CN117288829A - 一种气体生成检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种气体生成检测系统。壳体内部依次设置有电离室、四极杆质量分析器以及离子检测器，外部设置有分子泵和真空规，分子泵连接有前级泵，离子检测器连接有电脑显示组件；电离室连接有进气系统。本发明的气体生成检测系统，待测气体通过进气系统进入电离室，电离室产生的电子与电离室内的待测气体分子相碰导致其电离；产生的离子加速聚焦后进入四极杆质量分析器；在四极场的影响下，不同的离子在不同时间通过四极杆质量分析器，到达离子检测器；离子检测器分时对不同离子的离子流放大检测，再经过微弱信号放大、滤波、叠加等处理，将谱图绘制于电脑显示组件上。具有结构简单、检测准确方便、能耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种气体生成检测系统。
背景技术
传统的工业检测技术大多采用离线检测技术，即将待测气体经过抽样、预处理，脱离生产线进行定性定量检测。离线检测技术在进行分析前需要将待测气体导出生产线，这个过程使得待测气体无法在与生产过程同等的压力、温度、湿度等条件下进行分析，检测出的数据不够准确；而且离线检测技术速度慢，需要几十分钟甚至几个小时进行收集、采样、处理、分析等不能进行实时检测；此外，待测样品在导出生产线之后到被分析之前，由于条件的变化可能发生冷凝或者发生其他的化学反应，这样降低了检测的准确性。因此，目前在线实时检测技术逐渐成为主流。
近年来，随着计算机与电子技术的发展，仪器的可靠性得到提升，仪器结构得到简化，在线检测分析技术也日趋进步。目前，工业在线检测分析的方法有很多，例如在发酵工业中主要有红外分析、色谱在线分析和过程质谱分析技术这些分析技术在一定程度上满足了发酵工业过程在线检测的需求，但是在使用过程中也暴露出一些不足。
其中红外分析方法能同时检测的目标气体较少，而且气体湿度、气体流量等因素都会影响到设备在检测过程中的稳定性。再者，红外分析仪采样密度不能太大，一台红外分析仪能同时检测的气路很少，这也就难以满足大型发酵工厂大面积检测的需求。
色谱在线分析技术虽然能满足工艺控制的部分需求，但是也存在明显不足：①分析速度慢，不能满足实时性；②对载气的需求量较大；③测不同性质的物质需要更换不同的色谱柱和不同的检测器；④无法进行数量较多的流路同时测量等。
相较于前两种分析方法，过程质谱监测技术分析速度快、灵敏度高，保证了在线检测的连续性；可以同时检测多种气体的浓度，从而提供更多关于工艺状态的在线特征参数；既具有通用性，又具有选择性，几乎所有可以被电离的气体分子都能够被检测到；能同时检测十几个乃至几十个流路，可以进行大面积覆盖，从而降低成本。
正因为在线检测质谱技术的这些特点，使其广泛应用于有机化学、生物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工、工业过程检测等领域以及空间技术和公安工作等特种分析领域。
在线过程质谱仪器的结构中，电离源是质谱仪的“心脏”，它的功能是将进入到电离室的待测气体分子转化成离子，待测物的离子化是质谱分析的首要环节。电离源的性能对仪器的多项指标都有很大影响，能否对样品有效地电离会直接影响到可检测气体类型、气体浓度的检测限和质谱仪灵敏度等重要参数，因此对质谱电离源的研究具有极其重要的意义。目前，在线过程质谱仪广泛采用70eV电子轰击电离技术，由于70eV的电子能量较高，在导致高电离效率的同时，也会引起气体分子的碎裂，这样就会产生大量的碎片离子。碎片离子峰的重叠现象不仅导致谱图难以解析、谱峰识别困难，而且还会造成检测结果不准确，影响定性定量。因此，需要设计一种新的检测系统。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种气体生成检测系统。
