離子源和氣泵集成裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種離子源和氣泵集成裝置，包括：框架組，所述框架組包括面板，所述面板包裹形成空腔結(jié)構(gòu)，所述面板設(shè)有出風(fēng)孔；陰極組，所述陰極組設(shè)置于所述框架組內(nèi)；陽極組，所述陽極組設(shè)置于所述框架組內(nèi)，所述陽極組和所述陰極組相對設(shè)置。上述離子源和氣泵集成裝置，利用陽極組和陰極組在高壓下通過電暈放電或輝光放電實現(xiàn)電離物質(zhì)的功能，同時在放電過程中，產(chǎn)生了離子風(fēng)，離子風(fēng)從出風(fēng)孔流出，攜帶電離產(chǎn)生的離子進(jìn)入后續(xù)的分離或檢測裝置。上述離子源和氣泵集成裝置結(jié)構(gòu)簡單，同時實現(xiàn)并整合了離子源和氣泵的功能，可應(yīng)用于質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱離子遷移譜等分析儀器中。
【專利說明】離子源和氣泵集成裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分析儀器領(lǐng)域，特別是涉及離子源和氣泵集成裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜等分析儀器是檢測分析各類化學(xué)物質(zhì)的重要科學(xué)手段。
[0003]隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS,Micro Electro-Mechanical Systems)在化學(xué)分析儀器領(lǐng)域的應(yīng)用，質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜等分析儀器正向著微型化、集成化、低功耗、便攜式方向發(fā)展，而離子源的微型化，則是其中的關(guān)鍵。
[0004]傳統(tǒng)的質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜包括離子源和氣泵。離子源產(chǎn)生穩(wěn)定的電暈放電實現(xiàn)電離物質(zhì)的功能；氣泵從外部引入高速氣流，一方面對離子源的放電區(qū)域進(jìn)行散熱，抑制電弧的產(chǎn)生，另一方面攜帶檢測物質(zhì)進(jìn)入電離區(qū)域。
[0005]近年來，針對質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜等分析儀器的微型化的研究多集中于離子源的改進(jìn)，對離子源的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，但仍需要龐大復(fù)雜的氣泵與之配合，不利于該類分析儀器的微型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要針對分析儀器中包括離子源和氣泵導(dǎo)致體積龐大的問題，提供一種離子源和氣泵集成裝置。
[0007]—種離子源和氣泵集成裝置，包括:
[0008]框架組，所述框架組包括面板，所述面板包裹形成空腔結(jié)構(gòu)，所述面板設(shè)有出風(fēng)孔；
[0009]陰極組，所述陰極組設(shè)置于所述框架組內(nèi)；
[0010]陽極組，所述陽極組設(shè)置于所述框架組內(nèi)，所述陽極組和所述陰極組相對設(shè)置。
[0011]在其中一個實施例中，所述離子源和氣泵集成裝置還包括連接組，所述連接組包括固定件和連接柄，所述面板開設(shè)有與所述連接柄配合的側(cè)通孔，所述連接柄一端穿過所述側(cè)通孔與所述固定件連接，所述陰極組連接于所述固定件。
[0012]在其中一個實施例中，所述框架組為方形框架組，所述面板包括側(cè)板、頂板和底板，所述出風(fēng)孔和所述側(cè)通孔均設(shè)置于所述側(cè)板，所述框架組的頂板開設(shè)有上通孔，所述陽極組從所述上通孔伸入所述框架組內(nèi)。
[0013]在其中一個實施例中，所述固定件可滑動的連接于所述框架組。
[0014]在其中一個實施例中，所述陰極組為金屬針，所述陽極組為金屬柱。
[0015]在其中一個實施例中，所述框架組中部設(shè)有隔板，所述頂板和所述隔板均開設(shè)有通槽，所述固定件與所述通槽配合，所述連接柄與所述固定件的連接處與所述隔板相抵。
[0016]在其中一個實施例中，所述頂板開設(shè)有多個孔徑不等的上通孔，所述隔板設(shè)有相應(yīng)的盲孔，所述金屬柱從其中一個上通孔伸入至相應(yīng)盲孔中。[0017]在其中一個實施例中，所述固定件包括長臂端和短臂端，所述短臂端垂直連接于所述長臂端，所述連接柄連接于所述長臂端，所述短臂端開設(shè)有抵持孔和壓迫孔，所述金屬針的尾部伸入所述抵持孔內(nèi)，通過與所述壓迫孔配合的螺栓壓緊于所述抵持孔壁。
