CN210071591U - 真空过渡装置及含有该真空过渡装置的质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种真空过渡装置及含有该真空过渡装置的质谱仪。该真空过渡装置通过在一体成型的真空腔体内开设第一级真空腔和第二级真空腔，之间通过真空分级块隔开并连通，形成多级真空过渡系统。具有该多级真空过渡系统的真空过渡装置应用在质谱仪中时，能够有效缩短电离激光距离空气动力学透镜出口的距离，可以减少粒子飞出透镜后的发散现象对仪器打击率的影响，提高仪器的打击率，从而提高仪器单位时间获得谱峰信号的数量。该真空过渡装置结构简单，简化了传统的质谱仪的真空结构，从而有利于降低仪器的整体高度尺寸，缩小仪器的体积。该真空过渡装置有利于大大减小真空过渡腔体的体积，有利于减少真空过渡腔抽真空的时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及质谱检测技术领域，尤其是涉及一种真空过渡装置及含有该真空过渡装置的质谱仪。
背景技术
大气气溶胶对环境以及人体健康有巨大的影响，越来越受到重视。大气气溶胶的来源以及演变复杂，深入研究其来源特性、理化性质以及演变机理困难。单颗粒气溶胶质谱仪作为一种新型的气溶胶分析仪器，能够从单个颗粒的层面上测量颗粒的尺寸大小和化学组成，对于研究大气颗粒物的种类、混合状态、演变过程及来源解析具有重要的作用。
单颗粒气溶胶质谱仪主要由进样系统、真空系统、激光测径系统、电离系统、质量分析器等组成。如图1所示，传统的真空系统将仪器内部分成三级过渡的真空结构，仪器正常工作时，首先关闭真空阀门10，由机械泵和分子泵工作，通过抽气口11a、11b、11c、11d和11e将仪器内部抽成真空状态，使进样口12和仪器内部第一级真空腔室13形成压力差，待测样品在压力差的作用下，首先经过进样系统，将样品中的气溶胶颗粒物汇聚成穿过空气动力学透镜中心的颗粒束，汇聚好的颗粒束进入到第二级真空腔室14内的激光测径系统，颗粒物飞过第一束测径激光15产生的散射光被光电倍增管(PMT)检测后触发计时器，并记录脉冲触发信号的时刻T0，颗粒物继续飞行到间距为L的第二束激光处，颗粒物飞过第二束测径激光16产生的散射光被第二个PMT检测到，并记录脉冲触发信号的时刻T1；根据粒子的飞行时间差，计算得到颗粒物的粒径以及速度等信息；然后粒子继续飞行到第三级真空腔室17内，并根据脉冲触发信号产生的时刻T1，计算得到T2时刻，使得粒子飞到电离激光18电离位置的同时电离系统运行，将颗粒物电离，电离后的带电离子在质量分析器内被分析，得到颗粒组成成分信息。
由仪器的工作原理可知，真空系统是单颗粒气溶胶质谱仪的一个重要组成部分。质量分析器内部的微通道板(MCP)需要一般工作在1×10-4Pa以下的高真空环境中。仪器打开真空阀门进样时，需要仪器内部跟进样口有一定的压力差，又要保证质量分析器内的真空度不超过MCP正常工作所要求的真空度，同时还要考虑到分子泵的抽气能力，防止其工作过载，所以就需要设计合理的真空过渡结构来满足仪器正常运行时的真空度要求。传统的在单颗粒气溶胶质谱仪上，常见的真空过渡结构是将第一级真空和第三级真空之间用一个单独的腔体隔开作为过渡的第二级真空腔体，或者用若干个零部件相互锁紧连接在一起组成一个第二级真空过渡腔体。然而，传统的这类真空过渡结构零部件多，结构复杂，使电离激光的位置距透镜出口的位置较远，由于粒子从空气动力学透镜末端飞出时有一定的发散，距离透镜出头距离越远，粒子的发散现象越明显，会使粒子通过第一束和第二束测径激光后，不一定会通过第三束电离激光，造成仪器的打击效率下降；并且真空过渡结构的过渡腔体体积相对大，过渡级腔体抽真空的时间长。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种真空过渡装置及含有该真空过渡装置的质谱仪，以解决传统的质谱仪真空过渡结构的结构复杂、需要抽真空的时间长等问题。
