一种水分子数目选择器和一种水分子数目选择的方法技术

本发明专利技术提供了一种水分子数目选择器，包括水蒸气流生成器、准直器、惰性气体流生成器、气流交汇腔、角度选择器和质谱仪，所述水蒸气流生成器用于产生水蒸气流，所述水蒸气流射入所述准直器进行准直，之后射入所述气流交汇腔；所述惰性气体流生成器用于产生惰性气体流，所述惰性气体流生成器上设有开气口，所述惰性气体流经由所述开气口射入所述气流交汇腔，并且其射入方向与所述水蒸气流的射入方向垂直；所述水蒸气流与所述惰性气体流在所述气流交汇腔发生弹性碰撞，含水分子数目不同的水分子簇被散射到不同方向，被角度选择器接收，并进入质谱仪进行检测，达到水分子数目选择的目的。本发明专利技术还提供了一种水分子数目选择的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种水分子数目选择器和一种水分子数目选择的方法
本专利技术涉及水的处理装置，具体涉及一种水分子数目选择器和一种水分子数目选择的方法。
技术介绍
研究发现，自然界的水并不是以单一水分子(H2O)的形式存在，而是以多种构型的分子簇形式(H2O)n存在，即若干个水分子通过氢健作用在一起。分子簇由不同数目的水分子构成，具有不同的质量。然而不经过数目选择的水分子簇含有多种构型，给水分子科学的研究带来了极大的困难。通常小数目的水分子簇由于易于渗透、被吸收，才是生物体生命活动的研究重点。因此有必要提供一种能够分离不同数目的水分子簇的水分子数目选择方法及装置，便于水分子科学的研究。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种水分子数目选择器和一种水分子数目选择方法。水分子经过所述水分子数目选择器，可以得到一定数目的水分子簇，进而确定水分子簇的构型，便于研究单一构型的水分子簇的各种性质。本专利技术第一方面提供了一种水分子数目选择器，包括水蒸气流生成器、准直器、惰性气体流生成器、气流交汇腔和角度选择器，其中，所述水蒸气流生成器用于产生水蒸气流，所述水蒸气流生成器上设有出气口，所述准直器包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述第二端面上相对设置有输入孔和输出孔，所述第一端面与所述水蒸气流生成器连接，所述第二端面与所述气流交汇腔连接，所述气流交汇腔上开设有与所述输出孔相对应的第一开孔，所述水蒸气流依次经由所述出气口、所述准直器的输入孔、输出孔及所述第一开孔射入所述气流交汇腔；所述惰性气体流生成器用于产生惰性气体流，所述惰性气体流生成器上设有开气口，所述气流交汇腔上开设有与所述开气口相对应的第二开孔，所述惰性气体流经由所述开气口与所述第二开孔射入所述气流交汇腔，并且所述惰性气体流的射入方向与所述水蒸气流的射入方向垂直；所述水蒸气流与所述惰性气体流在所述气流交汇腔发生弹性碰撞，得到含不同水分子数目的水分子簇；所述气流交汇腔上开设有至少一个第三开孔，所述角度选择器包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述第二端面上相对设置有进口和出口，所述第一端面在所述第三开孔处与所述气流交汇腔连接，所述角度选择器与所述准直器的夹角为钝角，所述水分子簇依次经由所述第三开孔、所述角度选择器的进口和出口而射出。优选地，所述水分子数目选择器还包括真空系统，用于提供水分子数目选择器所需的真空环境。优选地，所述真空系统的真空环境由分子泵提供，真空度为10-6Pa。真空系统可避免外界条件变化、其他气体等对碰撞等产生的影响，确保只有水蒸气和惰性气体发生碰撞。优选地，所述真空系统可开设在气流交汇腔或角度选择器上，由于所述水分子数目选择器的6个部件是互相联通的，因此可提供水分子数目选择器的整个内部腔道所需的真空环境。所述水分子数目选择器可放置于支撑台上，并可用夹持部件对所述气流交汇腔进行固定，以提供一个稳定的碰撞环境。优选地，所述角度选择器与所述惰性气体流的射入方向的夹角为锐角或钝角。如本专利技术所述的，所述准直器用于准直所述水蒸气流，使其沿准直器的第一、第二端面中心轴的连线方向流动。优选地，所述水蒸气流生成器的出气口与所述准直器的输入孔同轴。优选地，所述准直器的输入孔与输出孔同轴。优选地，所述准直器的输出孔与所述第一开孔同轴。优选地，所述惰性气体流生成器的开气口与所述第二开孔同轴。优选地，所述水蒸气流生成器的出气口、所述准直器的输入孔、输出孔及所述第一开孔的孔径大小为1μm-5mm。优选地，所述水蒸气流生成器可以为现有的设备，具体地可以为电加热装置。优选地，所述水蒸气流生成器为配制有升压装置的水蒸气流生成器，如高压锅，升压装置能确保发射出高速的水蒸气流。优选地，所述水蒸气流的压力为1.5-5个大气压。如本专利技术所述的，所述水蒸气流生成器可以产生高速水蒸气流，用于提供水分子簇。所述高速水蒸气是由水蒸气流生成器经高压喷射而出。由于在水蒸气中，水分子并不是以单一分子存在，而是若干个水分子结合在一起构成水分子簇，即以多种构型、不同质量的分子簇形式存在。