CN219437207U - 一种封闭式离子源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种封闭式离子源，包括炬管、线圈、采样锥、线圈密封罩、端盖和柔性罩筒，其中：线圈，套设于炬管外；线圈密封罩，套设于线圈外，且两端分别与炬管和端盖连接，外壁还开设有至少一个用于通入惰性气体的第一进气孔和两个第一避让孔；端盖，开设有第二避让孔、至少一路水冷通道和至少一个出气孔，炬管、线圈密封罩和第二避让孔同轴设置，出气孔与柔性罩筒的腔室连通；柔性罩筒，两端分别与端盖和采样锥连接。通过填充惰性气体形成气体氛围隔绝空气中元素的干扰，并能够实现炬管和采样锥的精准调节对接和预碰撞处理，提高检测精度，应用范围广、成本低。

Description

一种封闭式离子源

技术领域

本实用新型属于医疗检测设备技术领域，具体涉及一种封闭式离子源。

背景技术

电感耦合等离子体离子源是在常压空气的氛围中工作，空气中的氧、氮、水汽等都会进入等离子体，形成背景离子干扰，导致ICP-MS许多低质量数元素的背景信号增加，检出限变差，这些都是影响设备的重要因素。

现有技术中，金献忠等人提出一种半封闭装置(参考文献：金献忠,谢健梅,***.电感耦合等离子体离子源封闭装置的研制[J].分析试验室,2014,33(06):741-744.)，用圆柱腔体把炬管和ICP封住，除了出气口外，ICP都封在装置内，填充不同气体形成不同的气体氛围，降低了背景干扰，改善了线性和检出限，但该方案为保证散热效果好以使仪器长时间运转保持稳定，在紫铜块和采样锥的锥体间留有缝隙，热量和气体从此缝隙被抽走，当抽气时会因受力不均，如吸气口位于上方，则远离吸气口的外界空气气流会随着吸力再次进入腔体内形成背景干扰，且随着腔体内气流量越大，越是影响分析性能更好地改善。此外，该方案中的炬管位置无法移动，不便于调节炬管和采样锥之间的间距，且不同使用场景下的要求不同，使得维护过程中以及不同使用场景下炬管的精准对接难以实现，应用范围受限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提出一种封闭式离子源，通过填充惰性气体形成各种气体氛围隔绝空气中元素的干扰，并能够实现炬管和采样锥的精准调节对接和预碰撞处理，大大改善检出限、提高检测精度，且应用范围广、成本低。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

本实用新型提出的一种封闭式离子源，包括炬管1、线圈5和采样锥6，还包括线圈密封罩2、端盖3和柔性罩筒4，其中：

线圈5，套设于炬管1外；

线圈密封罩2，套设于线圈5外，包括筒体21、第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23，第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23对接形成圆柱壳体，圆柱壳体的一端与筒体21的一端密封连接，另一端与端盖3密封连接，筒体21的另一端与炬管1密封连接，线圈密封罩2的外壁还开设有至少一个用于通入惰性气体的第一进气孔211和两个第一避让孔221，通入各第一进气孔211的惰性气体在线圈密封罩2的腔室内形成同向旋流，线圈5的两端分别对应穿设两第一避让孔221，用于连接外部高频发生器；

端盖3，开设有第二避让孔34、至少一路水冷通道36和至少一个出气孔37，炬管1、线圈密封罩2和第二避让孔34同轴设置，出气孔37与柔性罩筒4的腔室连通；

柔性罩筒4，一端与端盖3密封连接，另一端与采样锥6密封连接。

优选地，端盖3上还开设有与第二避让孔34同轴的环形凹槽35和至少一个用于通入惰性气体的第二进气孔32，第二进气孔32与环形凹槽35连通，且环形凹槽35的两侧端面具有高度差。

优选地，第一进气孔211开设于筒体21上，第一避让孔221开设于圆柱壳体上。

优选地，圆柱壳体的内径为45mm～55mm，第二避让孔34的孔径与圆柱壳体的内径相同。

优选地，第一进气孔211的孔径为4mm。

优选地，线圈密封罩2和端盖3之间还设有密封圈7。

优选地，惰性气体为氦气或氩气。

优选地，水冷通道36的截面为腰形槽。

优选地，端盖3的端面还设有两个凸台38，其一凸台38的端面垂直开设有至少一个注液孔31，另一凸台38的端面垂直开设有至少一个出液孔33，各水冷通道36的两端分别与注液孔31和出液孔33连通且一一对应。