一种真空过渡装置，包括真空腔体和真空分级块；整个所述真空腔体为一体成型的结构，所述真空腔体设有第一级真空腔和第二级真空腔，并设有分别与所述第一级真空腔和所述第二级真空腔连通的第一抽气口和第二抽气口，所述真空腔体对应于所述第一级真空腔具有第一连接端且对应于所述第二级真空腔具有第二连接端；所述第一级真空腔与所述第二级真空腔之间设有连通于所述第一级真空腔与所述第二级真空腔的安装孔，所述真空分级块安装于所述安装孔，所述真空分级块具有过样孔。
在其中一个实施例中，所述真空过渡装置还包括上盖，所述上盖具有加样孔；
所述真空腔体在所述第一连接端与所述上盖密封连接。
在其中一个实施例中，所述真空分级块上的过样孔与所述上盖的加样孔共轴设置。
在其中一个实施例中，所述真空腔体的第一连接端与所述上盖之间通过第一密封圈密封抵接。
在其中一个实施例中，所述真空分级块与所述第一级真空腔的内壁密封抵接。
在其中一个实施例中，所述真空腔体在所述第二连接端具有安装台。
在其中一个实施例中，所述第一级真空腔的尺寸大于所述第二级真空腔的尺寸。
在其中一个实施例中，所述真空过渡装置还包括真空规，所述真空规安装在所述真空腔体上以用于检测所述第一级真空腔和/或所述第二级真空腔的真空度。
一种质谱仪，包括进样系统、激光测径系统、电离系统、质量分析器和上述任一实施例所述的真空过渡装置；所述进样系统在所述真空腔体的第一连接端与所述第一级真空腔连通，所述真空腔体的第二连接端与所述质量分析器连接且所述第二级真空腔与所述质量分析器内第三级真空腔连通，所述激光测径系统用于测量进入所述第三级真空腔内的待测物的粒径信息，所述电离系统用于使所述激光测径系统测径后的待测物电离。
在其中一个实施例中，所述进样系统、所述过样孔及所述质量分析器的进样口共轴设置。
上述真空过渡装置通过在一体成型的真空腔体内开设第一级真空腔和第二级真空腔，第一级真空腔与第二级真空腔之间通过真空分级块隔开并连通，形成多级真空过渡系统。具有该多级真空过渡系统的真空过渡装置应用在质谱仪中时，能够有效缩短电离激光距离空气动力学透镜出口的距离，可以减少粒子飞出透镜后的发散现象对仪器打击率的影响，提高仪器的打击率，从而提高仪器单位时间获得谱峰信号的数量。该真空过渡装置结构简单，简化了传统的质谱仪的真空结构，从而有利于降低仪器的整体高度尺寸，缩小仪器的体积。该真空过渡装置有利于大大减小真空过渡腔体的体积，有利于减少真空过渡腔抽真空的时间。
附图说明
图1为传统的单颗粒气溶胶质谱仪的部分结构的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例真空过渡装置配合进样系统的结构示意图；
图3a、3b和3c分别为图2中真空过渡装置的不同的部分剖视图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设于”、“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请结合图2、图3a、3b和3c，本实用新型一实施例提供了一种真空过渡装置100，其包括真空腔体110和真空分级块120。
整个真空腔体110为一体成型的结构，其形状可以是但不限于正方体形、长方体形或其他形状的块状或柱状结构。真空腔体110设有第一级真空腔111 和第二级真空腔112，并设有分别与第一级真空腔111和第二级真空腔112连通的第一抽气口113和第二抽气口114。第一级真空腔111和第二级真空腔112的形状可以是但不限于圆柱形、方柱形腔等。真空腔体110对应于第一级真空腔 111具有第一连接端115且对应于第二级真空腔112具有第二连接端116。真空腔体110的材质可以是但不限于是金属材质，也可以是其他强度满足要求的非金属材质。