[0018]在其中一個實施例中，，所述金屬針的針尖的直徑為XX?XX微米，所述金屬圓柱的直徑為2?4毫米。
[0019]本發(fā)明還提供了上述離子源和氣泵集成裝置在質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜中的應(yīng)用。
[0020]上述離子源和氣泵集成裝置，利用陽極組和陰極組在高壓下通過電暈放電或輝光放電實現(xiàn)電離物質(zhì)的功能，同時在放電過程中，產(chǎn)生了離子風(fēng)，離子風(fēng)從出風(fēng)孔流出，對離子源的放電區(qū)域進(jìn)行散熱，攜帶電離產(chǎn)生的離子進(jìn)入后續(xù)的分離或檢測裝置。上述離子源和氣泵集成裝置結(jié)構(gòu)簡單，同時實現(xiàn)并整合了離子源和氣泵的功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為一實施方式離子源和氣泵集成裝置的框架組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為一實施方式離子源和氣泵集成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為離子源和氣泵集成裝置的測試電路示意圖。
【具體實施方式】
[0024]一種離子源和氣泵集成裝置100，如圖1和圖2所示，包括:
[0025]框架組200，框架組200包括面板220，面板220包裹形成空腔結(jié)構(gòu)，面板220設(shè)有出風(fēng)孔222。
[0026]陰極組300，陰極組300設(shè)置于框架組200內(nèi)。
[0027]陽極組400，陽極組400設(shè)置于框架組200內(nèi)，陽極組400和陰極組300相對設(shè)置。
[0028]框架組200設(shè)置為空腔結(jié)構(gòu)，用以容納陰極組300和陽極組400，并且設(shè)置有出風(fēng)孔222，形成一個供氣流流通的腔道，使形成的離子風(fēng)，沿著腔道匯集流通，使得離子風(fēng)的風(fēng)速更大，并且能控制離子風(fēng)流動的方向?？梢岳斫獾氖牵蚣芙M200的形狀不影響其發(fā)揮作用，因此框架組200形狀的可不做限制。框架組200可以是球體結(jié)構(gòu)、橢球體結(jié)構(gòu)、圓柱體結(jié)構(gòu)、或者其他規(guī)則及不規(guī)則的方體結(jié)構(gòu)。
[0029]陰極組300可以是金屬針、金屬柱、金屬線等。陰極組300可以一端直接連接于框架組200內(nèi)，也可以通過連接件連接于框架組200上。陰極組300的連接方式可以為焊接、膠粘、螺栓連接等常見的連接方式。
[0030]同樣的，陽極組400可以是金屬柱、金屬線、金屬板等，設(shè)置于框架組200內(nèi)，可以一端直接連接于框架組200內(nèi)，也可以通過連接件連接于框架組200上。陽極組400的連接方式可以為焊接、膠粘、螺栓連接等常見的連接方式。
[0031]陰極組300和陽極組400可通過出風(fēng)孔222引入導(dǎo)線與電源連接。
[0032]在其中一個實施例中，如圖2所示，離子源和氣泵集成裝置100還包括連接組500，連接組500包括固定件520和連接柄540，面板220開設(shè)有與連接柄540配合的側(cè)通孔224，連接柄540 —端穿過側(cè)通孔224與固定件520連接，陰極組300連接于固定件520。
[0033]導(dǎo)線可以通過連接柄540經(jīng)由固定件520與陰極組300連接，陰極組300和導(dǎo)線可在框架組200的外部連接，使得框架組200內(nèi)的元件更為精簡，離子源和氣泵集成裝置100結(jié)構(gòu)更為緊湊，通用性更強。連接柄540和側(cè)通孔224配合，可減少離子風(fēng)從縫隙中逸出。
[0034]在其中一個實施例中，如圖2所示，框架組200為方形框架組200，面板220包括側(cè)板226、頂板228和底板229，出風(fēng)孔222和側(cè)通孔224均設(shè)置于側(cè)板226，框架組200的頂板228開設(shè)有上通孔230，陽極組400從上通孔230伸入框架組200內(nèi)。
[0035]頂板228設(shè)有上通孔230，陽極組400可從上通孔230伸入框架組200內(nèi)，陽極組400和導(dǎo)線可在框架組200的外部連接，使得框架組200內(nèi)的元件更為精簡，離子源和氣泵集成裝置100結(jié)構(gòu)更為緊湊，通用性更強。并且陽極組400可從框架組200輕松抽出，方便更換維修。
