一种用于隔离束源室与质谱的超高真空超薄插板阀的制作方法

本发明属于真空阀门技术领域，具体涉及应用于隔离束源室与质谱的超高真空超薄插板阀。

背景技术：

质谱仪是鉴定分子结构的重要手段。质谱仪一般由进样装置、离子源、离子传输系统、质量分析器和真空系统等部分组成，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷离子，经离子传输系统加速电场的作用，形成离子束，最终进入质量分析器被记录检测。

超声分子束是气体由高压区经小孔进入低压区，通过绝热膨胀形成的定向运动的“孤立”原子、分子集合，是研究原子分子物理、激光化学、等离子体物理、微观化学反应动力学、空间物理、天体物理等领域的重要手段。

超声分子束和质谱联用是上世纪中后期发展起来的一种实验技术。由于分子束取样可以“冷冻”气相化学反应中的较活泼自由基和其他中间体，而质谱可以对这些产物进行快速定性，因此超声分子束质谱联用技术近年来在反应动力学、燃烧诊断、热解、低温氧化反应研究中获得了广泛的应用。

超声分子束质谱联用装置一般按照真空梯度由束源室、电离室、质量仪等构成，彼此之间由中间有小孔的锥形取样漏勺连接。束源室压力可从数个大气压到数十torr不等，电离室压力一般维持在10^-2～10^-3pa，、质谱仪的真空度则维持在10^-4～10^-6pa左右。

在实际工作中，常常需要根据实验需求反复拆装束源室，从而使实验装置整体暴露大气。待仪器安装完毕重新抽气，往往需数小时才能恢复之前的超高真空状态，严重影响工作效率。此外，电离室内部的离子传输系统结构复杂，极易受实验条件变化的干扰；质谱仪内部的质量分析器若长时间暴露在空气中，使用寿命也会大大降低。

为了解决更换束源室又不破坏其他腔室真空的问题，可以在束源室和电离室之间安装真空插板阀。但是，传统的真空插板阀存在几点不足，一是阀体较厚，大大增加了取样漏勺与电离区的距离，导致形成的超声分子束到达电离区时中心分子数密度急剧下降，从而降低了仪器灵敏度；二是传统真空插板阀没有设置阀体运行轨道，运行稳定性及精度较差；三是传统真空插板阀一般应用于洁净的超高真空环境，密封时，阀体带着密封圈向法兰垂直运动直至贴紧密封，如密封圈上有颗粒将大大降低密封效果。

技术实现要素：

为了实现在实验中更换样品时无须破坏质谱仪真空，同时达到不降低取样效率、运行稳定性较好、不受颗粒污染影响的目的，本发明提供一种用于分子束质谱装置的超高真空超薄插板阀。

一种用于隔离束源室与质谱的超高真空超薄插板阀的整体厚度小于8mm，具体结构说明如下：

包括阀安装件21、阀体机构22和直线导入器23；

所述阀安装件21为板状，中部开设有通孔214，周边均布法兰孔，阀安装件21的一侧面设有一对导轨212，一对导轨212对称位于通孔214的两侧；

所述阀体机构22包括活动铰链221、导向连接件222和阀板223，所述阀板223的中部开设有阀孔2234，阀板223的上端通过活动铰链221连接着直线导入器23的伸缩杆233；阀板223通过导向连接件222与一对导轨212中上的导向槽2120的配合设于阀安装件21上；

所述直线导入器23位于阀安装件21外侧的上部；阀板223的上下移动由直线导入器23通过活动铰链221驱动；

工作时，所述阀体机构22在直线导入器23的作用下，沿一对导轨212实现上下移动；当阀体机构22中的导向连接件222上移至导向槽2120中的上止点2121，使阀孔2234和通孔214重合贯通时，所述超高真空超薄插板阀为打开状态；当阀体机构22中的导向连接件222下移至导向槽2120中的下止点2125，使阀孔2234和通孔214完全不贯通时，所述超高真空超薄插板阀为关闭状态。

进一步限定的技术方案如下：

与阀板223上的阀孔2234对应的所述阀安装件21上的通孔214的轴向一侧圆周上开设有密封槽213，密封槽213内设有密封圈215，密封时，密封圈215的轴向的外侧端面与阀板223的板面接触。

所述密封槽为燕尾槽，所述密封圈为o型密封圈。

所述阀板223的厚度小于5mm。

所述一对导轨212结构相同，相对应的内侧面上沿长度方向开设有两段结构相同、长度相等的导向槽2120，所述导向槽2120包括上止点2121、上直槽2122和下止点2125，上直槽2122和下止点2125之间由斜槽2123和下直槽2124光滑过渡连接；与导轨212上的导向槽2120配合，阀板223的两侧分别设有两个导向连接件222；导向连接件222一端安装在阀板223两侧的连接件安装孔2235中，另一端配合安装于导向槽2120内。

