ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПОТОКА ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРА
FLOW CONDITIONER OF GASEOUS SUBSTANCES FOR MASS-SPECTROMETER

Изобретение относится к устройствам формирования стабильного потока газообразных веществ, подлежащих анализу с помощью масс-спектрометра, и может быть использовано в масс-спектрометрах, предназначенных для анализа газообразных веществ.
Известно устройство, предназначенное для формирования стабильного потока газообразных веществ двух уровней интенсивности и его доставки в камеру ионизации масс-спектрометра, состоящее из источника газообразных веществ, двух дозирующих пневмосопротивлений в виде капилляров, первого трехходового клапана для коммутации источника газообразных веществ через рабочее дозирующее пневмосопротивление с камерой ионизации или с вакуумным насосом, и второго трехходового клапана для выбора рабочего дозирующего пневмосопротивления (патент США №6635885, МПК H01J 49/04, 2001 - ближайший аналог). Особенностью указанного устройства является непрерывность создаваемого устройством потока газообразных веществ, что достигается с помощью первого трехходового клапана, направляющего поток либо в камеру ионизации вакуумной камеры (во время работы масс-спектрометра в режиме анализа веществ или калибровки), либо на вход вакуумного насоса (во время работы в режиме ожидания).
Известное устройство имеет следующие недостатки.
Постоянное расходование запаса газообразных веществ в источнике газообразных веществ вследствие непрерывности потока, что приводит к необходимости частой заправки источника газообразных веществ.
Кроме того, при смене рабочего дозирующего пневмосопротивления с помощью второго трехходового клапана требуется значительное время для стабилизации потока газообразных веществ перед его направлением в камеру ионизации с помощью первого трехходового клапана, поскольку поток газообразных веществ непрерывен только через рабочее, т.е. только через одно из двух дозирующих пневмосопротивлений.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков известного устройства, а именно увеличение времени работы формирователя до перезаправки источника газообразных веществ и минимизация времени стабилизации потока газообразных веществ при любом используемом дозирующем пневмосопротивлении.
Указанная задача решается тем, что в формирователе потока газообразных веществ для масс-спектрометра, содержащем источник газообразных веществ, сообщающийся с камерой ионизации масс-спектрометра по крайней мере через одно дозирующее пневмосопротивление и по крайней мере через один расположенный после дозирующего пневмосопротивления клапан, последний выполнен двухходовым, внутри него размещен входной канал с возможностью его открывания и закрывания посредством уплотнения, при этом объем канала выбирается из условия минимального времени стабилизации потока газообразных веществ, поступающих в камеру ионизации.
Результатом использования таких клапанов является увеличение времени работы формирователя до перезаправки источника газообразных веществ, поскольку перемещение газообразных веществ из источника газообразных веществ в камеру ионизации происходит только в течение включенного состояния клапанов, т.е. только во время работы масс-спектрометра в режиме анализа веществ или калибровки, и расходование запаса газообразных веществ в источнике газообразных веществ значительно снижается. Кроме того, сокращается время стабилизации потока газообразных веществ, поступающего в камеру ионизации, из-за уменьшения объема накопления газообразных веществ во входном канале клапана в течение выключенного состояния клапана благодаря минимально необходимому объему входного канала, что при включении клапана дает уменьшение амплитуды всплеска потока газообразных веществ из входного канала и сокращение времени нарастания потока газообразных веществ через дозирующий капилляр.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано устройство формирователя.
1
2
На фиг. 2 показаны графики изменения потока F из входного канала клапана, потока F через дозирующий капилляр и результирующего потока F газообразных веществ от времени t, начиная с момента включения клапана.
Формирователь содержит источник газообразных веществ 1, по крайней мере один двухходовой клапан 2, оснащенный подвижным уплотнением 3, которое приводится в действие соленоидом, либо вручную, и по крайней мере одно дозирующее пневмосопротивление 4 в виде капилляра. Клапан 2 с уплотнением 3 выполнены из инертных материалов для исключения эффектов химического взаимодействия с газообразными веществами. Выход клапана 2 соединен с помощью трубопровода 5 с камерой ионизации 6, находящейся внутри вакуумной камеры 7 масс-спектрометра. С помощью вакуумного насоса 8 в вакуумной камере 7 и камере ионизации 6 поддерживается низкий уровень давления. Выход дозирующего пневмосопротивления 4 загерметизирован во входном канале 9 клапана 2. Канал 9 перекрывается подвижным уплотнением 3. Вход дозирующего пневмосопротивления 4 загерметизирован в источнике газообразных веществ 1.
Устройство, имеющее в своем составе один клапан 2 и одно пневмосопротивление 4, работает следующим образом.
Под действием вакуумного насоса 8 давление во внутренней полости клапана 2 и в камере ионизации 6 постоянно поддерживается на низком уровне. Внутри источника газообразных веществ 1 присутствует постоянное давление газообразных веществ, значительно превышающее давление во внутренней полости клапана 2 и камере ионизации 6.
При включении клапана 2 происходит поднятие уплотнения 3 и открывание входного канала 9. В результате, выход пневмосопротивления 4 оказывается в области низкого давления. Вследствие этого, между выходом и входом пневмосопротивления 4 возникает перепад давления, под действием которого появляется поток газообразных веществ, который направлен из источника газообразных веществ 1 в камеру ионизации 6.
При выключении клапана 2 происходит закрытие входного канала 9 с помощью уплотнения 3 и поток газообразных веществ в камеру ионизации 6 прекращается. Течение газообразных веществ через пневмосопротивление 4 продолжается, заполняя пространство внутри закрытого входного канала 9 газообразными веществами, до тех пор, пока давление внутри закрытого входного канала 9 не достигнет уровня давления внутри источника газообразных веществ 1.
1
2
1
2
При повторном включении клапана 2 накопившиеся во входном канале 9 газообразные вещества под действием разрежения в вакуумной камере перемещаются в камеру ионизации 6, создавая тем самым поток F. Одновременно по мере уменьшения давления на выходе пневмосопротивления 4 возрастает поток F через пневмосопротивление 4. Суммарный поток F газообразных веществ, поступающих в камеру ионизации 6, будет равен сумме уменьшающегося потока F, выходящего из канала 9, и возрастающего потока F из пневмосопротивления 4.
c
1
2
c
На фиг. 2 время стабилизации t результирующего потока F газообразных веществ определяется объемом внутренней полости входного канала 9. При уменьшении объема внутренней полости входного канала 9 уменьшается начальный всплеск потока F за счет уменьшения количества газообразных веществ, накопившихся в этом объеме, а также сокращается время достижения потоком F максимального значения за счет сокращения времени откачки этого объема. В конечном итоге объем внутренней полости входного канала 9 должен быть подобран или рассчитан таким образом, чтобы минимизировать время стабилизации t результирующего потока F.
Описанное устройство, содержащее один клапан 2 и одно пневмосопротивление 4, формирует стабильный поток газообразных веществ одной интенсивности, определяемой пневмосопротивлением 4.
При использовании устройства, содержащего более одного клапана 2 и равное им количество пневмосопротивлений 4 разной величины, возможно получение различных интенсивностей потока. В таком варианте устройства интенсивность потока газообразных веществ будет определяться одним из пневмосопротивлений 4, подключенных к камере ионизации 6, либо комбинацией подключенных пневмосопротивлений 4.