АВТОМАТИЧЕСКОЕ КАЛИБРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО И СПЕКТРОМЕТР ИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ
AUTOMATIC CALIBRATION DEVICE AND ION MOBILITY SPECTROMETER

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент Китая № 201710856368.1, озаглавленной «AUTOMATIC CALIBRATION DEVICE AND ION MIGRATION SPECTROMETER» и поданной 19 сентября 2017 года в Государственное ведомство интеллектуальной собственности Китая, описание изобретения в которой полностью включено в настоящий документ в виде ссылки.
Область техники
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к области спектроскопии ионной подвижности, и, в частности, они относятся к автоматическому калибровочному устройству и спектрометру ионной подвижности.
Предпосылки создания изобретения
Спектрометр ионной подвижности является широко распространенным инструментом. Обычно в спектрометр ионной подвижности необходимо поместить некоторое количество калибровочного материала для калибровки пикового положения.
В случае традиционного оборудования необходимо предоставить калибровочное устройство, содержащее калибровочный материал. Поскольку калибровочный материал обычно представляет собой летучее органическое вещество, и его невозможно долго удерживать, хранение калибровочного материала требует много времени и усилий и является неудобным. Кроме того, в традиционное калибровочное устройство необходимо помещать большое количество калибровочного материала, что приводит к быстрому расходу калибровочного материала, и, таким образом, много времени уходит на очистку устройства, что влияет на эффективность обнаружения посредством спектрометра ионной подвижности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В вариантах осуществления настоящего изобретения представлены автоматическое калибровочное устройство для спектрометра ионной подвижности и спектрометр ионной подвижности, которые обеспечивают фиксированное количество и автоматическое непрерывное перемещение и впрыск жидкого калибровочного образца и обладают преимуществами, заключающимися в высокой точности, удобном использовании, хорошей мобильности и длительном периоде работы при однократной загрузке калибровочного образца.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставлено автоматическое калибровочное устройство для спектрометра ионной подвижности, содержащее: резервуар, выполненный для хранения в нем жидкого калибровочного образца; и
автоматическую подающую часть, сообщающуюся с резервуаром и выполненную для подачи жидкого калибровочного образца, расположенного в резервуаре.
В одном аспекте автоматическая подающая часть содержит: поршневой канал, проходящий внутри автоматической подающей части и выполненный в сообщении по текучей среде с резервуаром; и поршень, выполненный с возможностью осуществления в поршневом канале возвратно-поступательного движения вправо и влево для выпуска в поршневой канал некоторого количества жидкого калибровочного образца, подаваемого из резервуара.
В одном аспекте автоматическая подающая часть дополнительно содержит: первое эксцентриковое колесо, выполненное с возможностью примыкания к упорной пластине, соединенной с поршнем, для обеспечения за счет его вращения толкающего действия в отношении упорной пластины и, следовательно, поршня для движения в радиальном направлении первого эксцентрикового колеса; и электрическую машину, выполненную для приведения первого эксцентрикового колеса во вращение.
В одном аспекте первое эксцентриковое колесо имеет фиксированный размер, так что первое эксцентриковое колесо толкает упорную пластину и, следовательно, поршень для перемещения на неизменное расстояние в радиальном направлении первого эксцентрикового колеса, когда первое эксцентриковое колесо делает один полный оборот.
В одном аспекте первое эксцентриковое колесо можно заменить, так что при необходимости можно перемещать разные количества калибровочного образца путем использования эксцентриковых колес разных размеров.
В одном аспекте первое эксцентриковое колесо выполнено с возможностью непрерывного вращения, так что обеспечена возможность определения общего количества жидкого калибровочного образца, поданного поршнем, путем умножения количества при одном полном обороте первого эксцентрикового колеса на количество оборотов первого эксцентрикового колеса.
В одном аспекте автоматическая подающая часть дополнительно содержит упругий элемент, выполненный для обеспечения упругой силы в направлении, противоположном направлению усилия для приведения поршня в движение первым эксцентриковым колесом.