优选地，封闭式离子源还包括用于驱动炬管1进行X向、Y向和Z向移动的三轴移动机构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1)本申请通过线圈密封罩、端盖和柔性罩筒的组合，在炬管和采样锥之间形成密封腔室，通过在密封腔室中填充惰性气体形成各种气体氛围，避免空气中的氧、氮、氢等的渗入，大大降低多原子离子干扰元素的背景和噪声，从而明显改善检出限和校准曲线的线性，提高检测精度，并能够同时检测更多种元素，尤其是对于溶液进样存在O、H等的情况下，相较于现有技术该装置能够进行空气的完全隔绝，可在现有元素检测的基础上还可同时实现O、H等元素的检测，真正实现从源头上减少干扰的目的，且通过采用柔性罩筒实现炬管和采样锥之间的柔性连接，能够适应维护过程中以及不同使用场景下重新调节炬管位置的需求，大大提高应用范围和操作便捷性，并降低成本；

2)柔性罩筒既起到完全隔绝空气的作用，也可以作为碰撞反应池对样品进行预碰撞处理，避免空气中背景离子干扰的同时提高灵敏度，进一步提高样品检测的精度；

3)散热效果好，水冷加风冷(随着抽气完成风冷)的结合，确保等离子体工作在正常温度，有利于提高设备使用寿命和稳定性；

4)通过在各第一进气孔形成同向旋流进气，避免直吹造成火焰熄灭，并有助于降低气体流速，从而降低对供气设备性能要求，且线圈密封罩采用分体式设计，拆装方便。

附图说明

图1为本实用新型封闭式离子源的结构示意图；

图2为本实用新型封闭式离子源的主视图；

图3为本实用新型封闭式离子源的剖视图A-A；

图4为本实用新型端盖的结构示意图；

图5为本实用新型端盖的右视图；

图6为本实用新型端盖的剖视图B-B；

图7为本实用新型端盖的局部放大图I；

图8为本实用新型线圈密封罩的结构示意图；

图9为本实用新型封闭式离子源的调试流程图。

附图标记说明：1、炬管；2、线圈密封罩；3、端盖；4、柔性罩筒；5、线圈；6、采样锥；7、密封圈；21、筒体；22、第一半圆柱壳体；23、第二半圆柱壳体；211、第一进气孔；221、第一避让孔；31、注液孔；32、第二进气孔；33、出液孔；34、第二避让孔；35、环形凹槽；36、水冷通道；37、出气孔；38、凸台；39、安装孔；S1、第一端面；S2、第二端面。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是在于限制本申请。

实施例1：

如图1-8所示，一种封闭式离子源，包括炬管1、线圈5和采样锥6，还包括线圈密封罩2、端盖3和柔性罩筒4，其中：

线圈5，套设于炬管1外；

线圈密封罩2，套设于线圈5外，包括筒体21、第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23，第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23对接形成圆柱壳体，圆柱壳体的一端与筒体21的一端密封连接，另一端与端盖3密封连接，筒体21的另一端与炬管1密封连接，线圈密封罩2的外壁还开设有至少一个用于通入惰性气体的第一进气孔211和两个第一避让孔221，通入各第一进气孔211的惰性气体在线圈密封罩2的腔室内形成同向旋流，线圈5的两端分别对应穿设两第一避让孔221，用于连接外部高频发生器；

端盖3，开设有第二避让孔34、至少一路水冷通道36和至少一个出气孔37，炬管1、线圈密封罩2和第二避让孔34同轴设置，出气孔37与柔性罩筒4的腔室连通；

柔性罩筒4，一端与端盖3密封连接，另一端与采样锥6密封连接。

其中，该装置安装于炬室箱体内，端盖3和线圈密封罩2连接。通过采用全封闭结构，主要包括：线圈5的封闭、炬管1和采样锥6的接口封闭。其中，线圈5的封闭，通过线圈密封罩2，形成半封闭腔体，如将半封闭腔体固定于端盖3上，炬管1从线圈密封罩2中心穿过。线圈密封罩2的一端开设有供炬管1穿过的通孔(如炬管1连接部外径20mm)通过耐高温硅胶等实现密封，并设有两个供惰性气体的引入的第一进气孔211，两个第一进气孔211沿中心轴对称分布，如与线圈密封罩2的内径相切，便于引入的惰性气体形成同向旋流加速。炬管1和采样锥6的接口封闭，包括端盖3和柔性罩筒4，柔性罩筒4的两端分别与端盖3和采样锥6密封连接，作为半封闭腔体的延伸，形成全封闭环境，如采样锥6包括锥尖和锥座，柔性罩筒4为圆筒形，与采样锥6的锥座连接。当功率在1.2千瓦高频输出时，等离子体产生约600千卡/小时的热量。通过在端盖3上加工水冷通道36进行水冷散热，避免风冷影响气密性，水冷通道36平行于端盖3的端面开设。为了增加散热效率，可在端盖3开设多条水冷通道36。

