气相分子电离腔体装置

技术领域

本发明属于化学分析仪器技术领域，具体涉及一种气相分子电离腔体装置。

背景技术

VOCs(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)是大气中常见的气态污染物。很多挥发性有机化合物的分析检测技术都需要先将被测挥发性有机化合物的中性样品分子进行电离形成产物离子，然后对产物离子信号进行检测，如化学电离质谱、大气压电离质谱、质子转移质谱、离子分子反应质谱、迁移谱、以及各种基于化学电离分析仪器等，而中性样品分子的电离是在这些仪器中的气相分子电离腔体中完成的，因此，电离腔体是挥发性有机化合物分析仪器中的重要组成部分。

目前，挥发性有机化合物分析仪器中的气相分子电离腔体装置通常是离子透镜模块之间通过阵列排放组成腔体的连接形式。这种电离腔体结构能够方便安装和拆卸，但是也由此带来了两个问题：其一是这种离子透镜模块互连的方式中，腔体的内层是金属电极的内层部分，母体离子和产物离子在碰撞运动过程中，离子信号在腔体空间中碰撞到金属电极表面时，会被金属电极俘获，从而降低了整体信号的强度；其二是电离腔体是透镜的阵列排放的组成形式，该组成方式使透镜之间存在缝隙，容易出现漏气或真空不能保持的现象；这两个问题的存在都会降低分析仪器的灵敏度和准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种气相分子电离腔体装置，旨在提高气相分子电离过程中的离子信号强度、避免外部气体进入腔体，提升分析仪器的检测灵敏度和准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种气相分子电离腔体装置，包括绝缘管和多个离子透镜模块；其中，绝缘管的管壁沿其轴向间隔分布有多个螺纹气孔，且每个螺纹气孔均与绝缘管的内腔贯通；多个离子透镜模块依次间隔套设于绝缘管上，每个离子透镜模块上均设有电极柱，且至少一个离子透镜模块上设有气路接头，气路接头径向贯穿离子透镜模块并与其中一个螺纹气孔旋接配合。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，相邻离子透镜模块之间夹设有绝缘体，各个离子透镜模块及绝缘体均沿绝缘管的轴向贯穿设置有连接孔，各个连接孔内一并穿设固定拉杆。

一些实施例中，绝缘体上沿绝缘管的周向间隔设置有多个连接孔。

示例性的，离子透镜模块包括离子电极透镜和绝缘外套，离子电极透镜套接于绝缘管上，离子电极透镜的外周壁设有适于连接电极柱的电极孔，电极孔沿离子电极透镜的径向延伸；绝缘外套固定套设于离子电极透镜的外周壁，绝缘外套上设有第一穿孔，第一穿孔与电极孔沿离子电极透镜的径向对齐；其中，电极柱的一端穿过第一穿孔并与电极孔螺接配合；绝缘外套上开设有连接孔。

举例说明，电极柱包括绝缘螺纹套、导电螺柱和固定螺柱；其中，绝缘螺纹套的侧壁设有与其内腔贯通的引线孔；导电螺柱的一端与绝缘螺纹套旋接配合，另一端与电极孔旋接配合；固定螺柱旋接于绝缘螺纹套背离导电螺柱的一端，用于配合导电螺柱的端部共同压紧引线孔穿入的电极线。

在一种可能的实现方式中，绝缘管的两端均螺接有限位螺母，限位螺母的一侧设有绝缘凸台，绝缘凸台与处于最外侧的离子透镜模块的绝缘外套抵接。

一些实施例中，设有气路接头的离子透镜模块上开设有第二穿孔，第二穿孔与第一穿孔沿离子透镜模块的周向间隔分布，且第二穿孔与其中一个螺纹气孔对齐，气路接头的一端穿过第二穿孔并与螺纹气孔旋接。

示例性的，气路接头包括第一连接段和第二连接段；其中，第一连接段设有沿其轴向贯穿的螺纹通孔，螺纹通孔用于连接外部气体接头；第二连接段设有沿其轴向贯穿的引气孔，第二连接段的一端与螺纹通孔旋接配合，第二连接段的另一端穿过第二穿孔并与螺纹气孔旋接配合。

举例说明，绝缘体包括第一绝缘环和第二绝缘环；第一绝缘环适于套设在绝缘管上；第二绝缘环套设在绝缘管上，并与第一绝缘环之间设有弹性件；其中，第一绝缘环和第二绝缘环上均开设有连接孔，弹性件用于使第一绝缘环和第二绝缘环分别弹性抵压相邻的两个离子透镜模块。

