一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及超微量樣品領域，具體涉及一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]二氧化碳氣體直接進入加速器質譜儀(AMS)進行放射性同位素14C測量技術的興起，有利于超微量樣品的測量，其可將原固體石墨靶樣所需碳量從mg級降低至yg級；且略去樣品處理耗時最長、最易引入污染的還原過程，可大大提高14C-AMS分析的效率與準確性。但是，對于處于高真空度、高電勢差的離子源頭部，過量的氣體的突然進入必將對真空系統(tǒng)的栗組造成損害，嚴重的將導致離子源頭部的真空絕緣性遭到破壞，進而出行擊穿、打火等嚴重損害離子源頭部的情況，最終無法正常輸出由Cs+濺射產生的C-束流。再者，更為關鍵的是過量的二氧化碳氣體進入離子源頭部無法在鈦靶錐表面進行充分的還原和Cs+濺射反應，會導致本已微量的樣品不必要的浪費。因此，二氧化碳氣體流速的控制至關重要，現(xiàn)在國際上通常采取的二氧化碳注入AMS離子源頭部的流速一般不大于5 yL/min。
[0003]對于如此微小的流速控制現(xiàn)有的所有成品的流速/流量控制計均無法滿足此控制要求。當下最為優(yōu)良的(MKS公司)質量流量計其最低流速可控制在2mL/min，分辨率為40 μ L/min，其分辨率都已經(jīng)超過了對二氧化碳流速的控制要求。為此，國外個別實驗室開展了利用微小腔體壓縮推注的方法實現(xiàn)微流速的控制，如圖1所示。其主要依賴于精確控制推注速率進而實現(xiàn)對于流速/流量的控制，該方法須將待測樣品一次注入到空腔內，很難實現(xiàn)后續(xù)的持續(xù)氣體補充與連續(xù)測量；另外此方法很難除去混入的水蒸氣雜氣。
[0004]本專利則利用對二氧化碳氣體不同溫度下的飽和蒸汽壓的控制實現(xiàn)對流速/流量的控制。
【發(fā)明內容】
[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種對二氧化碳的流速/流量的控制二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)。
[0006]本實用新型解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn):一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，包括單向閥、離子源與質量流量計，其中所述單向閥的進口處設有二氧化碳進氣管，單向閥的出口處設有第一三通閥，所述質量流量計與第一三通閥的另一側相連，質量流量計的另一側設有氦氣進氣管，第一三通閥的最后一側設有精確控溫冷阱，精確控溫冷阱外包括冷阱與液氮保溫箱，其中冷阱位于液氮保溫箱內，精確控溫冷阱的另一側設有第二三通閥，第二三通閥的另外兩側分別設有真空系統(tǒng)與所述離子源。
[0007]優(yōu)選的，所述冷阱的兩側分別設有進氣口與出氣口，所述第一三通閥與進氣口相連，第二三通閥與出氣口相連。
[0008]優(yōu)選的，所述第二三通閥連接在離子源的頭部。
[0009]優(yōu)選的，所述第一三通閥與所述單向閥之間設有針閥。
[0010]優(yōu)選的，所述針閥上設有備用氣管接口。
[0011]優(yōu)選的，所述真空系統(tǒng)包括真空栗、PLC控制器、儲氣罐與真空閥門，其中真空閥門位于真空栗與所述第二三通閥之間，PLC控制器與真空栗相連，儲氣罐連接在真空栗的出口處。
