一种密封式质谱仪
阅读说明：本技术 一种密封式质谱仪 (Sealed mass spectrometer ) 是由 张兆清 刘权卫 房映彤 侯留东 马敬 陈云清 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种密封式质谱仪,用于进行放射性样品分析,包括质谱仪本体,还包括手套箱,所述质谱仪本体包括进样系统及离子源、其他部件,所述进样系统及离子源设于所述手套箱内；所述其他部件设于所述手套箱外。本发明不仅可以保证工作人员的辐射安全,还便于操作、维修。(The invention discloses a sealed mass spectrometer which is used for analyzing radioactive samples and comprises a mass spectrometer body and a glove box, wherein the mass spectrometer body comprises a sample introduction system, an ion source and other components, and the sample introduction system and the ion source are arranged in the glove box; the other components are arranged outside the glove box. The invention can not only ensure the radiation safety of the working personnel, but also facilitate the operation and the maintenance.)
技术领域
本发明属于核技术领域，具体涉及一种可用于放射性样品分析的密封式质谱仪。
背景技术
核燃料后处理厂、放化试验设施等核设施一般都需要进行样品分析，从而为工艺流程、产品指标、环境排放等过程提供必要参数。但是，由于这些样品具有放射性，样品的预处理、分析等过程都必须在带有密封功能的屏蔽箱室中进行，以保证工作人员的辐射安全。
质谱仪是痕量、超痕量元素及同位素的分析的常用设备，尤其是电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，其具有精度高、测量准确、速度快、线性范围宽、分辨率高等优点，是核设施中样品分析必不可少的手段。
然而，目前市售的质谱仪中没有专门针对放射性样品分析的密封式质谱仪，以往在采用质谱仪分析放射性样品时，需要将整个质谱仪密封在定制的手套箱中或通风柜中，不仅操作、维修不方便，而且，由于手套箱具有连续进排风、开放性操作的特点，存在不稳定、易腐蚀、检修不便、固体废物处理困难等问题，而放置在通风柜中则具有放射性外逸的风险，无法保证人员的辐射安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种密封式质谱仪，不仅可以保证工作人员的辐射安全，且便于操作、维修。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种密封式质谱仪，其包括：
一种密封式质谱仪，用于进行放射性样品分析，包括质谱仪本体，还包括手套箱，所述质谱仪本体包括进样系统及离子源、及其他部件，
所述进样系统及离子源设于所述手套箱内；
所述其他部件设于所述手套箱外。
优选的是，所述质谱仪本体还包括接口结构，所述进样系统及离子源与所述其他部件之间通过接口结构相连，所述接口结构包括样品锥、截取锥、以及连接件，所述样品锥、所述截取锥设于所述手套箱内，并与离子源相对；所述连接件包裹在所述样品锥、所述截取锥之外，且与所述手套箱通过法兰密封连接。
优选的是，所述进样系统及离子源中，离子源为高频电感耦合等离子体。
优选的是，所述手套箱内设有滑动组件，用于带动所述进样系统及离子源在所述手套箱内滑动。
优选的是，所述滑动组件包括托架、滑轨，所述托架设于所述进样系统及离子源的下方，所述滑轨沿水平方向设于托架上，所述进样系统及离子源的下部穿设于所述滑轨上。