В одном аспекте автоматическая подающая часть дополнительно содержит сообщающий канал, при этом впускное отверстие сообщающего канала выполнено в сообщении с резервуаром, а выпускное отверстие сообщающего канала расположено рядом с концом поршневого канала и выполнено в сообщении с поршневым каналом, так что при движении поршня обеспечена возможность всасывания жидкого калибровочного образца в сообщающем канале в пространство в поршневом канале, образованное между торцевой поверхностью поршня и внутренней торцевой поверхностью поршневого канала.
В одном аспекте автоматическая подающая часть дополнительно содержит обратный клапан, предусмотренный в выпускном отверстии сообщающего канала и выполненный позволяющим жидкому калибровочному образцу поступать в поршневой канал из резервуара и препятствующим попаданию в резервуар жидкого калибровочного образца в поршневом канале.
В одном аспекте автоматическая подающая часть дополнительно содержит подающую трубку, выполненную в сообщении по текучей среде с поршневым каналом, так что обеспечена возможность подачи жидкого калибровочного образца в поршневом канале по подающей трубке в спектрометр ионной подвижности.
В одном аспекте подающая трубка содержит внутреннюю часть подающей трубки и внешнюю часть подающей трубки, и между внешней частью подающей трубки и внутренней частью подающей трубки образован зазор, предназначенный для подачи жидкости.
В одном аспекте автоматическая подающая часть дополнительно содержит: второе эксцентриковое колесо, имеющее такой же размер, что и первое эксцентриковое колесо, и выполненное с возможностью примыкания к упорной пластине со стороны упорной пластины, противоположной первому эксцентриковому колесу, для взаимодействия с первым эксцентриковым колесом с целью совместного вращения в одном направлении или в противоположных направлениях с обеспечением возвратно-поступательного движения упорной пластины.
В вариантах осуществления настоящего изобретения также представлен спектрометр ионной подвижности, содержащий автоматическое калибровочное устройство, описанное выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 показан схематический вид автоматического калибровочного устройства согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 2 показан схематический вид автоматического калибровочного устройства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хотя настоящее изобретение допускает различные модификации и замены, в графических материалах в качестве примеров представлены его конкретные варианты осуществления, которые подробно описаны в этом тексте. Тем не менее следует понимать, что графические материалы и подробное описание не предназначены для ограничения настоящего изобретения описанными вариантами осуществления, и, наоборот, оно охватывает все модификации, эквиваленты и замены в отношении вариантов осуществления, находящиеся в пределах объема и сути, определенных формулой изобретения. Графические материалы предоставлены в схематическом виде, а не в реальном масштабе.
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на графические материалы.
Варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют автоматическое калибровочное устройство 10 для спектрометра ионной подвижности, содержащее: резервуар 18, выполненный для хранения в нем жидкого калибровочного образца; и автоматическую подающую часть, сообщающуюся с резервуаром 18 и выполненную для подачи жидкого калибровочного образца, расположенного в резервуаре 18. В одном варианте осуществления резервуар 18 имеет большой объем по сравнению с количеством образца, расходуемым или используемым для однократной калибровки. Таким образом, автоматическое калибровочное устройство 10 после заполнения резервуара 18 калибровочным образцом может использоваться в течение относительно длительного периода времени без частого добавления калибровочного образца в автоматическое калибровочное устройство 10. В одном варианте осуществления резервуар 18 и автоматическая подающая часть выполнены в виде монолитной, или цельной, конструкции. Поскольку автоматическое калибровочное устройство 10 содержит резервуар 18, то его легко переносить без риска утечек, например, жидкого летучего образца при перемещении или транспортировке автоматического калибровочного устройства 10. Поскольку резервуар 18 и автоматическая подающая часть выполнены в виде монолитной, или цельной, конструкции, то калибровочный образец может подаваться непосредственно в автоматическую подающую часть внутри автоматического калибровочного устройства 10, и тем самым снижаются потери калибровочного образца и повышается точность калибровки.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения автоматическая подающая часть содержит: поршневой канал, проходящий внутри автоматической подающей части и выполненный в сообщении по текучей среде с резервуаром 18; и поршень 14, выполненный с возможностью осуществления в поршневом канале возвратно-поступательного движения вправо и влево для выпуска в поршневой канал некоторого количества жидкого калибровочного образца, подаваемого из резервуара 18. Как изображено на фиг. 1, если автоматическое калибровочное устройство 10 расположено горизонтально, поршневой канал проходит в горизонтальном направлении и поршень 14 совершает возвратно-поступательное движение вправо и влево в горизонтальном направлении. Следует понимать, что поршневой канал не обязательно проходит в горизонтальном направлении, и на фиг. 1 показан лишь один вариант прохождения поршневого канала. В другом варианте осуществления поршневой канал может проходить в другом направлении, что не влияет на подачу калибровочного образца. Когда поршень 14 совершает возвратно-поступательное движение внутри поршневого канала, движение поршня 14 может вытягивать жидкий калибровочный образец из резервуара 18 и выводить жидкий калибровочный образец из поршневого канала.