[0012]有益效果是:本實用新型是一種控制二氧化碳流速的控制系統(tǒng)，本實用新型主要是保證本二氧化碳處于低溫環(huán)境下，使得二氧化碳蒸汽壓極低且可控，從而控制其流速達到超微流速。本實用新型主要是將二氧化碳通入冷阱中，而冷阱位于液氮保溫箱內，液氮保溫箱的溫控區(qū)間較大，故本裝置可以對-150?-90攝氏度進行精確的控制，以保證二氧化碳處于低溫環(huán)境內，此外低溫環(huán)境內可以將二氧化碳氣體內主要雜氣水蒸氣直接凝華而得到純凈的二氧化碳氣體。再由精確控溫冷阱進入到離子源內，以進行同位素的測量。此外，在單向閥與第一三通閥之間的針閥，可以使得本系統(tǒng)在操作之間先通入的二氧化碳氣體將雜氣從針閥中排出，保證本系統(tǒng)的結果的精確性。真空系統(tǒng)可以在每次實驗結束后，將本系統(tǒng)保持真空，以保證每次實驗的相互獨立，避免交叉污染。
【附圖說明】
[0013]圖1為現(xiàn)有的二氧化碳氣體流速控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0014]圖2為本實用新型一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0015]圖3為本實用新型一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)的真空系統(tǒng)的結構示意圖；
[0016]圖4為二氧化碳在不同溫度下的飽和度的曲線示意圖；
[0017]其中1，二氧化碳進氣管；2，單向閥；3，第一三通閥；4，質量流量計；5，氦氣進氣管；6，針閥；7，進氣口 ；8，液氮保溫箱；9，冷阱；10，出氣口 ；11，真空系統(tǒng)；12，第二三通閥；13，離子源；14，真空閥門；15，PLC控制器；16，真空栗；17，儲氣罐；18，步進電機；19，空腔；20，精確控溫冷阱。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實施方式。
[0019]圖2和圖3出示本實用新型一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)的【具體實施方式】:一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，包括單向閥2、離子源13與質量流量計4，其中所述單向閥2的進口處設有二氧化碳進氣管1，單向閥2的出口處設有第一三通閥3，所述質量流量計4與第一三通閥3的另一側相連，質量流量計4的另一側設有氦氣進氣管5，第一三通閥3的最后一側設有精確控溫冷阱20，精確控溫冷阱20包括冷阱9與液氮保溫箱8，其中冷阱9位于液氮保溫箱8內，精確控溫冷阱20的另一側設有第二三通閥12，第二三通閥12的另外兩側分別設有真空系統(tǒng)11與所述離子源13。
[0020]結合圖2和圖3，所述冷阱9的兩側分別設有進氣口 7與出氣口 10，所述第一三通閥3與進氣口 7相連，第二三通閥12與出氣口 10相連。所述第二三通閥12連接在離子源13的頭部。所述第一三通閥3與所述單向閥2之間設有針閥6。所述針閥6上設有備用氣管接口。結合圖2，所述真空系統(tǒng)11包括真空栗16、PLC控制器15、儲氣罐17與真空閥門14，其中真空閥門14位于真空栗16與所述第二三通閥12之間，PLC控制器15與真空栗16相連，儲氣罐17連接在真空栗16的出口處。
[0021]結合圖1，可知現(xiàn)有的二氧化碳流速控制系統(tǒng)是將二氧化碳氣體通過單向閥2通入空腔19中，再由高精度的步進電機18將氣體從空腔19中由單向閥2推入離子源13內，此方法精度很難提高。結合圖4，可知二氧化碳氣體隨著溫度的降低，其蒸汽壓極低且易控，而且液氮保溫箱8的溫控區(qū)間為-184?200攝氏度。本實用新型利用二氧化碳的該特性，通過降低冷阱9的溫度，實現(xiàn)對二氧化碳氣體的飽和蒸汽壓的控制，使得二氧化碳氣體得以實現(xiàn)超微流速的控制。
[0022]首先，從二氧化碳進氣管1中接入預純化后的二氧化碳氣體，以單向閥2導入并接入第一三通閥3后進入精確控溫冷阱20，第一三通另一端為氦氣從氦氣進氣管5接入，其速率由高精度的質量流量計4控制。針閥6 —端提供額外的氣體備用接口與后續(xù)管路氣體吹掃路徑。經(jīng)由精確控溫冷阱20釋放的穩(wěn)定二氧化碳氣流將進入離子源13頭部，同時期間由第二三通閥12連接額外的真空系統(tǒng)11，保證不同樣品間管路的潔凈度，避免交叉污染。