第一级真空腔111与第二级真空腔112是过渡性的真空通道，其设置位置可以是但不限于分别开设在真空腔体110的两端，例如还可以是开设在相邻的两个侧面上等。
第一抽气口113和第二抽气口114分别用于供外接抽真空设备如分子泵等安装。第一抽气口113与第二抽气口114的形状和结构与外接抽真空设备的连接部位相适配，其与第一级真空腔111和第二级真空腔112连通的孔道可以设置为螺纹孔，以便于外接抽真空设备的连接头安装连接。
第一抽气口113和第二抽气口114可以在但不限于真空腔体110的相对的两个侧壁上设置，也可以在相邻的两个侧壁设置。
在本实施例中，第一级真空腔111与第二级真空腔112之间设有连通于第一级真空腔111与第二级真空腔112的安装孔(图中为标示)。真空分级块120 安装于该安装孔，以用于隔开第一级真空腔111和第二级真空腔112。真空分级块120具有过样孔121。
在一个具体示例中，真空过渡装置100还包括上盖130。上盖130上设有加样孔131。真空腔体110在第一连接端115与上盖130密封连接。上盖130上设有安装孔位132，以用于与其他系统连接，如图2所示，用于与进样系统200连接。
更具体地，真空腔体110的第一连接端115与上盖130之间通过第一密封圈140密封抵接。在真空腔体110的第一连接端115设有安装槽，第一密封圈 140可卡在该安装槽中，以实现对真空腔体110与上盖130的密封配合。可理解，在其他示例中，第一密封圈140的安装位置不限于上面所述，并且真空腔体110 与上盖130也不限于按照上面的方式或结构来实现密封连接。
进一步，真空分级块120上的过样孔121与上盖130的加样孔131共轴设置，以保证样品在运动时基本沿着一条直线运动，不会发生偏差而影响打击率。
在一个具体示例中，真空分级块120与第一级真空腔111的内壁密封抵接。具体地，第一级真空腔111与第二级真空腔112之间的内壁部分围绕安装真空分级块120的安装孔设有安装槽，该安装槽中设有第二密封圈150，真空分级块 120通过该第二密封圈150与第一级真空腔111的内壁密封抵接。
在图示的具体示例中，真空腔体110在第二连接端116具有安装台117。安装台117上具有安装孔位118，以用于与其他系统实现安装连接。
上述真空过渡装置100通过第一级真空腔111和第二级真空腔112构成多级真空过渡系统，由于真空腔体110为一体成型的结构，第一级真空腔111与第二级真空腔112直接在该一体成型的结构中开设而成，整体结构简单，便于安装。优选的，第一级真空腔111的尺寸大于第二级真空腔112的尺寸，第二级真空腔112只是作为一个中间真空过渡的腔，其体积可以设计为很小，因而可以整体上减小真空腔体110的设计尺寸，有利于精简结构，降低空间占用率。
进一步，在一个具体示例中，真空过渡装置100还包括真空规(图未示)。真空规安装在真空腔体110上以用于检测第一级真空腔111和/或第二级真空腔 112的真空度。
此外，请结合图2，本实用新型还提供了一种质谱仪，其包括进样系统200、激光测径系统、电离系统、质量分析器和上述真空过渡装置100。进样系统200 在真空腔体110的第一连接端115与第一级真空腔111连通，真空腔体110的第二连接端116与质量分析器连接且第二级真空腔112与质量分析器内第三级真空腔连通，激光测径系统用于测量进入第三级真空腔内的待测物的粒径信息，电离系统用于使激光测径系统测径后的待测物电离。第二级真空腔112实现从进样系统200、第一级真空腔111到质量分析器内的第三级真空腔之间的过渡。
优选的，进样系统200、过样孔121及质量分析器的进样口共轴设置，以保证样品在运动时基本沿着一条直线运动，不会发生偏差而影响打击率。