一些实施例中，第一绝缘环和第二绝缘环两者相互靠近的侧壁上均具有凹陷环面区域，两个凹陷环面区域共同围成适于容纳弹性件的安装腔。

本发明提供的气相分子电离腔体装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明气相分子电离腔体装置，利用绝缘管不仅能够在离子透镜模块内部形成绝缘腔体，从而防止腔体中的母体离子和/或气相产物离子与离子透镜模块的金属电极表面直接碰撞而产生损耗，从而保证气相产物离子的离子信号强度，不仅能够提高电离效率，还有助于提升分析仪器的检测灵敏度；此外，绝缘管作为各个离子透镜模块的安装基础，能够使各个离子透镜模块形成的电离腔体作为整体结构，从而消除相邻电离腔体之间的连接间隙，提高电离腔体的密封性，避免外部气体进入腔体而造成污染，由此而提高腔体内的气体纯度，进而提高分析仪器对气相分子检测的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气相分子电离腔体装置的剖视结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例采用的绝缘管的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例所采用的电极柱的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例所采用的气路接头的剖视结构示意图；

图6为本发明实施例所采用的离子透镜模块(无需连接气路接头)的剖视结构示意图；

图7为本发明实施例所采用的离子透镜模块(需连接气路接头)的剖视结构示意图；

图8为本发明实施例所采用的绝缘体的剖视结构示意图。

图中：10、绝缘管；11、螺纹气孔；111、绝缘堵；20、离子透镜模块；200、连接孔；21、离子电极透镜；211、电极孔；22、绝缘外套；221、第一穿孔；222、第二穿孔；30、电极柱；31、绝缘螺纹套；311、引线孔；32、导电螺柱；33、固定螺柱；40、气路接头；41、第一连接段；411、螺纹通孔；42、第二连接段；421、引气孔；50、绝缘体；500、安装腔；51、第一绝缘环；52、第二绝缘环；53、弹性件；60、固定拉杆；70、限位螺母；71、绝缘凸台。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图8，现对本发明提供的气相分子电离腔体装置进行说明。所述气相分子电离腔体装置，包括绝缘管10和多个离子透镜模块20；其中，绝缘管10的管壁沿其轴向间隔分布有多个螺纹气孔11，且每个螺纹气孔11均与绝缘管10的内腔贯通；多个离子透镜模块20依次间隔套设于绝缘管10上，每个离子透镜模块20上均设有电极柱30，且至少一个离子透镜模块20上设有气路接头40，气路接头40径向贯穿离子透镜模块20并与其中一个螺纹气孔11旋接配合。

应当解释的是，离子透镜模块20的功能在于通电后内部形成电场，本实施例中各个离子透镜模块20间隔套设在绝缘管10外周并采用紧配合装配，从而能够利用没有气路接头40的离子透镜模块20将未采用的螺纹气孔11封闭，保证绝缘管10内部形成的绝缘腔体的密封性；本实施例中各个离子透镜模块20根据实际需要分别施加相同或不同的电压，从而在各自内腔所对应的绝缘腔体范围内形成相应强度的电场，而设有气路接头40的离子透镜模块20兼具向电离腔体内引入气体(气相分子)的作用，由于不同情况下引入气体的位置存在差异，因此可根据实际需求选择相应的螺纹气孔11，从而实现绝缘管10的通用性，由于绝缘管10的作用能够避免间隔分布的离子透镜模块20相互导通，从而保证绝缘管10内部对应于各个离子透镜模块20的区域之间的电场强度差异，满足气相分子电离所需的电场环境需求。

需要说明的是，本实施例中螺纹气孔11内预装有绝缘堵111，绝缘堵111与螺纹气孔11旋接配合，在组装时只需将需要用到的绝缘堵111旋出，其余未用到的螺纹气孔11仍然通过绝缘堵111进行封堵，从而保证电离腔体的密封性，避免漏气或内部气体通过螺纹气孔11而接触离子透镜模块20的金属电极表面导致离子损耗。

本实施例中，设有气路接头40的离子透镜模块20可以是一个或者多个，其中，在仅有其中一个离子透镜模块20上设有气路接头40时，该气路接头40用于向绝缘管10内部进气(单一样品)，在有多个离子透镜模块20上设有气路接头40时，各个气路接头40可以分别连接多种不同样品的进气管路，也可以作为绝缘管10内腔的出气使用，还可以选择其中一个气路接头40用于向绝缘管10内部通入清洗气体。

