[发明专利]一种研究大分子电荷量的方法

摘要

本发明涉及材料分析领域，一种研究大分子电荷量的方法，样品溶液注入储液池，流速典型值0.05至0.25毫升/分钟；对环形电极上施加电压，使得压电陶瓷盘振动，振动频率典型值120MHz至180MHz；对粘滞系数较大液体，沿喷射器外壳的圆柱形轴线方向移动金属座，电极盘施加压力使得电极盘能够更加紧贴储液池；喷射出的液滴进入真空腔并在电离器作用下形成离子包，继而在真空泵组作用下形成离子束流，离子束流依次通过质量过滤器和离子聚束器后进入电荷探测器；电荷探测器获得离子进入和离开每个感应区域的时刻电流信号；电流信号经过放大器I初始放大后，在放大器II中差分成形，示波器中得到两个尖锐的电压峰；得到对应离子所带电荷量，计算得离子速度。

主权项

1.一种研究大分子电荷量的方法，研究大分子电荷量的装置主要包括液滴喷射器(1)、真空腔(2)、电离器(3)、质量过滤器(4)、离子聚束器(5)、电荷探测器(6)、放大器I(7)、放大器II(8)、示波器(9)和真空泵组，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔(2)具有起始端和末端，在真空腔(2)内，从起始端至末端依次具有电离器(3)、质量过滤器(4)、离子聚束器(5)和电荷探测器(6)，所述真空腔(2)连接有真空泵组，真空度能达到10^‑7Pa，所述液滴喷射器(1)连接于真空腔(2)的起始端，真空腔(2)的起始端具有小孔，液滴喷射器(1)喷射出的液滴能够通过所述小孔进入真空腔(2)并在所述电离器(3)的作用下形成离子包，继而在真空泵组的作用下形成离子束流，所述离子束流依次通过质量过滤器(4)和离子聚束器(5)后进入电荷探测器(6)，所述电荷探测器(6)、放大器I(7)、放大器II(8)和示波器(9)依次电缆连接，放大器I(7)为前置放大器，放大器II(8)为差分放大器；液滴喷射器(1)主要包括喷射器外壳(1‑1)、金属座(1‑2)、电极盘(1‑3)、储液池(1‑4)、喷射口(1‑5)和进液管(1‑6)，所述喷射器外壳(1‑1)为圆柱形，所述金属座(1‑2)位于喷射器外壳(1‑1)内部并能够沿喷射器外壳(1‑1)的圆柱形轴线运动，所述储液池(1‑4)位于喷射器外壳(1‑1)内，所述电极盘(1‑3)固定在金属座(1‑2)上且附着于所述储液池(1‑4)底面，所述储液池(1‑4)为圆柱形或圆台形，当储液池(1‑4)在喷射口(1‑5)一端的圆台底面积较大，所述储液池(1‑4)能够使得振动波的焦点的空间范围小，适用于仅需要喷射样品溶液中液面附近的成分的实验；当储液池(1‑4)在喷射口(1‑5)一端的圆台底面积较小，所述储液池(1‑4)能够增加振动波在焦点处的压强，适用于粘滞系数较高的液体；储液池(1‑4)的侧面具有进液管(1‑6)、端面具有喷射口(1‑5)，所述喷射口(1‑5)的孔径范围为一百至八百微米，所述储液池(1‑4)容积范围为四至八毫升且容积不随电极盘(1‑3)的振动而变化；电极盘(3)主要包括环形电极(1‑3‑1)和一个压电陶瓷盘(1‑3‑2)，环形电极(1‑3‑1)附着在压电陶瓷盘(1‑3‑2)的上表面和下表面，压电陶瓷盘(1‑3‑2)的厚度典型值为120微米至180微米，环形电极(1‑3‑1)的厚度典型值为50微米，环形电极(1‑3‑1)由若干同心的电极环组成，所述电极环按照菲涅尔半波带排列，每个电极环的尺寸取决于电极盘(1‑3)的振动在液体中的振动波长以及预设的焦距，电极环尺寸满足的条件为其中，n＝1，3，5Λ，n为阶数，λ_l为振动波在液体中的波长，F为焦距，所述焦距是振动波的焦点到环形电极中心的距离，r_n为第n个电极环的半径；电荷探测器(6)主要包括电路基板(6‑1)、接地电极(6‑2)和感应电极(6‑3)，电路基板(6‑1)具有相同的两块，接地电极(6‑2)和感应电极(6‑3)均分别附着在两块电路基板(6‑1)上，将两块电路基板(6‑1)具有电极的一面向内排列、且形成的间距为五毫米，从而构成了电荷探测器(6)中的离子束流通道，两块电路基板(6‑1)的感应电极(6‑3)之间的空间形成若干感应区域，离子束流能够沿z方向从两块电路基板(6‑1)之间通过，在离子进入和离开各感应区域的时刻能够在感应电极(6‑3)中形成电流信号，感应电极(6‑3)与放大器I(7)连接，所述电流信号在放大器I(7)中初始放大后，继而在放大器II(8)中差分成形后输入示波器(9)，表现为一组两个尖锐的电压峰，一个正峰、一个负峰，分别对应离子进入和离开各感应区域的时刻，每一个峰的面积与离子电荷成正比，以此能够获得离子所带的电荷量，将感应电极(6‑3)中的金属片在z方向的长度除以两个峰之间的时间间隔，从而能够计算得到离子的速度；接地电极(6‑2)和感应电极(6‑3)均由x方向长度为四十毫米的若干长方形金属片沿z方向排列组成，接地电极(6‑2)中每个长方形金属片z方向长度为十毫米，感应电极(6‑3)中每个长方形金属片z方向长度为八毫米，相邻的接地电极(6‑2)中的金属片和感应电极(6‑3)中的金属片z方向之间间距为一毫米，接地电极(6‑2)中若干长方形金属片在x正方向一端连通，感应电极(6‑3)中若干长方形金属片在x负方向一端连通，所述一种研究大分子电荷量的方法的步骤为：一.将待测样品溶液注入储液池(1‑4)，流速典型值为0.05至0.25毫升/分钟；二.根据样品溶液的种类以及焦点位置，对环形电极(1‑3‑1)上施加电压，使得压电陶瓷盘(1‑3‑2)振动，振动频率典型值为120至180MHz；三.对于粘滞系数相对较大的液体，沿喷射器外壳(1‑1)的圆柱形轴线方向移动金属座(1‑2)，对电极盘(1‑3)施加一定的压力，使得电极盘(1‑3)能够更加紧贴储液池(1‑4)；四.液滴喷射器(1)喷射出的液滴进入真空腔(2)并在电离器(3)的作用下形成离子包，继而在真空泵组的作用下形成离子束流，所述离子束流依次通过质量过滤器(4)和离子聚束器(5)后进入电荷探测器(6)；五.电荷探测器(6)获得离子进入和离开每个感应区域的时刻的电流信号；六.电流信号经过放大器I(7)初始放大后，在放大器II(8)中差分成形，最终在示波器(9)中得到多组电压峰，并将每个电压峰的面积取平均，得到平均峰面积，将一组电压峰中的正峰和负峰之间的时间间隔取平均，得到峰与峰的平均时间间隔；七.通过比较平均峰面积，得到对应离子的所带的电荷量，将感应电极(6‑3)中的金属片在z方向的长度除以峰与峰的平均时间间隔，计算得到离子的速度。