其中，线圈密封罩2可采用聚四氟乙烯材质等，且由于线圈5的干扰，线圈密封罩2无法直接进行封闭且不便于安装，为解决该问题，线圈密封罩2采用分体式设计，套设于线圈5上的圆柱壳体拆分为相互对接的第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23，安装时，筒体21、线圈5依次套上炬管1后，再将第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23对接，使线圈5的两端分别对应穿设两第一避让孔221后将第一半圆柱壳体22和第二半圆柱壳体23固定连接。

相对于现有技术采用风冷造成半封闭式的效果较差，且炬管无法进行三维调整，在维护后或者不同使用场景下难以实现炬管和采样锥重新精准对接的问题。本申请为避免这些问题的出现，现在炬管1与采样锥6之间通过柔性罩筒4实现软连接，既能保证全封闭，也能进行三维调整，确保仪器性能。柔性罩筒4具有较好的密封性和耐热性，如选用材质为耐高温矽胶、玻璃纤维涂层等，端盖3的材质可为耐高温材质，如紫铜等。如图4所示，通过安装孔39固定连接，如与线圈密封罩2直接连接。

在一实施例中，端盖3上还开设有与第二避让孔34同轴的环形凹槽35和至少一个用于通入惰性气体的第二进气孔32，第二进气孔32与环形凹槽35连通，且环形凹槽35的两侧端面具有高度差。如图7所示，环形凹槽35和第二进气孔32均靠近线圈密封罩2开设，通过环形凹槽35的设计实现第二进气孔32通入的惰性气体的缓冲，达到惰性气体均匀溢出的目的，有助于在柔性罩筒4的腔室内进行更好的碰撞反应，且环形凹槽35的两侧端面，包括第一端面S1和第二端面S2，第一端面S1靠近第二避让孔34，第二端面S2远离第二避让孔34，本实施例中，第一端面S1低于第二端面S2，便于第二进气孔32通入的惰性气体溢出对接炬管1输出端的等离子体发生良好的碰撞反应，具体可根据实际需求调整。

在一实施例中，第一进气孔211开设于筒体21上，第一避让孔221开设于圆柱壳体上。

在一实施例中，圆柱壳体的内径为45mm～55mm，第二避让孔34的孔径与圆柱壳体的内径相同。圆柱壳体的内径如为55mm，太小的内径，由于线圈5的干扰，内部气流会紊乱，对等离子体造成干扰，如果内径太大，则不利于腔体内旋流的形成。

在一实施例中，第一进气孔211的孔径为4mm。具体数值可根据气体流速或第一进气孔211的数量调节。

在一实施例中，线圈密封罩2和端盖3之间还设有密封圈7。可提高气密性，保证工作质量。

在一实施例中，惰性气体为氦气或氩气。或还可根据实际需求选用其他气体。

在一实施例中，水冷通道36的截面为腰形槽。因端盖3自身厚度的限制，以及更大程度增加散热面积，水冷通道36的截面可扁平化设计，如为腰形槽等，且为便于加工，两个水冷通道36对称分布，呈“<>”形。

在一实施例中，端盖3的端面还设有两个凸台38，其一凸台38的端面垂直开设有至少一个注液孔31，另一凸台38的端面垂直开设有至少一个出液孔33，各水冷通道36的两端分别与注液孔31和出液孔33连通且一一对应。通过增加凸台38，在凸台38开设与水冷通道36连通的注液孔31和出液孔33，改变管接头方向，有助于提高空间利用率，实现小型化。

在一实施例中，封闭式离子源还包括用于驱动炬管1进行X向、Y向和Z向移动的三轴移动机构。三轴移动机构可为现有技术中的任意结构，为本领域人员熟知技术，在此不再赘述。容易理解的是，三轴移动机构可与炬管1直接或间接连接实现X向、Y向和Z向移动，如与线圈密封罩2或端盖3连接。

该装置在工作前需提前完成调试，调试过程如图9所示，包括如下步骤：S1、利用三轴移动机构驱动炬管1对正采样锥6；S2、对柔性罩筒4的腔室进行抽真空；S3、将惰性气体从第一进气孔211注入直至充满抽真空后的柔性罩筒4的腔室，并将多余的惰性气体从出气孔37排出；S4、向水冷通道36中注入冷却液进行降温；S5、启动线圈5形成高频电磁场，完成炬管1的点火。具体地，在启动线圈5形成高频电磁场完成炬管1的点火的同时，还可以将惰性气体从第二进气孔32注入柔性罩筒4的腔室进行碰撞反应，柔性罩筒4的腔室既起到完全隔绝空气的作用，也可以作为碰撞反应池对样品进行预碰撞处理，避免空气中背景离子干扰的同时提高灵敏度，从而大大提高样品检测的精度。冷却液可为水或者现有技术中的其他常用冷却液。容易理解的是，以上步骤执行顺序不作限定，本领域技术人员还可根据实际需求调整。

