿轮152转动,此时变径瓶盖15往瓶口内下降,同时滑杆14也在竖框132内下降,与此同时,需要通过第四直线机构18同步降下第二齿轮191,使其始终与第一齿轮152位于同一高度,变径瓶盖15完全拧入样品瓶6的瓶口后,可通过第三直线机构17拉走第四直线机构18,再通过第一旋转电机16移开第三直线机构17,以及第三直线机构17输出轴所连接的各部件,避免后面样品瓶6上升时阻挡。
通过第一直线机构11升起底板12,使变径瓶盖15吊起样品瓶6,直到第一弯管槽214的竖直部、第二弯管槽215的竖直部所组成的圆环穿过样品瓶6,并使得毛细弯管22底端靠近样品瓶6内的底壁,具体地,距离底壁的高度可以为2mm~10mm。
通过第五直线机构23将金属喷管24移动到贴紧毛细弯管22的水平部一端的位置,通过第六直线机构25移动高压模块26,使环形电极27位于金属喷管24尖端。
通过第七直线机构31移动安装架311,使离子管36一端,也就是其和外管35均收窄的一端,对准金属喷管24尖端。
此时同时启动高压模块26、空压模块37、气泵33。如图14所示,一方面,空压模块37将压缩空气沿b箭头方向喷出,使金属喷管24尖端的空气流速增大,压力减小,样品瓶6内的样品被沿a箭头方向从金属喷管24吸出,具体地,是从喷针部241吸出,吸出后,作为雾化气的压缩空气的压力,施加在样品液体上,形成较小的雾滴,由于环形电极27在金属喷管24出口处施加了高电压,样品的极性离子倾向于转移到雾滴的表面;另一方面,干燥气依次经过气瓶32、气泵33、汇集管34、分气管341,由加热模块38加热后,再通过出气管381进入环道351,最后干燥气沿c箭头方向喷出,形成圆环的干燥气帘,加热的干燥气对雾滴起到脱溶剂化的作用,通过热量交换,使雾滴气化,并且阻挡雾滴中的中性分子进入离子管36内,使离子聚焦。
通过上面的步骤,样品中的离子沿d箭头的方向进入离子管36,进而即可通过进样锥4进入质谱仪的质量分析器。
由于样品6的流动,在喷射单元2和离子通道3的长期使用过程中,需要清洗或更换部件,以避免样品残留对后续质谱分析的干扰,具体涉及以下几个部件的拆卸和安装:
1、通过拆卸、安装第一固定孔213和第二固定孔217之间的螺杆,可以分离第一弯管槽214和第二弯管槽215,然后清洗或更换毛细弯管22;
2、通过先用第六直线机构25移开高压模块26,即移开环形电极27,然后通过第五直线机构23推出金属喷管24,再拆卸、组装第一托板231和第二托板232,可以清洗金属喷管24;
3、拆除气泵33的输出端与气瓶32的输入端的连接,可更换气瓶32。
实施例二
一种质谱仪,采用实施例一的电喷雾离子源,例如该电喷雾离子源可位于质谱仪靠外侧的位置,便于操作,由于电喷雾离子源可在大气压环境下工作,无需设置复杂的密封结构。
以上仅为本申请列举的部分实施例,并不用于限制本申请。
Claims (9)
1.一种电喷雾离子源,其特征在于,包括:
取瓶单元(1),用于装载样品瓶(6);
喷射单元(2),设于取瓶单元(1)一侧的上方,包括夹管机构(21),夹管机构(21)包括第一弯管槽(214),其一侧装配有第二弯管槽(215),夹管机构(21)内穿设有毛细弯管(22),夹管机构(21)一侧设有第五直线机构(23),其输出轴一端装配有与毛细弯管(22)同轴的金属喷管(24),喷射单元(2)还包括第六直线机构(25),其滑动端设有高压模块(26),高压模块(26)一端的下方设有套设于金属喷管(24)外周侧的环形电极(27);
离子通道(3),设于喷射单元(2)一侧下方,包括干燥气组件,其一端设有外管(35),外管(35)一端成形有安装环,安装环内穿设有与外管(35)同轴的离子管(36),外管(35)另一端内径从内向外变窄,离子管(36)的端部外径也从内向外变窄,外管(35)外周侧上端设有空压模块(37),其输出端设有雾化气喷管(371);