[0036]出風(fēng)孔222和側(cè)通孔224可設(shè)置于同一側(cè)板226，也可以設(shè)置于不同的側(cè)板226，并不影響使用。可以理解的是，出風(fēng)孔222和側(cè)通孔224分別設(shè)置于兩相對的側(cè)板226，連接柄540遠(yuǎn)離出風(fēng)孔222，在對連接柄540進(jìn)行操作時，不會對出風(fēng)孔222出的離子風(fēng)形成阻礙。
[0037]優(yōu)選的，上通孔230和陽極組400相配合，可以理解的是，上通孔230和陽極組400之間縫隙較少，可減少離子風(fēng)從縫隙中逸出。
[0038]在其中一個實施例中，固定件520可滑動的連接于框架組200。固定件520可滑動連接于框架組200，可調(diào)節(jié)陽極組400和陰極組300之間的距離，以根據(jù)需要調(diào)節(jié)放電強度和離子風(fēng)大小。
[0039]固定件520和框架組200的滑動連接方式很多，例如，可在框架組200內(nèi)設(shè)置滑軌，固定件520設(shè)置在相應(yīng)的滑塊上。
[0040]在其中一個實施例中，陰極組300為金屬針，陽極組400為金屬柱。金屬針的尖端較細(xì)，可使陰極組300和陽極組400的不對稱性較大，增強放電電流。
[0041]在其中一個實施例中，如圖2所示，框架組200中部設(shè)有隔板600，頂板228和隔板600均開設(shè)有通槽620，固定件520與通槽620配合，連接柄540與固定件520的連接處與隔板600相抵。通過接柄540調(diào)節(jié)固定件520的位置，通槽620和固定件520配合，可使固定件520的滑動更為流暢，并且滑動方向和滑動的距離可控，使得調(diào)節(jié)放電電流和離子風(fēng)的大小更為方便和精確。
[0042]在其中一個實施例中，如圖2所示，頂板228開設(shè)有多個孔徑不等的上通孔230，隔板600設(shè)有相應(yīng)的盲孔640,金屬柱從其中一個上通孔230伸入至相應(yīng)盲孔640中。
[0043]隔板600設(shè)有相應(yīng)的盲孔640，盲孔640在隔板600上不貫通。盲孔640的孔徑大于等于相應(yīng)上通孔230的孔徑，可以理解的是，當(dāng)二者的孔徑相等時，對金屬柱的固定效果更好。
[0044]金屬柱一端從上通孔230伸入,抵入盲孔640中固定,金屬柱有上通孔230和盲孔640兩個支撐點，較為穩(wěn)定，不容易發(fā)生位移。金屬柱穿過上通孔230通過盲孔640和隔板600相抵。設(shè)置有多個上通孔230，便于根據(jù)需要選擇不同直徑大小的金屬柱。更優(yōu)的，可設(shè)置有與上通孔230配合的塞子，在使用時，將未使用的上通孔230堵住，避免離子風(fēng)逸出。
[0045]當(dāng)然，隔板600也可不設(shè)置盲孔640，金屬柱一端從上通孔230伸入，直接與隔板600相抵，同樣可以固定金屬柱，避免金屬柱向下方滑落。
[0046]在其中一個實施例中，如圖2所示，固定件520包括長臂端522和短臂端524，短臂端524垂直連接于長臂端522，連接柄540連接于長臂端522，短臂端524開設(shè)有抵持孔和壓迫孔，金屬針的尾部伸入抵持孔內(nèi)，通過與所述壓迫孔配合的螺栓壓緊于所述抵持孔壁。通過該種方式連接，可調(diào)節(jié)金屬針針尖的相對高度，并且固定效果好，金屬針不容易發(fā)生位移。
[0047]在其中一個實施例中，如圖2所示，金屬針和金屬柱平行正對，金屬針和金屬柱之間的距離為2?4毫米，所述金屬針的針尖的直徑為10?1000微米，所述金屬柱的直徑為2?4毫米。在該種設(shè)計下，金屬針和金屬柱的不對稱性較大，金屬針附近的電場強度大，電暈放電或輝光放電產(chǎn)生的平均放電電流越大。
[0048]數(shù)據(jù)測試
[0049]測試?yán)齀
[0050]一種離子源和氣泵集成裝置，金屬針為不銹鋼針，針尖的直徑為626微米，金屬柱為銅柱，銅柱的直徑為4毫米。不銹鋼針和銅柱平行正對，鋼針和銅柱之間的距離為2毫米。
[0051]采用圖3所示的測試電路進(jìn)行測試，鎮(zhèn)流電阻R1串聯(lián)不銹鋼針后連接電源正極，放電電阻R2與電源并聯(lián)，測試電阻R3與銅柱串聯(lián)后與電源負(fù)極連接，示波器與測試電阻R3并聯(lián)，測試電阻R3的阻值為1ΚΩ，鎮(zhèn)流電阻札的阻值為10ΜΩ、放電電阻民的阻值為10ΜΩ，電源電壓為-3800V。采用法拉第杯在離子源和氣泵集成裝置出風(fēng)孔處進(jìn)行電荷收集并通過Keithley6487型皮安表進(jìn)行電流測量，testo 405-V1風(fēng)速儀在實驗裝置出口進(jìn)行風(fēng)速測量，測得電流為240pA,離子風(fēng)的風(fēng)速為1.15 m/s ο
[0052]測試?yán)?