本发明采用的技术方案是：一种气体生成检测系统，包括壳体，在该壳体内部依次设置有电离室、四极杆质量分析器以及离子检测器，在所述的壳体外部设置有分子泵和真空规，该分子泵连接有前级泵，所述的离子检测器连接有电脑显示组件；所述的电离室连接有进气系统。
为更好地实现本发明，在所述的电离室的前后两端设置有灯丝，每个灯丝配合有一个磁铁；左端设置有推斥极，右端设置有透镜组件，该透镜组件与所述的四极杆质量分析器位置对应，在所述的四极杆质量分析器内设置有四极杆组件。
为更好地实现本发明，在所述的电离室的外侧设置有与推斥极配合的加热片。
为更好地实现本发明，在所述的电离室的室壁上设置有位置与灯丝位置对应的栅网。
为更好地实现本发明，所述的透镜组件包括从左到右依次设置的拉出透镜、聚焦透镜以及逐出透镜，在所述的逐出透镜的右侧设置有离子出口，该离子出口与所述的四极杆组件位置对应。
为更好地实现本发明，在所述的离子检测器处配合有电子倍增器。
为更好地实现本发明，所述的进气系统包括缓冲稳压腔，该缓冲稳压腔连接有进气袋并配合有针阀，所述的缓冲稳压腔还连接有真空采样泵并配合有真空截止阀；在所述的缓冲稳压腔上还设置有与电离室连接的进样毛细管。
为更好地实现本发明，所述的进气袋连接有质流量控制器，该质流量控制器连接有进气管。
为更好地实现本发明，在所述的电离室处设置有与电脑显示组件连接的温度传感器。
为更好地实现本发明，所述的电脑显示组件采用触摸控制显示屏。
本发明的有益效果体现在：本发明的一种气体生成检测系统，通过壳体、电离室、四极杆质量分析器、离子检测器、分子泵、真空规、前级泵、电脑显示组件以及进气系统等的配合，待测气体通过进气系统进入电离室，电离室产生的电子与电离室内的待测气体分子相碰导致其电离；待测气体分子电离后产生的离子在推斥极与透镜组件的共同作用下，加速聚焦后进入四极杆质量分析器；在四极场的影响下，不同的离子在不同时间通过四极杆质量分析器，到达离子检测器；离子检测器分时对不同离子的离子流放大检测，再经过微弱信号放大、滤波、叠加等处理，将谱图绘制于电脑显示组件上。具有结构简单、检测准确方便、能耗低等优点。
在电离室的前后两端设置有灯丝，每个灯丝配合有一个磁铁；左端设置有推斥极，右端设置有透镜组件，该透镜组件与所述的四极杆质量分析器位置对应，在所述的四极杆质量分析器内设置有四极杆组件。通电给灯丝，让其产生电子，电子进入电离室轰击气体分子产生离子，在推斥极与透镜组件的共同作用下，加速聚焦后进入四极杆质量分析器；加入磁通材料使两块磁铁形成导磁回路后，磁铁中心轴线处的磁通密度增强，这样使电子的螺旋半径变小，有利于电子束的束缚，防止有些电子扩散到电离室外壁，也更有利于对电离室内离子的束流作用，在相同需求条件下可以减少电压，70eV电子可以降低成35eV电子，从而大大降低了能耗。加入磁通材料后更有利于电离源电离效率的提高。
电离室的外侧设置有与推斥极配合的加热片。所述的加热片一般采用加热陶瓷片，用于为电离室加热，温度范围一般为常温至200°，有效地保证离子源的干净和提高抗污染能力，安装时，在推斥极端紧贴电离室外壁安装。
电离室的室壁上设置有位置与灯丝位置对应的栅网。栅网结构弥补了狭缝结构电子透过率低的问题，而且对电离室内电场分布不会有太大影响。电离室内一些速度较慢的电子在电场线的影响下，会穿过另一侧栅网而到达电子接收极，那这些电子引出电离室后就不会影响待测气体的电离过程，从而提高电离效率。
透镜组件包括从左到右依次设置的拉出透镜、聚焦透镜以及逐出透镜，在所述的逐出透镜的右侧设置有离子出口，该离子出口与所述的四极杆组件位置对应。透镜组件对应的三片电极安装时保持同轴心，其中拉出电极电压控制在-3V～-18V，用于配合推斥极将电离后的离子拉出电离室；聚焦电极电压控制在-120V～-220V，用于将离子流聚焦于轴线上；逐出电极电压控制在-15V～-35V，用于将离
子流逐出透镜组件至四极杆质量分析器。