本实施例提供的气相分子电离腔体装置，与现有技术相比，利用绝缘管10不仅能够在离子透镜模块20内部形成绝缘腔体，从而防止腔体中的母体离子和/或气相产物离子与离子透镜模块20的金属电极表面直接碰撞而产生损耗，从而保证气相产物离子的离子信号强度，不仅能够提高电离效率，还有助于提升分析仪器的检测灵敏度；此外，绝缘管10作为各个离子透镜模块20的安装基础，能够使各个离子透镜模块20形成的电离腔体作为整体结构，从而消除相邻电离腔体之间的连接间隙，提高电离腔体的密封性，避免外部气体进入腔体而造成污染，由此而提高腔体内的气体纯度，进而提高分析仪器对气相分子检测的准确性。

在一些实施例中，参见图1及图2，相邻离子透镜模块20之间夹设有绝缘体50，各个离子透镜模块20及绝缘体50均沿绝缘管10的轴向贯穿设置有连接孔200，各个连接孔200内一并穿设固定拉杆60。通过在相邻的离子透镜模块20之间夹装绝缘体50不仅能够提高离子透镜模块20之间的绝缘效果，而且还能够通过固定拉杆60将所有的离子透镜模块20沿绝缘管10的轴向进行张拉紧固，从而提高结构稳定性。

需要说明的是，如图2所示，在本实施例中，绝缘体50上沿绝缘管10的周向间隔设置有多个连接孔200。绝缘体50上的连接孔200不仅可以用于穿设固定拉杆60进行连接紧固，而且还可以作为级联孔而根据需求对两个或更多的离子透镜模块20进行级联，从而满足通用性需求。

一些实施例中，上述离子透镜模块20采用如图6所示结构，离子透镜模块20包括离子电极透镜21和绝缘外套22，离子电极透镜21套接于绝缘管10上，离子电极透镜21的外周壁设有适于连接电极柱30的电极孔211，电极孔211沿离子电极透镜21的径向延伸；绝缘外套22固定套设于离子电极透镜21的外周壁，绝缘外套22上设有第一穿孔221，第一穿孔221与电极孔211沿离子电极透镜21的径向对齐；其中，电极柱30的一端穿过第一穿孔221并与电极孔211螺接配合；绝缘外套22上开设有连接孔200。

离子电极透镜21主要用于通电产生电场，在其外周套设绝缘外套22一方面起到安全保护作用，避免漏电，另一方面能够使固定拉杆60穿过绝缘外套22进行张拉紧固，从而避免因固定拉杆60的连接而导致离子电极透镜21之间出现导通现象，从而提高绝缘性；电极柱30穿过第一穿孔221后与离子电极透镜21上开设的电极孔211进行螺接固定，一方面能够实现离子电极透镜21的接电，另一方面还能够对离子电极透镜21和绝缘外套22起到连接固定的作用，避免轴向窜动或周向旋转，进而保证离子透镜模块20整体结构的稳定性。

具体地，参见图4，本实施例中电极柱30包括绝缘螺纹套31、导电螺柱32和固定螺柱33；其中，绝缘螺纹套31的侧壁设有与其内腔贯通的引线孔311；导电螺柱32的一端与绝缘螺纹套31旋接配合，另一端与电极孔211旋接配合；固定螺柱33旋接于绝缘螺纹套31背离导电螺柱32的一端，用于配合导电螺柱32的端部共同压紧引线孔311穿入的电极线。接电时将电极线穿过引线孔311伸入绝缘螺纹套31之内，然后旋拧紧固螺柱即可将电极线抵压在导电螺柱32旋入绝缘螺纹套31内部的端壁上，从而实现电极线与导电螺柱32的导通，利用导电螺柱32与电极孔211之间的螺接配合而实现离子电极透镜21的接电，接电操作方便，导通稳定性高，从而能够保证电场的稳定性。

一些可能的实现方式中，请参阅图1，绝缘管10的两端均螺接有限位螺母70，限位螺母70的一侧设有绝缘凸台71，绝缘凸台71与处于最外侧的离子透镜模块20的绝缘外套22抵接。通过在绝缘管10的两端螺接限位螺母70能够对套装在绝缘管10上的各个离子透镜模块20进行整体的轴向限位，从而避免离子透镜模块20发生轴向窜动，同时也避免与螺纹气孔11连接的气路接头40承受较大的径向力(即沿绝缘管10的轴向的力)而发生漏气现象。

