解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置

技术领域

本发明涉及离子传输技术领域，尤其涉及到一种解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置。

背景技术

在传统的质子转移反应质谱中，水蒸气进入离子源的空心阴极区，产生各种荷电离子后进入离子源的母体离子纯化区提纯产生高纯度母体离子H

然而，一方面待测气体会不可避免的倒吸进入离子源区域，导致产生NO

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置，包括依次连接的离子源装置、文丘里氏电极片和反应管装置；

所述离子源装置包括辉光放电区和位于所述辉光放电区后端的母体离子提纯区；

所述文丘里氏电极片具有一通道，所述通道为文丘里氏结构，所述通道包括收缩段、喉道以及扩散段；所述收缩段位于靠近离子源装置的一侧，所述扩散段位于靠近反应管装置的一侧。

本发明的进一步优选方案为：所述离子源装置是由N片电极堆叠而成，N≥3；

位于前端的电极片所组成的空心阴极结构作为辉光放电区；

位于后端的电极片组成母体离子提纯区。

本发明的进一步优选方案为：所述反应管装置是由M片电极同轴等间距堆叠而成，M≥10；所述反应管装置的电极片均施加直流电压。

本发明的进一步优选方案为：电极片的内径全部相同。

本发明的进一步优选方案为：靠近文丘里氏电极片的部分电极片的内径相同，其余电极片的内径逐级递减。

本发明的进一步优选方案为：所述电极片的材质为不锈钢、印制电路板或镀金陶瓷片。

本发明的进一步优选方案为：所述离子源装置的电极片施加直流电压、脉冲电压或射频电压。

本发明的进一步优选方案为：所述收缩段的收缩角的角度为45°-90°，收缩段的长度为0mm-5mm；

扩散段的扩散角的角度为0°-45°，扩散段的长度为0mm-10mm；

喉道的半径为0mm-3mm，喉道的长度为0mm-3mm。

本发明的进一步优选方案为：所述收缩角的角度为74°，收缩段的长度为1mm；扩散角的角度为45°，扩散段的长度为3mm；喉道的半径为0.5mm，喉道的长度为1mm。

本发明公开了一种解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置，与现有技术相比：

在离子源装置和反应管装置之间安装文丘里式电极片，且文丘里式电极片的收缩段、扩散段以及喉道尺寸一定时，可以增大离子源装置到反应管装置的气体流速，气体流速越大，反应管内待测气体因自由扩散倒吸进入离子源区域的量越少，即防倒吸能力越强，提高了仪器定性定量的能力；且通过多物理场模拟显示，加入文丘里式电极片后还增大了离子源装置中母体离子的透过率，这使得反应管装置中可以有更多的待测气体与母体离子发生反应，提高了仪器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2(a)为未采用文丘里式电极片的流体速度平面图。

图2(b)未未采用文丘里氏电极片的中心轴线流体速度坐标图。

图3(a)为本发明的流体速度平面图。

图3(b)为本发明的中心轴线流体速度坐标图。

图4(a)为未采用文丘里式电极片的离子透过率模拟图。

图4(b)为未采用文丘里式电极片的机械简图。

图5(a)为本发明的离子透过率模拟图。

图5(b)为本发明的机械简图。

图6为本发明的文丘里结构简图。

图7为本发明的文丘里优选尺寸数据示意图。

图8为反应管装置的电极片结构的另一方案。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

其中：100、离子源装置；200、文丘里氏电极片；300、反应管装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参阅图1所示，本技术方案提出一种解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置，包括依次连接的离子源装置100、文丘里氏电极片200和反应管装置300；

所述离子源装置100包括辉光放电区和位于所述辉光放电区后端的母体离子提纯区；所述辉光放电区可以电离水蒸气、氨气或者其他气体用于产生母体离子，所述母体离子提纯区可以提纯出H

所述文丘历史电极片200的中部具有一通道，所述通道为文丘里氏结构，所述通道包括收缩段、喉道以及扩散段；所述收缩段位于靠近离子源装置100的一侧，所述扩散段位于靠近反应管装置300的一侧。