离子检测器处配合有电子倍增器。电子倍增器，形状为漏斗状，其工作原理为当一个高速的带电粒子撞击到电子倍增器内壁上，可产生数个二次电子，在二次电子穿越通道管的过程中，它会多次碰撞到通道管的内壁上，就会连续的产生一连串大量的二次电子，电子流最终到达阳极进行检测。
进气系统包括缓冲稳压腔，该缓冲稳压腔连接有进气袋并配合有针阀，所述的缓冲稳压腔还连接有真空采样泵并配合有真空截止阀；在所述的缓冲稳压腔上还设置有与电离室连接的进样毛细管。针阀用于控制从进气袋进入缓冲稳压腔的微弱气流。缓冲稳压腔用于在待测气体进入质谱之前，将气压稳定于一个特定值。缓冲稳压腔侧壁安装有薄膜电阻规，用于监测缓冲稳压腔内的气压。
进气袋连接有质流量控制器，该质流量控制器连接有进气管。待测气体流路设置有一个质流量控制器，用于控制流路的开关与流量的大小。
电离室处设置有与电脑显示组件连接的温度传感器。温度传感器紧贴电离室壁，用于测量并反馈电离室温度，以达到电离室温度的实时监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种气体生成检测系统的一种结构示意图；
图2为本发明的一种气体生成检测系统的电离室的一种结构示意图；
图3为本发明的一种气体生成检测系统的进气系统的一种结构示意图；
附图中，1—壳体，2—电离室，3—四极杆质量分析器，4—四极杆组件，5—电子倍增器，6—离子检测器，7—灯丝，8—磁铁，9—推斥极，10—加热片，11—透镜组件，12—温度传感器，13—分子泵，14—真空规，15—前级泵，16—电脑显示组件，17—栅网，18—拉出透镜，19—聚焦透镜，20—逐出透镜，21—缓冲稳压腔，22—进气袋，23—质流量控制器，24—进气管，25—针阀，26—真空采样泵，27—真空截止阀，28—进样毛细管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”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，或者是该公开产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，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公开中的具体含义。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所述领域技术人员所理解的通常意义。
实施例：
如图1至图3所示，本发明的一种气体生成检测系统，包括壳体1，在该壳体1内部依次设置有电离室2、四极杆质量分析器3以及离子检测器6，在所述的壳体1外部设置有分子泵13和真空规14，该分子泵13连接有前级泵15，所述的离子检测器6连接有电脑显示组件16；所述的电离室2连接有进气系统。本发明的一种气体生成检测系统，通过壳体1、电离室2、四极杆质量分析器3、离子检测器6、分子泵13、真空规14、前级泵15、电脑显示组件16以及进气系统等的配合，待测气体通过进气系统进入电离室2，电离室2产生的电子与电离室2内的待测气体分子相碰导致其电离；待测气体分子电离后产生的离子在推斥极与透镜组件11的共同作用下，加速聚焦后进入四极杆质量分析器3；在四极场的影响下，不同的离子在不同时间通过四极杆质量分析器3，到达离子检测器；离子检测器6分时对不同离子的离子流放大检测，再经过微弱信号放大、滤波、叠加等处理，将谱图绘制于电脑显示组件16上。具有结构简单、检测准确方便、能耗低等优点。所述的离子检测器6采用法拉第杯，是一种由金属材质制成测量带电粒子入射强度的真空检测器，通常设计成杯状。当带电粒子打到法拉第杯上，法拉第杯会产生一个电流，测得的电流可以判定入射电子或离子的数量。法拉第杯自身增益为1，因此其灵敏度较低，通常将其作为倍增器的补充，在低真空环境下工作。