需要理解的是，在本实施例中，请参阅图7，设有气路接头40的离子透镜模块20上开设有第二穿孔222，第二穿孔222与第一穿孔221沿离子透镜模块20的周向间隔分布，且第二穿孔222与其中一个螺纹气孔11对齐，气路接头40的一端穿过第二穿孔222并与螺纹气孔11旋接。也就是说，第二穿孔222一并贯穿绝缘外套22和离子电极透镜21，气路接头40穿过第二穿孔222之后与相应的螺纹气孔11进行连接，从而实现气体的引入，同时还能够利用气路接头40的约束作用而避免离子透镜模块20轴向窜动和周向转动，提高离子透镜模块20的连接稳定性。

可选地，如图5所示，本实施例中气路接头40包括第一连接段41和第二连接段42；其中，第一连接段41设有沿其轴向贯穿的螺纹通孔411，螺纹通孔411用于连接外部气体接头；第二连接段42设有沿其轴向贯穿的引气孔421，第二连接段42的一端与螺纹通孔411旋接配合，第二连接段42的另一端穿过第二穿孔222并与螺纹气孔11旋接配合。为方便第二连接段42与螺纹气孔11旋接操作，第二连接段42与螺纹通孔411连接时可施加密封胶，从而使第一连接段41和第二连接段42两者固定为一体，并提高连接密封性，避免漏气，在此基础上只需旋拧伸出第二穿孔222之外的第一连接段41的外周(可以是方便操作的六方结构)即可将第二连接段42与螺纹气孔11旋接固定，旋入深度以第一连接段41抵压在绝缘外套22的周壁为宜，组装过程方便，连接状态稳定可靠。

图8所示为绝缘体50的一种实施方式，绝缘体50包括第一绝缘环51和第二绝缘环52；第一绝缘环51适于套设在绝缘管10上；第二绝缘环52套设在绝缘管10上，并与第一绝缘环51之间设有弹性件53；其中，第一绝缘环51和第二绝缘环52上均开设有连接孔200，弹性件53用于使第一绝缘环51和第二绝缘环52分别弹性抵压相邻的两个离子透镜模块20。

采用在两个绝缘环之间夹装弹性件53的结构方式能够使两个绝缘环分别弹性抵压在相邻两个离子透镜模块20的侧壁上，从而提高绝缘体50的厚度对离子透镜模块20之间的间隙的适应性。

作为上述绝缘体50的一种变形实施方式，如图8所示，第一绝缘环51和第二绝缘环52两者相互靠近的侧壁上均具有凹陷环面区域，两个凹陷环面区域共同围成适于容纳弹性件53的安装腔500。

在此考虑安装空间和绝缘体50的整体厚度(沿绝缘管10轴向的尺寸)不宜过大，因此弹性件53可采用碟簧，利用碟簧的内孔与其中一个凹陷环面区域的台阶侧壁抵接配合，利用碟簧的外周与另一个凹陷环面区域的台阶侧壁抵接配合，从而不经能够实现第一绝缘环51和第二绝缘环52的轴向弹性伸缩，还能够利用碟簧对第一绝缘环51和第二绝缘环52的径向相对位置进行限位，从而保证结构稳定性。

本实施例提供的气相分子电离腔体装置的组装使用过程如下：

S1、将各个离子透镜模块20、各个绝缘体50分别套装在绝缘管10上，保证相邻的离子透镜模块20之间都具有绝缘体50；同时应当保证具有气路接头40的离子透镜模块20上的第二穿孔222与绝缘管10上其中一个螺纹气孔11的位置相对应；

S2、将各电极柱30分别穿过各个离子透镜模块20的绝缘外套22上的第一穿孔221，然后与离子电极透镜21上的电极孔211进行螺接，各个电极柱30连接完成后应沿绝缘管10的轴向保持在同一条直线上；

S3、将气路接头40的一端穿过离子透镜模块20上的第二穿孔222后与相应的螺纹气孔11进行螺接，气路接头40的另一端与外部气体接头相连接；

S4、将固定拉杆60依次穿过各个离子透镜模块20(的连接孔200)、绝缘体50(的连接孔200)后进行固定，并在绝缘管10的两端分别旋接限位螺母70，完成气相分子电离腔体的组装。

上述组装过程不仅操作简单，而且能够利用穿过各个离子透镜模块20的绝缘管10而规避电离腔体(各个离子透镜模块20所形成的单体电离腔)之间的漏气问题，防止外部气体进入腔体内造成污染，从而能够保证气体纯度，提升分析仪器的检测准确性；另外，利用绝缘管10能够使电离腔体形成绝缘壁面，从而避免母体离子或气相产物离子与离子透镜组件的金属电极表面发生直接碰撞而造成离子信号的损耗，进而提高气相产物离子的信号强度，有助于提升电离效率，提高分析仪器的检测灵敏度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。