优选的是，所述其他部件包括排气系统和真空系统，所述排气系统包括排气管和排气罩，所述排气管的一端与所述真空系统中的真空泵的出口端连通，其另一端伸入到所述手套箱内，用于将所述真空系统产生的气体引入到手套箱内；
所述排气罩设于所述手套箱内，并处于所述进样系统及离子源的附近，用于收集离子源对放射性样品进行等离子体处理时产生的废气。
优选的是，所述质谱仪还包括过滤组件，所述过滤组件包括排风过滤器，所述排风过滤器设于手套箱的外部，用于将手套箱内部的废气过滤并排出至手套箱的外部。
优选的是，所述过滤组件还包括进风过滤器，所述进风过滤器设于所述手套箱的外部，用于对所述外界气体进行过滤后将其通入手套箱内。
优选的是，所述手套箱包括箱体，所述箱体上设有多个手套，所述箱体包括多个面板，其中两个相对设置的面板采用透明玻璃制成，其他面板采用不锈钢制成。
优选的是，所述手套箱还包括穿管接头、电连接器、以及负压监测装置，所述穿管接头用于输送试剂；
所述电连接器用于供电；
所述负压监测装置用于监测所述手套箱内的压力；
且所述手套箱的密封等级至少为3级。
本发明的密封式质谱仪，通过将进料系统及离子源等需要直接接触放射性样品的部件设于密封的手套箱内，使其与未直接接触放射性样品的其他部件完全隔离，相比于现有质谱仪，可以实现对放射性物质的包容，防止放射性物质外泄，以确保工作人员的辐射安全，同时也方便操作和维修，且分析性能参数没有改变，并且，还可将质谱仪工作时产生的废气引入到手套箱内统一进行过滤排放，可防止对工作环境的污染。
附图说明
图1为本发明实施例中的密封式质谱仪的结构示意图。
图中：1-接口结构；2-进样系统及离子源；3-排气罩；4-手套箱；5-滑轨；6-排风过滤器；7-手套；8-其他部件；9-排气管。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在相互不冲突情况下，本发明的实施例和实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，方向性术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例公开一种密封式质谱仪，包括质谱仪本体、以及手套箱4，其中：质谱仪本体包括进样系统及离子源2、其他部件8，进样系统及离子源2设于手套箱4内，其他部件8设于手套箱4外。
相比于现有的质谱仪，本实施例密封式质谱仪通过将进料系统及离子源2等需要直接接触放射性样品的部件与质谱仪本体中的未直接接触放射性样品的其他部件8进行分隔，使两者分别处于手套箱4的内部和外部，使得在进行放射性样品分析时可直接在手套箱4内进行预处理、进料等操作，既可以防止放射性物质外泄，确保工作人员的辐射安全，且方便操作，便于维修，且对质谱仪的分析性能参数没有改变。
在一些实施方式中，质谱仪本体还包括接口结构1，接口结构1穿设于手套箱4上，进样系统及离子源2与其他部件8之间通过接口结构1相连。具体来说，其他部件8包括离子透镜、质量分析器、检测器等部件，接口结构1包括样品锥、截取锥、以及连接件等相关辅助部件，手套箱包括箱体，其中，样品锥和截取锥(与现有质谱仪中的组成相同或相似)设于手套箱4内，且样品锥与离子源相对，以便吸入离子源处进行等离子处理时产生的离子，并将吸入的离子传输到质谱仪本体中的其他部件8中的离子透镜、质量分析器、检测器等后续部件的腔体内；连接件包裹在样品锥以及截取锥之外，且与手套箱4的箱体通过法兰密封连接，样品锥可避免放射性物质外泄。
在一些实施例中，离子源采用高频电感耦合等离子体，质谱仪本体为电感耦合等离子体质谱仪。更具体来说，这种电感耦合等离子体质谱仪可以是质量分析器为四级杆的电感耦合等离子质谱(ICP-MS)，也可以是质量分析器为电磁双聚焦的高分辨质谱(HR-ICP-MS)，还可以是多接收质谱(MC-ICP-MS)、以及具有类似相关的结构且易进行密封的其他质谱仪。
在一些实施方式中，手套箱4内设置滑动组件，用于带动进样系统及离子源2在手套箱4内滑动，以使进料系统及离子源2处于便于工作人员操作、维修的位置，在操作、检修完成后，再将进料系统及离子源2滑动至原位。