作为一种优选的实施方式，在所述的电离室2的前后两端设置有灯丝7，每个灯丝7配合有一个磁铁8；左端设置有推斥极9，右端设置有透镜组件11，该透镜组件11与所述的四极杆质量分析器3位置对应，在所述的四极杆质量分析器3内设置有四极杆组件4。在本实施例中，在电离室2的前后两端设置有灯丝7，每个灯丝7配合有一个磁铁8；左端设置有推斥极9，右端设置有透镜组件11，该透镜组件11与所述的四极杆质量分析器3位置对应，在所述的四极杆质量分析器3内设置有四极杆组件4。通电给灯丝7，让其产生电子，电子进入电离室2轰击气体分子产生离子，在推斥极9与透镜组件11的共同作用下，加速聚焦后进入四极杆质量分析器3；加入磁通材料使两块磁铁8形成导磁回路后，磁铁8中心轴线处的磁通密度增强，这样使电子的螺旋半径变小，有利于电子束的束缚，防止有些电子扩散到电离室2外壁，也更有利于对电离室2内离子的束流作用，在相同需求条件下可以减少电压，70eV电子可以降低成35eV电子，从而大大降低了能耗。加入磁通材料后更有利于电离源电离效率的提高。
作为一种优选的实施方式，在所述的电离室2的外侧设置有与推斥极9配合的加热片10。在本实施例中，电离室2的外侧设置有与推斥极9配合的加热片10。所述的加热片10一般采用加热陶瓷片，用于为电离室2加热，温度范围一般为常温至200°，有效地保证离子源的干净和提高抗污染能力，安装时，在推斥极9端紧贴电离室2外壁安装。
作为一种优选的实施方式，在所述的电离室2的室壁上设置有位置与灯丝7位置对应的栅网17。在本实施例中，电离室2的室壁上设置有位置与灯丝7位置对应的栅网17。栅网结构弥补了狭缝结构电子透过率低的问题，而且对电离室2内电场分布不会有太大影响。电离室2内一些速度较慢的电子在电场线的影响下，会穿过另一侧栅网17而到达电子接收极，那这些电子引出电离室2后就不会影响待测气体的电离过程，从而提高电离效率。
作为一种优选的实施方式，所述的透镜组件11包括从左到右依次设置的拉出透镜18、聚焦透镜19以及逐出透镜20，在所述的逐出透镜20的右侧设置有离子出口，该离子出口与所述的四极杆组件4位置对应。在本实施例中，透镜组件11包括从左到右依次设置的拉出透镜18、聚焦透镜19以及逐出透镜20，在所述的逐出透镜20的右侧设置有离子出口，该离子出口与所述的四极杆组件4位置对应。透镜组件11对应的三片电极安装时保持同轴心，其中拉出电极电压控制在-3V～-18V，用于配合推斥极9将电离后的离子拉出电离室2；聚焦电极电压控制在-120V～-220V，用于将离子流聚焦于轴线上；逐出电极电压控制在-15V～-35V，用于将离子流逐出透镜组件11至四极杆质量分析器3。
作为一种优选的实施方式，在所述的离子检测器6处配合有电子倍增器5。在本实施例中，离子检测器处配合有电子倍增器。电子倍增器5，形状为漏斗状，其工作原理为当一个高速的带电粒子撞击到电子倍增器5内壁上，可产生数个二次电子，在二次电子穿越通道管的过程中，它会多次碰撞到通道管的内壁上，就会连续的产生一连串大量的二次电子，电子流最终到达阳极进行检测。
作为一种优选的实施方式，所述的进气系统包括缓冲稳压腔21，该缓冲稳压腔21连接有进气袋22并配合有针阀25，所述的缓冲稳压腔21还连接有真空采样泵26并配合有真空截止阀27；在所述的缓冲稳压腔21上还设置有与电离室2连接的进样毛细管28。在本实施例中，进气系统包括缓冲稳压腔21，该缓冲稳压腔21连接有进气袋22并配合有针阀25，所述的缓冲稳压腔21还连接有真空采样泵26并配合有真空截止阀27；在所述的缓冲稳压腔21上还设置有与电离室2连接的进样毛细管28。针阀25用于控制从进气袋22进入缓冲稳压腔21的微弱气流。缓冲稳压腔21用于在待测气体进入质谱之前，将气压稳定于一个特定值。缓冲稳压腔21侧壁安装有薄膜电阻规，用于监测缓冲稳压腔21内的气压。
作为一种优选的实施方式，所述的进气袋22连接有质流量控制器23，该质流量控制器23连接有进气管24。在本实施例中，进气袋连接有质流量控制器23，该质流量控制器23连接有进气管24。待测气体流路设置有一个质流量控制器23，用于控制流路的开关与流量的大小。