В автоматическом калибровочном устройстве согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения автоматическая подающая часть дополнительно содержит: первое эксцентриковое колесо 12, выполненное с возможностью примыкания к упорной пластине 13, соединенной с поршнем 14, чтобы за счет своего вращения толкать упорную пластину 13 и, следовательно, поршень 14 для движения в радиальном направлении первого эксцентрикового колеса 12; и электрическую машину 11, выполненную для приведения первого эксцентрикового колеса 12 во вращение. Наличие упорной пластины 13 является предпочтительным. В результате эксплуатации упорная пластина 13 постепенно изнашивается, и изнашивание упорной пластины будет влиять на количество жидкости, подаваемой каждый раз автоматическим калибровочным устройством, ухудшая точность впрыска жидкого образца, на что следует обратить особое внимание для точного впрыска. В одном варианте осуществления, в случае наличия упорной пластины 13, упорная пластина 13 может быть изготовлена из износостойкого материала, который может отличаться от материала поршня, и тем самым снижаются затраты на приспособление/устройство. Кроме того, легче заменить упорную пластину, а не весь поршень (когда упорная пластина отсутствует, и первое эксцентриковое колесо упирается в торец поршня). Поскольку внешний диаметр первого эксцентрикового колеса 12 варьируется, расстояние между внешней поверхностью первого эксцентрикового колеса 12 и его осью вращения изменяется, например от наименьшего расстояния от оси вращения до наибольшего расстояния от оси вращения, а затем постепенно снова становится наименьшим расстоянием от оси вращения, когда первое эксцентриковое колесо 12 вращается вокруг оси вращения. Разумеется, может быть наоборот, т. е. по мере непрерывного вращения первого эксцентрикового колеса 12 наибольшее расстояние от оси вращения меняется на наименьшее расстояние, а затем наименьшее расстояние постепенно снова меняется на наибольшее расстояние от оси вращения. В одном варианте осуществления за счет наличия электрической машины 11 подача калибровочного образца может не осуществляться вручную; благодаря использованию эксцентрикового колеса, объем подачи калибровочного образца может быть каждый раз неизменным, что повышает точность калибровки; взаимодействие между электрической машиной 11 и первым эксцентриковым колесом 12 позволяет автоматически осуществлять подачу неизменного объема калибровочного образца. Первое эксцентриковое колесо 12 имеет эксцентриситет в диапазоне от 0,5 мм до 2 мм, то есть величина разницы между наибольшим диаметром и наименьшим диаметром первого эксцентрикового колеса 12 может составлять 4 мм, или может составлять 1 мм, или может находиться в диапазоне от 4 мм до 1 мм. В других вариантах осуществления эксцентриситет первого эксцентрикового колеса 12 может иметь другую величину и может быть задан по необходимости. Подаваемый объем, составляющий около микролитра, может быть достигнут путем регулирования размера первого эксцентрикового колеса 12.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения первое эксцентриковое колесо 12 примыкает к торцу поршня 14, так что первое эксцентриковое колесо 12 толкает поршень 14 за счет вращения первого эксцентрикового колеса 12 для перемещения в радиальном направлении первого эксцентрикового колеса 12.