进样锥(4),设于离子管(36)的出离子端,用于向质谱仪的质量分析器输送离子。
2.根据权利要求1所述的电喷雾离子源,其特征在于,取瓶单元(1)包括竖直设置的第一直线机构(11),其输出轴一端设有倒L型架(111),倒L型架(111)的长边下端设有底板(12),底板(12)上端面开设有一对凹槽(121),凹槽(121)内一端壁设有弹簧(122),弹簧(122)一端设有滑动配合于凹槽(121)的滑块(123),滑块(123)上设有夹块(124),底板(12)上还设有竖直设置的第二直线机构(13),其输出轴一端设有横板(131),横板(131)一端设有竖框(132),竖框(132)内滑动配合有滑杆(14),滑杆(14)一端设有第一半圆夹(142),第一半圆夹(142)一侧装配有第二半圆夹(143),第一半圆夹(142)和第二半圆夹(143)之间装配有变径瓶盖(15),变径瓶盖(15)上下贯通地开设有管孔,变径瓶盖(15)包括与第一半圆夹(142)和第二半圆夹(143)匹配的凹环部(151),凹环部(151)上端设有第一齿轮(152),凹环部(151)下端设有与样品瓶(6)瓶口匹配的螺纹部(153),底板(12)一侧设有竖直设置的第一旋转电机(16),其输出轴上端设有第三直线机构(17),第三直线机构(17)输出轴一端设有竖直设置的第四直线机构(18),第四直线机构(18)滑动端一侧设有竖直设置的第二旋转电机(19),第二旋转电机(19)输出轴下端设有与第一齿轮(152)匹配的第二齿轮(191)。
3.根据权利要求1所述的电喷雾离子源,其特征在于,夹管机构(21)包括倒L型座(211),倒L型座(211)短边一端设有第一固定座(212),第一固定座(212)一侧开设有若干第一固定孔(213),第一弯管槽(214)设于第一固定座(212)下端,第二弯管槽(215)外周侧上端设有与第一固定座(212)匹配的第二固定座(216),第二固定座(216)侧面开设有若干第二固定孔(217),第二固定孔(217)贯通第二固定座(216)两侧面且与第一固定孔(213)匹配,毛细弯管(22)穿设于第一弯管槽(214)和第二弯管槽(215)之间。
4.根据权利要求1所述的电喷雾离子源,其特征在于,金属喷管(24)一端设有喷针部(241),金属喷管(24)内包括第一管部(242)和部分设于喷针部(241)内的第二管部(243),第一管部(242)的内径与毛细弯管(22)的外径匹配,第二管部(243)的内径与毛细弯管(22)的内径匹配。
5.根据权利要求1所述的电喷雾离子源,其特征在于,高压模块(26)一端设有吊架(261),环形电极(27)设于吊架(261)下端。
6.根据权利要求1所述的电喷雾离子源,其特征在于,干燥气组件包括存储干燥气的气瓶(32),气瓶(32)输出端设有气泵(33),气泵(33)的输出端设有汇集管(34),汇集管(34)外周侧上设有若干分气管(341),分气管(341)一端设有加热模块(38),加热模块(38)另一端设有穿设于外管(35)的安装环侧面的出气管(381)。
7.根据权利要求1所述的电喷雾离子源,其特征在于,外管(35)内周侧与离子管(36)之间形成有用于通干燥气的环道(351),环道(351)包括水平环形段,以及由外管(35)收窄端和离子管(36)收窄端之间形成的斜面环形段。
8.根据权利要求6所述的电喷雾离子源,其特征在于,离子通道(3)包括与金属喷管(24)长度方向垂直的第七直线机构(31),其滑动端上设有安装架(311),气瓶(32)、气泵(33)、外管(35)均设于安装架(311)上。
9.一种质谱仪,其特征在于,包括权利要求1~8中任一项所述的电喷雾离子源。
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