导向连接件222包括配合的固定轴2222和轴套2221；阀板223的运动路径由固定轴2222和轴套2221在导向槽2120中的运动路径确定。

所述活动铰链221由短杆2211和长杆2213通过两只连接臂2212连接组成，且短杆2211和长杆2213平行；所述短杆2211的中部连接着直线导入器23的伸缩杆233，所述长杆2213的两端分别连接着阀板223。

所述阀板223的上端中部开设有向下凹的u形安装槽，u形安装槽的两侧分别开设有安装通孔，所述长杆2213的两端配合设于安装通孔2231内，安装通孔2231的外端为螺纹孔2232，螺纹孔2232内设有外螺纹堵头。

阀安装件21的上部设有安装法兰211，直线导入器23中的伸缩杆233插设于安装法兰211内，直线导入器23通过导入器法兰232与安装法兰211的配合连接，设于阀安装件21外侧。

所述阀板223上设有一个以上的放气孔2233。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.采用阀板223与o型密封圈215分离的设计，使阀板223厚度减薄。体现在结构上，即o型密封圈215安装在阀安装法兰21上的燕尾密封槽213中，阀板223的厚度小于5mm，只需满足承压不变形即可。所述阀安装法兰21是电离腔1与束源室4间的隔离法兰，设置有通孔214，通孔周围设置有燕尾密封槽213，放置o型密封圈215。

2.采用轨道设计，使阀板223严格按照轨道运动，提高阀板223稳定性。体现在结构上，即在阀板223两侧安装导向连接件222，包括固定轴2222和轴套2221，固定轴2222外设置轴套2221，减少摩擦；在阀安装法兰21上安装导轨212，导轨212上设置导向槽2120，阀板223两侧的导向连接件222置于导向槽2120内，按照导向槽2120路径移动。

3.采用密封圈滑动摩擦方式去除表面颗粒污染物的设计，使密封圈不受颗粒污染影响。体现在结构上，即导向槽2120由上止点2121、上直槽2122、斜槽2123、下直槽2124和下止点2125构成，斜槽2123用于连接上直槽2122和下直槽2124。阀板223侧面的导向连接件222在上直槽2122中向下运动到末端时，进入斜槽2123；继续运动则阀板223开始接触并压紧o型密封圈215，至斜槽2123末端时，阀板223完全压紧o型密封圈215；继续运动，进入下直槽2124，此时阀板223相对o型密封圈215作垂直向下的摩擦运动，这种滑动摩擦的方式能够有效去除o型密封圈215上附着的细小颗粒污染物。

4.采用防回弹锁止设计，使阀板223固定牢靠。体现在结构上，即在导轨212上的斜槽2123后设置一段下直槽2124。阀板223侧面的导向连接件222运动至斜槽2123末端时，阀板223已完全压紧o型密封圈215，但由于密封圈弹力的作用可能使阀板223侧面的导向连接件222沿斜槽2123回退，导致阀板223回退密封失效。通过设置一段下直槽2124，导向连接件222运动至斜槽2123末端时继续运动进入下直槽2124，下直槽2124运动方向与密封圈弹力方向垂直，避免阀板223回退密封失效。

5.设置活动铰链221和直线导入器23，用于牵引阀板223上下移动。体现在结构上，即活动铰链221用于连接直线导入器23的伸缩杆233和阀板223，直线导入器23通过活动铰链221牵引阀板223上下移动；所述活动铰链221包括短杆2211，连接臂2212以及长杆2213，长杆2213和短杆2211分别穿过阀板223和直线导入器23，再和连接臂2212相连，这样可以使直线导入器23牵引阀板223按照导向槽2120轨迹运行。

附图说明

图1为本发明使用状态图。

图2为插板阀打开状态示意图。

图3为插板阀打开和关闭之间状态示意图。

图4为插板阀关闭状态示意图。

图5为插板阀安装法兰的结构示意图。

图6为阀体中轨道固定条结构示意图。

图7为阀体结构示意图。

图8为直线导入器结构示意图。

图9为活动铰链结构示意图。

图10为固定轴及轴套结构示意图。

图11为阀板结构示意图。

上图中序号：电离腔1、超薄插板阀2、束源室安装法兰3、束源室4、质谱仪5；阀安装件21、阀体机构22、直线导入器23、安装法兰211、导轨212、燕尾密封槽213、通孔214、o型密封圈215；导向槽2120、上止点2121、上直槽2122、斜槽2123、下直槽2124和下止点2125；活动铰链221、导向连接件222、阀板223；手动旋转执行器231、导入器法兰232、伸缩杆233；短杆2211、连接臂2212、长杆2213；轴套2221、固定轴2222；安装通孔2231、螺纹孔2232、放气孔2233、阀孔2234、连接件安装孔2235。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例