该装置通过线圈密封罩、端盖和柔性罩筒的组合，在炬管和采样锥之间形成密封腔室，通过在密封腔室中填充惰性气体形成各种气体氛围，避免空气中的氧、氮、氢等的渗入，大大降低多原子离子干扰元素的背景和噪声，从而明显改善检出限和校准曲线的线性，提高检测精度，并能够同时检测更多种元素，尤其是对于溶液进样存在O、H等的情况下，相较于现有技术该装置能够进行空气的完全隔绝，可在现有元素检测的基础上还可同时实现O、H等元素的检测，真正实现从源头上减少干扰的目的，且通过采用柔性罩筒实现炬管和采样锥之间的柔性连接，能够适应维护过程中以及不同使用场景下重新调节炬管位置的需求，大大提高应用范围和操作便捷性，并降低成本；柔性罩筒既起到完全隔绝空气的作用，也可以作为碰撞反应池对样品进行预碰撞处理，避免空气中背景离子干扰的同时提高灵敏度，进一步提高样品检测的精度；散热效果好，水冷加风冷(随着抽气完成风冷)的结合，确保等离子体工作在正常温度，有利于提高设备使用寿命和稳定性；通过在各第一进气孔形成同向旋流进气，避免直吹造成火焰熄灭，并有助于降低气体流速，从而降低对供气设备性能要求，且线圈密封罩采用分体式设计，拆装方便。

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申请描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种封闭式离子源，包括炬管(1)、线圈(5)和采样锥(6)，其特征在于：所述封闭式离子源还包括线圈密封罩(2)、端盖(3)和柔性罩筒(4)，其中：

所述线圈(5)，套设于所述炬管(1)外；

所述线圈密封罩(2)，套设于所述线圈(5)外，包括筒体(21)、第一半圆柱壳体(22)和第二半圆柱壳体(23)，所述第一半圆柱壳体(22)和第二半圆柱壳体(23)对接形成圆柱壳体，所述圆柱壳体的一端与所述筒体(21)的一端密封连接，另一端与所述端盖(3)密封连接，所述筒体(21)的另一端与所述炬管(1)密封连接，所述线圈密封罩(2)的外壁还开设有至少一个用于通入惰性气体的第一进气孔(211)和两个第一避让孔(221)，通入各所述第一进气孔(211)的惰性气体在所述线圈密封罩(2)的腔室内形成同向旋流，所述线圈(5)的两端分别对应穿设两所述第一避让孔(221)，用于连接外部高频发生器；

所述端盖(3)，开设有第二避让孔(34)、至少一路水冷通道(36)和至少一个出气孔(37)，所述炬管(1)、线圈密封罩(2)和第二避让孔(34)同轴设置，所述出气孔(37)与柔性罩筒(4)的腔室连通；

所述柔性罩筒(4)，一端与所述端盖(3)密封连接，另一端与所述采样锥(6)密封连接。

2.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述端盖(3)上还开设有与所述第二避让孔(34)同轴的环形凹槽(35)和至少一个用于通入惰性气体的第二进气孔(32)，所述第二进气孔(32)与环形凹槽(35)连通，且所述环形凹槽(35)的两侧端面具有高度差。

3.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述第一进气孔(211)开设于所述筒体(21)上，所述第一避让孔(221)开设于所述圆柱壳体上。

4.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述圆柱壳体的内径为45mm～55mm，所述第二避让孔(34)的孔径与所述圆柱壳体的内径相同。

5.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述第一进气孔(211)的孔径为4mm。

6.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述线圈密封罩(2)和端盖(3)之间还设有密封圈(7)。

7.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述惰性气体为氦气或氩气。

8.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述水冷通道(36)的截面为腰形槽。

9.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述端盖(3)的端面还设有两个凸台(38)，其一所述凸台(38)的端面垂直开设有至少一个注液孔(31)，另一所述凸台(38)的端面垂直开设有至少一个出液孔(33)，各所述水冷通道(36)的两端分别与所述注液孔(31)和出液孔(33)连通且一一对应。

10.如权利要求1所述的封闭式离子源，其特征在于：所述封闭式离子源还包括用于驱动所述炬管(1)进行X向、Y向和Z向移动的三轴移动机构。