[0053]一種離子源和氣泵集成裝置，金屬針為不銹鋼針，針尖的直徑為148微米，金屬柱為銅柱，銅柱的直徑為3毫米。針和銅柱平行正對，鋼針和銅柱之間的距離為8毫米。
[0054]采用圖3所示的測試電路進(jìn)行測試，鎮(zhèn)流電阻R1串聯(lián)不銹鋼針后連接電源正極，放電電阻R2與電源并聯(lián)，測試電阻R3與銅柱串聯(lián)后與電源負(fù)極連接，示波器與測試電阻R3并聯(lián)，測試電阻R3的阻值為1ΚΩ，鎮(zhèn)流電阻札的阻值為16ΜΩ、放電電阻民的阻值為16ΜΩ，電源電壓為-10000V。采用法拉第杯在離子源和氣泵集成裝置出風(fēng)孔處進(jìn)行電荷收集并通過Keithley6487型皮安表進(jìn)行電流測量，testo 405-V1風(fēng)速儀在實驗裝置出口進(jìn)行風(fēng)速測量，測得電流為280pA，離子風(fēng)的風(fēng)速為1.6 m/s ο
[0055]上述測試實驗可證明本發(fā)明的離子源和氣泵集成裝置在電暈放電過程中，同時產(chǎn)生了離子風(fēng)，同時實現(xiàn)并整合了離子源和氣泵的功能，可應(yīng)用于質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜中。
[0056]以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，包括: 框架組，所述框架組包括面板，所述面板包裹形成空腔結(jié)構(gòu)，所述面板設(shè)有出風(fēng)孔； 陰極組，所述陰極組設(shè)置于所述框架組內(nèi)； 陽極組，所述陽極組設(shè)置于所述框架組內(nèi)，所述陽極組和所述陰極組相對設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述離子源和氣泵集成裝置還包括連接組，所述連接組包括固定件和連接柄，所述面板開設(shè)有與所述連接柄配合的側(cè)通孔，所述連接柄一端穿過所述側(cè)通孔與所述固定件連接，所述陰極組連接于所述固定件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述框架組為方形框架組，所述面板包括側(cè)板、頂板和底板，所述出風(fēng)孔和所述側(cè)通孔均設(shè)置于所述側(cè)板，所述框架組的頂板開設(shè)有上通孔，所述陽極組從所述上通孔伸入所述框架組內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述固定件可滑動的連接于所述框架組。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述陰極組為金屬針，所述陽極組為金屬柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述框架組中部設(shè)有隔板，所述頂板和所述隔板均開設(shè)有通槽，所述固定件與所述通槽配合，所述連接柄與所述固定件的連接處與所述隔板相抵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述頂板開設(shè)有多個孔徑不等的上通孔，所述隔板設(shè)有相應(yīng)的盲孔，所述金屬柱從其中一個上通孔伸入至相應(yīng)盲孔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述固定件包括長臂端和短臂端，所述短臂端垂直連接于所述長臂端，所述連接柄連接于所述長臂端，所述短臂端開設(shè)有抵持孔和壓迫孔，所述金屬針的尾部伸入所述抵持孔內(nèi)，通過與所述壓迫孔配合的螺栓壓緊于所述抵持孔壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子源和氣泵集成裝置，其特征在于，所述金屬針和所述金屬柱平行正對，所述金屬針和所述金屬柱之間的距離為2?4毫米，所述金屬針的針尖的直徑為10?1000微米，所述金屬柱的直徑為2?4毫米。
10.權(quán)利要求1?9任一項所述的離子源和氣泵集成裝置在質(zhì)譜儀、離子遷移譜、高場非對稱波形離子遷移譜中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01J49/12GK103928287SQ201410152820
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】李華, 陳真誠, 肖文香, 方成, 朱健銘, 黃勇 申請人:桂林電子科技大學(xué)