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения после установки первого эксцентрикового колеса 12, его размер является фиксированным, так что первое эксцентриковое колесо 12 толкает упорную пластину и, таким образом, поршень 14 для перемещения на неизменное расстояние в радиальном направлении первого эксцентрикового колеса 12, когда первое эксцентриковое колесо 12 делает один круг, или один полный оборот. Таким образом, во время поворота первого эксцентрикового колеса 12 на один круг поршень 14 может предоставить фиксированное количество жидкого калибровочного образца.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения первое эксцентриковое колесо 12 в контексте настоящего документа можно заменить, и для подачи разных количеств калибровочного образца могут использоваться эксцентриковые колеса с разными размерами. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения первое эксцентриковое колесо 12 можно менять, так что можно применять эксцентриковые колеса с разными размерами, то есть величина разницы между наибольшим внешним диаметром и наименьшим внешним диаметром первого эксцентрикового колеса 12 может быть задана по необходимости, так что можно регулировать ход поршня 14 и, кроме того, можно определять количество подаваемого калибровочного образца.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения еще одно преимущество автоматического калибровочного устройства 10 заключается в том, что первое эксцентриковое колесо 12 может непрерывно вращаться, и, таким образом, поршень 14 может непрерывно совершать возвратно-поступательные движения одновременно с непрерывным вращением первого эксцентрикового колеса 12 для предоставления жидкого калибровочного образца, так что общее количество жидкого калибровочного образца можно получить путем умножения количества жидкого калибровочного образца, поданного за один полный оборот первого эксцентрикового колеса 12, на количество оборотов первого эксцентрикового колеса 12. Таким образом, на основании неизменного или фиксированного количества калибровочного образца, подаваемого за один оборот первого эксцентрикового колеса 12, первое эксцентриковое колесо 12 может делать несколько оборотов, если необходимо больше калибровочного образца, и тем самым достигается точная калибровка. Кроме того, поскольку для приведения первого эксцентрикового колеса 12 в движение предусмотрена электрическая машина 11, процесс подачи становится особенно быстрым и удобным, и, таким образом, становится удобным процесс обнаружения и сокращается период обнаружения.
Автоматическая подающая часть может дополнительно содержать второе эксцентриковое колесо 12’, имеющее такой же размер, что и первое эксцентриковое колесо 12. Второе эксцентриковое колесо 12’ выполнено с возможностью примыкания к упорной пластине 13 и относительно первого эксцентрикового колеса 12 расположено с противоположной стороны упорной пластины 13. Второе эксцентриковое колесо 12’ взаимодействует с первым эксцентриковым колесом 12 для вращения в направлении, идентичном или противоположном направлению вращения первого эксцентрикового колеса 12, так что упорная пластина 13, размещенная между первым эксцентриковым колесом 12 и вторым эксцентриковым колесом 12’, совершает возвратно-поступательное движение.