在一些实施方式中，滑动组件包括托架、滑轨5(或者滑杆)。托架设于进样系统及离子源2的下方，且托架具有调节功能，比如，托架的底部可设有水平调节螺杆以调节托架的水平位置，托架的底部还可设有竖直调节螺杆以调节托架的高度。滑轨5沿水平方向设于托架上，进料系统及离子源2的下部穿设于滑轨5上。
在一些实施方式中，滑动组件还包括动力件及控制开关(图中未示出)，动力件与进料系统及离子源2相连，以提供移动动力，控制开关与动力件电连接，以控制动力件输出动力。并且，控制开关优选设于手套箱4的外部，比如，设于手套箱4箱体的侧板上。
在一些实施方式中，动力件可以为电缸，即采用电力驱动进料系统及离子源2进行移动，通过控制开关控制向电缸通电。动力件也可以为气缸，即采用气动驱动进料系统及离子源2进行移动，通过控制开关控制向气缸进气。
在一些实施方式中，手套箱4的尺寸大小可以为：长1200-2000mm，宽800-1200mm，高1400-2000mm，以确保手套箱4具有足够大的内部空间可满足操作、检修等要求。本实施例中，手套箱4的箱体上设有多个手套7，箱体包括多个面板，具体来说，包括四周的多个侧板、上部的顶板、下部的底板，手套7优选设于手套箱4的箱体中的两个相对的侧板上，手套7的数量可根据需求进行选择，比如，可分别设置6-10个手套，且设有手套7的两个相对设置的侧板优选采用透明玻璃制成，比如，可采用透明有机玻璃或钢化玻璃制成。接口结构1中的进料锥设于箱体中的其余的任意一个侧板上，且该侧板、顶板、底板、以及其余侧板优选采用不锈钢制成。
在一些实施方式中，本实施例密封式质谱仪的其他部件8包括排气系统和真空系统，排气系统包括排气管9和排气罩3，真空系统包括真空泵，其中，排气管9的一端与真空系统中的真空泵的出口端连通，其另一端伸入到手套箱4内，用于将真空系统产生的废气引入到手套箱4内；排气罩3设于手套箱4内，并处于进样系统及离子源的附近，比如，可设于进样系统及离子源的正上方，用于收集离子源对放射性样品进行等离子体处理时产生的废气。通过将真空系统产生的废气及等离子体处理产生的废气汇集到手套箱4再统一进行处理、排放，不仅可避免放射性物质外泄，防止对工作环境的污染，且操作方便。
在一些实施方式中，本实施例密封式质谱仪还包括过滤组件，过滤组件包括排风过滤器6，排风过滤器6设于手套箱4的外部，比如，可设于手套箱4的顶板上，排气管9的伸入到手套箱4内的一端处于排风过滤器6的入口处，并且，排风过滤器6最好还处于排气罩3的上方或出口处，以便将手套箱4内部的废气(包括真空系统排出的废气和离子源处产生的废气)过滤并排出至手套箱4的外部。
在一些实施方式中，过滤组件还包括进风过滤器，进风过滤器设于手套箱4的外部，比如，可设于手套箱4的顶板上，用于对外界气体进行过滤并将其通入到手套箱4内，以便助于调节、维持手套箱4内的压力。
在一些实施方式中，手套箱4上还设有负压监测装置(图中未示出)，负压检测装置用于检测手套箱4内的压力大小，确保手套箱4内的压力维持在所需的负压，以防止放射物外泄。本实施例中，手套箱4内的负压值优选为-200～-300Pa。
在一些实施方式中，手套箱4上还可设有穿管接头、电连接器、以及灯具(图中未示出)等辅助件，具体的可以根据实际需求进行选择，其中，穿管接头用于输送试剂，电连接器用于供电，灯具用于照明。
在一些实施方式中，本实施例密封式质谱仪还可以包括支架，质谱仪本体和手套箱4均设于支架上，支架的高度优选为500-800mm，以便工作人员操作。
在一些实施方式中，手套箱4的密封等级应至少为3级，以确保密封效果。
综上所述，本实施例的密封式质谱仪，通过将进料系统及离子源等需要直接接触放射性样品的部件设于密封的手套箱内，使其与质谱仪本体中的离子透镜、质量分析器、检测器、以及真空系统等未直接接触放射性样品的部件完全隔离，相比于现有质谱仪，可以实现对放射性物质的包容，防止放射性物质外泄，确保工作人员的辐射安全，同时方便操作、维修，且分析性能参数没有改变，并且，还可将质谱仪工作时产生的废气引入到手套箱内统一进行过滤排放，可防止对工作环境的污染。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
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