[0023]基于上述，本實用新型是一種控制二氧化碳流速的控制系統(tǒng)，本實用新型主要是保證本二氧化碳處于低溫環(huán)境下，使得二氧化碳降低飽和蒸汽壓，從而控制其流速達到超微流速。本實用新型主要是將二氧化碳通入冷阱9中，而冷阱9位于液氮保溫箱8內，液氮保溫箱8的溫控區(qū)間較大，故本裝置可以對-150?-90攝氏度進行精確的控制，以保證二氧化碳處于低溫環(huán)境內，此外低溫環(huán)境內可以將二氧化碳氣體內主要雜氣水蒸氣直接凝華而得到純凈的二氧化碳氣體。再由精確控溫冷阱9進入到離子源13內，以進行同位素的測量。此外，在單向閥2與第一三通閥3之間的針閥6，可以使得本系統(tǒng)在操作之間先通入的二氧化碳氣體將雜氣從針閥6中排出，保證本系統(tǒng)的結果的精確性。真空系統(tǒng)11可以在每次實驗結束后，將本系統(tǒng)保持真空，以保證每次實驗的相互獨立，避免交叉污染。
[0024]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，包括單向閥、離子源與質量流量計，其特征在于:所述單向閥的進口處設有二氧化碳進氣管，單向閥的出口處設有第一三通閥，所述質量流量計與第一三通閥的另一側相連，質量流量計的另一側設有氦氣進氣管，第一三通閥的最后一側設有精確控溫冷阱，精確控溫冷阱包括冷阱與液氮保溫箱，其中冷阱位于液氮保溫箱內，精確控溫冷阱的另一側設有第二三通閥，第二三通閥的另外兩側分別設有真空系統(tǒng)與所述離子源。2.根據(jù)權利要求1所述一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述冷阱的兩側分別設有進氣口與出氣口，所述第一三通閥與進氣口相連，第二三通閥與出氣口相連。3.根據(jù)權利要求1所述一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第二三通閥連接在離子源的頭部。4.根據(jù)權利要求1所述一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一三通閥與所述單向閥之間設有針閥。5.根據(jù)權利要求4所述一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述針閥上設有備用氣管接口。6.根據(jù)權利要求1所述一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述真空系統(tǒng)包括真空栗、PLC控制器、儲氣罐與真空閥門，其中真空閥門位于真空栗與所述第二三通閥之間，PLC控制器與真空栗相連，儲氣罐連接在真空栗的出口處。
【專利摘要】本實用新型公開了一種二氧化碳氣體超微流速控制系統(tǒng)，包括單向閥、離子源與質量流量計，其中所述單向閥的進口處設有二氧化碳進氣管，單向閥的出口處設有第一三通閥，所述質量流量計與第一三通閥的另一側相連，質量流量計的另一側設有氦氣進氣管，第一三通閥的最后一側設有精確控溫冷阱，精確控溫冷阱包括冷阱與液氮保溫箱，其中冷阱位于液氮保溫箱內，精確控溫冷阱的另一側設有第二三通閥，第二三通閥的另外兩側分別設有真空系統(tǒng)與所述離子源。本實用新型是一種控制二氧化碳流速控制系統(tǒng)，本實用新型主要是保證本二氧化碳處于低溫環(huán)境下，使得二氧化碳蒸汽壓極低且可控，從而控制其流速達到超微流速。
【IPC分類】G05D27/00
【公開號】CN205015767
【申請?zhí)枴緾N201520666277
【發(fā)明人】付云翀, 程鵬, 杜花, 劉起, 黃春海
【申請人】中國科學院地球環(huán)境研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年8月31日