上述真空过渡装置100通过在一体成型的真空腔体110内开设第一级真空腔111和第二级真空腔112，第一级真空腔111与第二级真空腔112之间通过真空分级块120隔开并连通，形成多级真空过渡系统。具有该多级真空过渡系统的真空过渡装置100应用在质谱仪中时，能够有效缩短电离激光距离空气动力学透镜出口的距离，可以减少粒子飞出透镜后的发散现象对仪器打击率的影响，提高仪器的打击率，从而提高仪器单位时间获得谱峰信号的数量。该真空过渡装置100结构简单，简化了传统的质谱仪的真空结构，从而有利于降低仪器的整体高度尺寸，缩小仪器的体积。该真空过渡装置100有利于大大减小真空过渡腔体的体积，有利于减少真空过渡腔抽真空的时间。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种真空过渡装置，其特征在于，包括真空腔体和真空分级块；整个所述真空腔体为一体成型的结构，所述真空腔体设有第一级真空腔和第二级真空腔，并设有分别与所述第一级真空腔和所述第二级真空腔连通的第一抽气口和第二抽气口，所述真空腔体对应于所述第一级真空腔具有第一连接端且对应于所述第二级真空腔具有第二连接端；所述第一级真空腔与所述第二级真空腔之间设有连通于所述第一级真空腔与所述第二级真空腔的安装孔，所述真空分级块安装于所述安装孔，所述真空分级块具有过样孔。
2.如权利要求1所述的真空过渡装置，其特征在于，还包括上盖，所述上盖具有加样孔；
所述真空腔体在所述第一连接端与所述上盖密封连接。
3.如权利要求2所述的真空过渡装置，其特征在于，所述真空分级块上的过样孔与所述上盖的加样孔共轴设置。
4.如权利要求2所述的真空过渡装置，其特征在于，所述真空腔体的第一连接端与所述上盖之间通过第一密封圈密封抵接。
5.如权利要求1所述的真空过渡装置，其特征在于，所述真空分级块与所述第一级真空腔的内壁密封抵接。
6.如权利要求1所述的真空过渡装置，其特征在于，所述真空腔体在所述第二连接端具有安装台。
7.如权利要求1所述的真空过渡装置，其特征在于，所述第一级真空腔的尺寸大于所述第二级真空腔的尺寸。
8.如权利要求1-7中任一项所述的真空过渡装置，其特征在于，还包括真空规，所述真空规安装在所述真空腔体上以用于检测所述第一级真空腔和/或所述第二级真空腔的真空度。
9.一种质谱仪，其特征在于，包括进样系统、激光测径系统、电离系统、质量分析器和如权利要求1-8中任一项所述的真空过渡装置；所述进样系统在所述真空腔体的第一连接端与所述第一级真空腔连通，所述真空腔体的第二连接端与所述质量分析器连接且所述第二级真空腔与所述质量分析器内第三级真空腔连通，所述激光测径系统用于测量进入所述第三级真空腔内的待测物的粒径信息，所述电离系统用于使所述激光测径系统测径后的待测物电离。
10.如权利要求9所述的质谱仪，其特征在于，所述进样系统、所述过样孔及所述质量分析器的进样口共轴设置。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2022000978A1 (zh) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 广州禾信仪器股份有限公司 | 宽粒径范围的气溶胶质谱进样装置及气溶胶质谱仪 |
| CN116072506A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-05-05 | 西北核技术研究所 | 颗粒物进样装置、气溶胶质谱仪、单颗粒直径测量方法 |
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- 2019-02-21 CN CN201920218903.5U patent/CN210071591U/zh active Active
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