上述技术方案中，参阅图2(a)、图2(b)、图3(a)和图3(b)可知，图2(a)、图2(b)为未采用文丘里氏电极片的流体模拟示意图，图3(a)和图3(b)为本发明采用文丘里氏电极片的流体模拟示意图，从图2和图3中的黑色圈位置为本发明的改进部分，根据图2和图3的对比可知，采用本发明的技术方案，在离子源装置100和反应管装置300之间加装文丘里氏电极片200，可以增大离子源装置100到反应管装置300的气体流速，阻止反应管300中待测气体发生倒吸现象，提高了仪器定性定量的能力，气体流速越大，反应管内待测气体因自由扩散倒吸进入离子源区域的量越少，即防倒吸能力越强；参阅图4(a)、图4(b)、图5(a)和图5(b)可知，在离子源装置100和反应管装置300之间加装文丘里氏电极片200，增大了离子源装置中母体离子的透过率，这使得反应管装置300中可以有更多的待测气体与母体离子发生反应，提高仪器的灵敏度；所述文丘里氏电极片200施加直流电压，电极片既可以属于反应管装置100的引入电极，也可以属于离子源装置100的引出电极。

本发明的进一步设置为：所述离子源装置100是由N片电极堆叠而成，N≥3；位于前端的电极片所组成的空心阴极结构作为辉光放电区；位于后端的电极片组成母体离子提纯区。

本发明的进一步设置为：所述反应管装置300是由M片电极同轴等间距堆叠而成，M≥10；所述反应管装置300的电极片均施加直流电压。

作为反应管装置300的电极片的优选方案，电极片的内径全部相同。

作为反应管装置300的电极片的进一步优选方案，参阅图8所示，靠近文丘里氏电极片200的部分电极片的内径相同，其余电极片的内径逐级递减，可以对离子进行一定的聚焦，在很大程度上提高仪器的灵敏度。

本发明的进一步设置为：所述电极片的材质为不锈钢、印制电路板或镀金陶瓷片。

本发明的进一步设置为：所述离子源装置100的电极片施加直流电压、脉冲电压或射频电压。

实施例一：

参阅图2至图7所示，其中图6为文丘里结构简图，图6中，D1和L1代表收缩段部分，D1为收缩段的收缩角，L1为收缩段的长度；D3和L3代表喉道部分，D3为喉道的半径，L3为喉道的长度；L2和D2代表扩散段部分，L2为扩散段的长度，D2为扩散段的扩散角；所述的文丘里式电极片200收缩管的收缩角的角度为74°，收缩段的长度为1mm；扩散管扩散角的角度可45°，扩散段的长度为3mm；喉道的半径为0.5mm，喉道的长度为1mm。利用comsol软件对该示意图所示内容进行气流场模拟，结果表明文丘里式电极片喉道处的气流速度与改进之前的电极片相同位置处气流速度相比增大了约1/2(改进之前的电极片速度为101m/s，改进后的文丘里电极片速度为149m/s)；之后利用simion进行气流场以及电场相叠加的多物理场模拟，采用软件自带的SDS碰撞模型，模拟结果显示，离子源区域产生的母体离子的透过率增大了1/3(改进之前的离子源透过率为13％，改进后的离子源透过率为18％)。通过模拟数据表明采用文丘里式电极片，可以阻止反应管中待测气体发生倒吸现象，且提高了离子源装置中母体离子的透过率。

实施例二：

所述的文丘里式电极片200收缩段收缩角的角度为50°，收缩段的长度为1mm；扩散段的扩散角的角度为45°，扩散段的长度为3mm；喉道的半径为0.5mm，喉道的长度为1mm；利用comsol软件对该示意图所示内容进行气流场模拟，结果表明文丘里式电极片喉道处的气流速度与改进之前的电极片相同位置处气流速度相比增大了约1/3(改进之前的电极片速度为101m/s，改进后的文丘里电极片速度为130m/s)；之后利用simion进行气流场以及电场相叠加的多物理场模拟，采用软件自带的SDS碰撞模型，模拟结果显示，离子源区域产生的母体离子的透过率增大了1/6(改进之前的离子源透过率为13％，改进后的离子源透过率为15％)。通过模拟数据表明采用文丘里式电极片，可以阻止反应管中待测气体发生倒吸现象，且提高了离子源装置中母体离子的透过率。

综上所述，本发明所提出的一种解决反应管内待测气体倒吸并提高离子透过率的装置，在离子源装置和反应管装置之间安装文丘里式电极片，且在文丘里式电极片200的收缩段、扩散段以及喉道尺寸一定时，可以增大离子源装置100到反应管装置300的气体流速，阻止反应管中待测气体发生倒吸现象，提高了仪器定性定量的能力。且通过多物理场模拟显示，加入文丘里式电极片后还增大了离子源装置中母体离子的透过率，这使得反应管装置中可以有更多的待测气体与母体离子发生反应，提高了仪器的灵敏度。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。