В другом варианте осуществления упорная пластина 13 расположена между двумя эксцентриковыми колесами на поршне 14 для возвратно-поступательного движения вправо и влево, как изображено на фиг. 2. Например, когда поверхность или часть первого эксцентрикового колеса 12 с наименьшим внешним диаметром примыкает к упорной пластине 13, к упорной пластине 13 примыкает поверхность или часть второго эксцентрикового колеса 12’ с наибольшим внешним диаметром. Первое эксцентриковое колесо 12 может вращаться в том же направлении, что и второе эксцентриковое колесо 12’, так что внешний диаметр части первого эксцентрикового колеса 12, примыкающего к упорной пластине, увеличивается, тогда как внешний диаметр второго эксцентрикового колеса 12’ уменьшается, и на поршень 14 оказывается толкающее воздействие для его движения вправо. Когда первое эксцентриковое колесо 12 примыкает к упорной пластине 13 своей поверхностью или частью с наибольшим внешним диаметром, второе эксцентриковое колесо 12’ примыкает к упорной пластине 13 своей поверхностью или частью с наименьшим внешним диаметром, и в это время упорная пластина 13 перемещается в крайнее правое положение; первое эксцентриковое колесо 12 продолжает вращаться, и упорная пластина 13 за счет увеличивающегося внешнего диаметра второго эксцентрикового колеса 12’ смещается влево, так что поршень 14 движется влево, толкая жидкий калибровочный образец и выпуская его из поршневого канала. В одном варианте осуществления каждое из первого эксцентрикового колеса 12 и второго эксцентрикового колеса 12’ приводится в движение электрической машиной 11. В другом варианте осуществления первое эксцентриковое колесо 12 и второе эксцентриковое колесо 12’ соответственно приводятся в движение двумя электрическими машинами 11. Наличие двух эксцентриковых колес является преимущественным, поскольку упорная пластина может быть размещена между первым эксцентриковым колесом 12 и вторым эксцентриковым колесом 12’, и, таким образом, упорная пластина может перемещаться более стабильно, предотвращая отсутствие контакта между упорной пластиной и первым эксцентриковым колесом 12 во время перемещения с высокой скоростью, если устройство содержит лишь первое эксцентриковое колесо.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено лишь первое эксцентриковое колесо 12. Автоматическая подающая часть дополнительно содержит упругий элемент 15, выполненный для обеспечения упругой силы в направлении, противоположном направлению усилия для приведения в движение поршня 14 первым эксцентриковым колесом 12. Например, упругий элемент 15 обеспечивает тяговое усилие, которое тянет поршень 14 (как изображено на фиг. 1) влево, тогда как первое эксцентриковое колесо 12 противодействует тяговому усилию от упругого элемента 15 и толкает упорную пластину и, следовательно, поршень 13 вправо. Когда первое эксцентриковое колесо 12 своей поверхностью или частью с наибольшим внешним диаметром примыкает к упорной пластине 13 и вращается, при этом его внешний диаметр постепенно уменьшается, упругий элемент 15 тянет поршень 14 влево.
В другом варианте осуществления упругий элемент 15 может обеспечить упругое толкающее усилие в направлении слева направо с тем, чтобы толкать поршень 14 вправо. В одном варианте осуществления эксцентриковое колесо 12’ предусмотрено с правой стороны упорной пластины, так что второе эксцентриковое колесо 12’ противодействует упругому толкающему усилию упругого элемента 15 и толкает поршень 13 для его перемещения.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения автоматическая подающая часть дополнительно содержит сообщающий канал 19. Впускное отверстие сообщающего канала 19 выполнено в сообщении с резервуаром 18, а выпускное отверстие сообщающего канала 19 выполнено в сообщении с поршневым каналом. Выпускное отверстие сообщающего канала 19 выполнено рядом с концом поршневого канала, так что при перемещении поршня 14 жидкий калибровочный образец в сообщающем канале 19 может выкачиваться в пространство в поршневом канале, образованное между торцевой поверхностью поршня 14 и внутренней торцевой поверхностью поршневого канала. Согласно конфигурации в варианте осуществления настоящего изобретения автоматическое калибровочное устройство 10 оснащено резервуаром 18 и сообщающим каналом 19, так что калибровочный образец может перемещаться в пределах автоматического калибровочного устройства 10 и не будет находиться в контакте с окружающей средой, что особенно предпочтительно в случае летучего жидкого образца. Таким образом, количество жидкого образца, поданного автоматическим калибровочным устройством 10, может быть точным и неизменным, что способствует обнаружению. Впускное отверстие сообщающего канала 19 имеет диаметр в диапазоне от 0,5 мм до 1 мм; тем не менее величина его диаметра может быть другой.