作为一种优选的实施方式，在所述的电离室2处设置有与电脑显示组件16连接的温度传感器12。在本实施例中，电离室2处设置有与电脑显示组件16连接的温度传感器12。温度传感器12紧贴电离室2壁，用于测量并反馈电离室2温度，以达到电离室温度的实时监控。
作为一种优选的实施方式，所述的电脑显示组件16采用触摸控制显示屏。在本实施例中，电脑显示组件16采用触摸控制显示屏，能够方便工作人员操作和控制，也可以外加机械键盘、鼠标等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种气体生成检测系统，其特征在于：包括壳体(1)，在该壳体(1)内部依次设置有电离室(2)、四极杆质量分析器(3)以及离子检测器(6)，在所述的壳体(1)外部设置有分子泵(13)和真空规(14)，该分子泵(13)连接有前级泵(15)，所述的离子检测器(6)连接有电脑显示组件(16)；所述的电离室(2)连接有进气系统。
2.根据权利要求1所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：在所述的电离室(2)的前后两端设置有灯丝(7)，每个灯丝(7)配合有一个磁铁(8)；左端设置有推斥极(9)，右端设置有透镜组件(11)，该透镜组件(11)与所述的四极杆质量分析器(3)位置对应，在所述的四极杆质量分析器(3)内设置有四极杆组件(4)。
3.根据权利要求2所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：在所述的电离室(2)的外侧设置有与推斥极(9)配合的加热片(10)。
4.根据权利要求3所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：在所述的电离室(2)的室壁上设置有位置与灯丝(7)位置对应的栅网(17)。
5.根据权利要求4所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：所述的透镜组件(11)包括从左到右依次设置的拉出透镜(18)、聚焦透镜(19)以及逐出透镜(20)，在所述的逐出透镜(20)的右侧设置有离子出口，该离子出口与所述的四极杆组件(4)位置对应。
6.根据权利要求5所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：在所述的离子检测器(6)处配合有电子倍增器(5)。
7.根据权利要求6所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：所述的进气系统包括缓冲稳压腔(21)，该缓冲稳压腔(21)连接有进气袋(22)并配合有针阀(25)，所述的缓冲稳压腔(21)还连接有真空采样泵(26)并配合有真空截止阀(27)；在所述的缓冲稳压腔(21)上还设置有与电离室(2)连接的进样毛细管(28)。
8.根据权利要求7所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：所述的进气袋(22)连接有质流量控制器(23)，该质流量控制器(23)连接有进气管(24)。
9.根据权利要求8所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：在所述的电离室(2)处设置有与电脑显示组件(16)连接的温度传感器(12)。
10.根据权利要求1所述的一种气体生成检测系统，其特征在于：所述的电脑显示组件(16)采用触摸控制显示屏。
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2023
- 2023-09-27 CN CN202311270402.9A patent/CN117288829A/zh active Pending
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