一种用于隔离束源室与质谱的超高真空超薄插板阀整体厚度小于8mm。

参见图1，一个原位在线质谱分析系统包括束源室4、束源室安装法兰3、电离室1和质谱仪5，超高真空超薄插板阀2安装于束源室安装法兰3和电离室1之间，用于快速隔离束源室4和电离室1。

超高真空超薄插板阀的结构说明如下：

参见图2，超高真空超薄插板阀包括阀安装件21、阀体机构22和直线导入器23；

参见图5，阀安装件21为板状，中部开设有通孔214，周边均布法兰孔。阀安装法兰21的一侧面设有一对导轨212，一对导轨212对称位于通孔214的两侧。一对导轨212结构相同，相对应的内侧面上沿长度方向开设有两段结构相同、长度相等的导向槽2120；参见图6，导向槽2120包括上止点2121、上直槽2122和下止点2125，上直槽2122和下止点2125之间由斜槽2123和下直槽2124光滑过渡连接。

参见图5，与阀板223对应的通孔214的轴向一侧圆周上开设有密封槽213，密封槽213为燕尾槽，密封槽213内安装有o型的密封圈215，密封时，密封圈215的轴向的外侧端面与阀板223的板面接触。

参见图7和图11，阀体机构22包括活动铰链221、导向连接件222和阀板223，阀板223的厚度小于5mm，阀板223的中部开设有阀孔2234。阀板223通过导向4个导向连接件222与一对导轨212中导向槽2120的配合位安装于阀安装件21上；导向连接件222一端安装在阀板223两侧的连接件安装孔2235中，另一端配合安装于导轨212上的导向槽2120内。参见图10，导向连接件222包括配合的固定轴2222和轴套2221。参见图11，阀板223上开设有四个放气孔2233，用于释放连接件安装孔2235内死空间的气体。

参见图2、图5和图8，阀安装件21的上部设有安装法兰211，直线导入器23中的伸缩杆233插设于安装法兰211内，直线导入器23通过导入器法兰232与安装法兰211的配合连接，安装于阀安装件21外侧。

参见图7，阀板223的上端通过活动铰链221连接着直线导入器23的伸缩杆233。参见图9，活动铰链221由短杆2211和长杆2213通过两只连接臂2212连接组成，且短杆2211和长杆2213平行，短杆2211的中部连接着直线导入器23的伸缩杆233。阀板223的上端中部开设有向下凹的u形安装槽，u形安装槽的两侧分别开设有安装通孔，长杆2213的两端分别配合安装于对应的通孔2231内，安装通孔2231的外端为螺纹孔2232，螺纹孔2232内设有带孔外螺纹堵头，用于限定长杆2213位置。

本发明的工作原理说明如下：

参见图1，束源室4、束源室安装法兰3、超薄插板阀2、电离腔1和质谱仪5依次安装成整体。

参见图2，初始状态时，阀体机构22完全提升，阀孔2234和通孔214重合贯通，束源室4与电离腔1连通。

阀板223侧面的导向连接件222在上直槽2122中向下运动到末端时，进入斜槽2123；继续运动则阀板223开始接触并压紧o型密封圈215，至斜槽2123末端时，阀板223完全压紧o型密封圈215；继续运动，进入下直槽2124，此时阀板223相对o型密封圈215作垂直向下的摩擦运动，这种滑动摩擦的方式能够有效去除o型密封圈215上附着的细小颗粒污染物；

参见图3，需要关闭阀门时，顺时针旋转直线导入器23的手动旋转执行器231，此时，直线导入器23的伸缩杆233将向下移动，阀板223在直线导入器23的带动下，通过与阀板223相连的导向连接件222在导向槽2120内由上止点2121经过上直槽2122向下移动至斜槽2123的转折点，此时阀板223与密封圈215未接触；阀板223将在斜槽2123的导引下，朝着斜下方运动，向阀安装件21靠近，阀板223开始接触并压紧o型密封圈215。当阀板移223至下直槽2124下端的转折点时，阀板223将密封圈215压紧。

参见图4，继续顺时针旋转直线导入器23的手动旋转执行器231，阀板223相连的导向连接件222进入下直槽2124，此时阀板223相对o型密封圈215作垂直向下的摩擦运动，这种滑动摩擦的方式能够有效去除o型密封圈215上附着的细小颗粒污染物。当导向连接件222下行至下止点2125时，阀板223受到密封圈215轴向的弹力，弹力方向与下直槽2124垂直，保证了阀板223有效锁止。此时阀孔2234和通孔214完全不贯通，超薄插板阀2完全关闭。

需要打开阀门时，逆时针旋转直线导入器23的手动旋转执行器231，与关闭阀门顺序相反，此时直线导入器23将牵引阀板223沿着一对导轨212向上移动，当通孔214和阀孔2234完全重合时，超薄插板阀2完全打开，回归图2所示状态。