В выпускном отверстии сообщающего канала 19 может быть предусмотрен обратный клапан 17. Как показано на фиг. 1, когда первое эксцентриковое колесо 12 приводит поршень 14 в движение вправо, обратный клапан 17 открывается, и калибровочный образец в резервуаре 18 течет в поршневой канал, то есть калибровочный образец течет в пространство в поршневом канале, образованное торцевой поверхностью поршня 14 и противоположной ей внутренней торцевой поверхностью поршневого канала. Когда поршень 14 движется влево, обратный клапан 17 запирает выпускное отверстие сообщающего канала 19, и жидкий калибровочный образец может выходить только из выпускного отверстия в торцевой поверхности поршневого канала. На конце поршневого канала может быть предусмотрена резиновая заглушка 16, и в резиновой заглушке 16 может быть предусмотрено выпускное отверстие, так что жидкий калибровочный образец может выходить из выпускного отверстия. В этом случае обратный клапан 17 выполнен таким образом, что жидкий калибровочный образец может входить в поршневой канал через обратный клапан 17 и не может течь в сообщающий канал 19. Кроме того, резиновая заглушка 16 также выполнена допускающей движение в одном направлении, так что жидкий калибровочный образец может течь справа налево, как изображено на фиг. 1, и не может течь слева направо, то есть жидкий калибровочный образец может быть выведен из поршневого канала через резиновую заглушку 16 наружу, но при этом резиновая заглушка 16 не дает попасть в поршневой канал воздуху или жидкости из окружающей среды.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения автоматическая подающая часть дополнительно содержит подающую трубку 110, выполненную в сообщении по текучей среде с поршневым каналом, так что жидкий калибровочный образец в поршневом канале может быть подан в спектрометр ионной подвижности по подающей трубке 110. Подающая трубка 110 может быть выполнена содержащей внутреннюю часть 112 подающей трубки и внешнюю часть 111 подающей трубки, и между внутренней частью 112 подающей трубки и внешней частью 111 подающей трубки образован зазор для подачи сквозь него жидкости. Часть подающей трубки 100, обозначенная на фиг. 1 кругом, увеличена примерно в 8 раз и показана вверху слева. Внутренняя часть 112 подающей трубки имеет внутренний диаметр 0,1 мм и внешний диаметр 0,3 мм, а внешняя часть 111 подающей трубки имеет внутренний диаметр 0,5 мм и внешний диаметр 0,8 мм. Зазор образован между внешним диаметром внутренней части 112 подающей трубки и внутренним диаметром внешней части 111 подающей трубки, так что жидкость может быть впрыснута сквозь зазор. Подающая трубка 110 согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения является преимущественной, поскольку можно достичь впрыска жидкого калибровочного образца в количестве около микролитра. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, благодаря сочетанию впрыска, осуществляемого поршнем, приводимым в движение эксцентриковым колесом, и подающей трубки, автоматическое калибровочное устройство 10 может не только впрыскивать жидкий калибровочный образец, но и в достаточной степени рассеивать впрыснутый жидкий калибровочный образец. При работе электрической машины 11 эксцентриковое колесо может вращаться автоматически, и таким образом достигается непрерывный впрыск жидкого калибровочного образца в количестве около микролитра.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения также предложен спектрометр ионной подвижности, содержащий автоматическое калибровочное устройство 10, описанное выше.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения спектрометр ионной подвижности может дополнительно содержать панель управления, экран дисплея и тому подобное для управления устройством и его эксплуатации.
Например, посредством экрана дисплея пользователь может вводить предварительно заданную величину для количества подаваемого жидкого калибровочного образца, а посредством панели управления может управлять электрической машиной 11, чтобы вращать первое эксцентриковое колесо 12 на предварительно заданное количество оборотов. При приведении в движение первого эксцентрикового колеса 12 поршень 14 совершает возвратно-поступательные движения на основании предварительно заданного числа ходов, так что предварительно заданное количество жидкого калибровочного образца выпускается и подается в спектрометр ионной подвижности по подающей трубке 110 с целью измерения.
Хотя были представлены и описаны некоторые варианты осуществления согласно общей концепции настоящего изобретения, следует понимать, что в варианты осуществления можно вносить модификации без отклонения от принципов и идеи общей концепции настоящего изобретения. Объем настоящего изобретения определяется формулой изобретения и ее эквивалентами.