优选地，所述惰性气体流生成器可以为现有的设备，具体地可以为专门的高压气流生成器，也可以是装有惰性气体的钢瓶，钢瓶里面即为高压气体，可通过钢瓶的减压阀的阀门，来调控压力，以便得到高速的惰性气体流。优选地，所述惰性气体流的压力为1.5-5个大气压。所述惰性气体流是与水分子不发生物理化学反应的惰性气体。优选地，所述惰性气体流包括氩气流、氖气流、氪气流，但不限于此。更优选地，所述惰性气体流为氩气流。优选地，所述惰性气体流的纯度为＞99.5％。。如本专利技术所述的，所述气流交汇腔用于提供所述水蒸气流和所述惰性气体流的交汇、碰撞空间。如本专利技术所述的，所述水蒸气流和所述惰性气体流碰撞后，不仅得到包括不同水分子数目的水分子簇，还包括碰撞后的惰性气体、水蒸气。但由于所述角度选择器与所述准直器的夹角为钝角，只有碰撞后一定数目的水分子簇才会被角度选择器选择性地接收。所述水蒸气流与高速氩气流在气流交汇腔发生弹性碰撞，高速氩气分子的动量会损失，水蒸气分子的动量会增加，由于发生的是弹性碰撞，高速氩气分子损失的动量等于水蒸气分子增加的动量，即动量守恒，水蒸气分子增加的动量会改变原来水蒸气分子的运动方向。水分子中原本包含大量、聚集的多种构型、不同质量的分子簇，水蒸气流与高速氩气流弹性碰撞后，不同质量的水分子簇被散射成不同的角度，包含水分子数目多的水分子簇的质量大，偏转角度小；包含水分子数目少的水分子簇的质量小，偏转角度大。因此在不同的角度即可获得包含不同水分子数目的水分子簇。如本专利技术所述的，所述气流交汇腔上的第三开孔至少为一个。优选地，第三开孔的数目为10-30个。优选地，所述第三开孔的孔径为1μm-1mm。优选地，各第三开孔开设在所述气流交汇腔上，且各第三开孔和所述气流交汇腔的中心构成的连线与所述准直器的夹角为钝角。如本专利技术所述的，所述气流交汇腔的形状无特殊限定，可以为球形。在进行每一次弹性碰撞时，仅选择一个第三开孔使用，将其余第三开孔封闭。优选地，所述角度选择器，可以根据所用第三开孔来调整角度，使所述角度选择器的输入孔与所述第三开孔同轴。含水分子数目n不同的水分子簇被散射到不同方向，进入到所述角度选择器，由于一但选择一个第三开孔，其位置是确定的，所述角度选择器接收到的水分子簇的水分子数目也是确定的。优选地，所述水分子数目选择器还包括质谱仪，所述水分子簇经由所述角度选择器的出口进入所述质谱仪。优选地，所述质谱仪用于检测所述角度选择器选择出的水分子簇的水分子数目。经质谱仪检测后，包含一定水分子数目的分子簇即被选出，实现水分子数目选择的功能。本专利技术第二方面，提供了利用第一方面所述的水分子数目选择器进行水分子数目选择的方法，包括以下步骤：将所述水蒸气流生成器产生的所述水蒸气流通过所述准直器进行准直，之后射入所述气流交汇腔；将所述惰性气体流生成器产生的惰性气体流射入所述气流交汇腔，并且所述惰性气体流的射入方向与所述水蒸气流的射入方向垂直，所述水蒸气流与所述惰性气体流在所述气流交汇腔发生弹性碰撞，得到含不同水分子数目的水分子簇，并被所述角度选择器选择性地接收，并进入质谱仪进行检测。优选地，进入所述气流交汇腔时，所述水蒸气流和所述惰性气体流均为高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水分子数目选择器，其特征在于，包括水蒸气流生成器、准直器、惰性气体流生成器、气流交汇腔和角度选择器，其中，所述水蒸气流生成器用于产生水蒸气流，所述水蒸气流生成器上设有出气口，所述准直器包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述第二端面上相对设置有输入孔和输出孔，所述第一端面与所述水蒸气流生成器连接，所述第二端面与所述气流交汇腔连接，所述气流交汇腔上开设有与所述输出孔相对应的第一开孔，所述水蒸气流依次经由所述出气口、所述准直器的输入孔、输出孔及所述第一开孔射入所述气流交汇腔；所述惰性气体流生成器用于产生惰性气体流，所述惰性气体流生成器上设有开气口，所述气流交汇腔上开设有与所述开气口相对应的第二开孔，所述惰性气体流经由所述开气口与所述第二开孔射入所述气流交汇腔，并且所述惰性气体流的射入方向与所述水蒸气流的射入方向垂直；所述水蒸气流与所述惰性气体流在所述气流交汇腔发生弹性碰撞，得到含不同水分子数目的水分子簇；所述气流交汇腔上开设有至少一个第三开孔，所述角度选择器包括相对设置的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述第二端面上相对设置有进口和出口，所述第一端面在所述第三开孔处与所述气流交汇腔连接，所述角度选择器与所述准直器的夹角为钝角，所述水分子簇依次经由所述第三开孔、所述角度选择器的进口和出口而射出。...

【技术特征摘要】
1.一种水分子数目选择器，其特征在于，包括水蒸气流生成器、准直器、惰性气体流生成器、气流交汇腔、角度选择器和质谱仪，其中，所述水蒸气流生成器用于产生水蒸气流，所述水蒸气流生成器上设有出气口，所述准直器包括相对设置的第一端面和第二端面，所述准直器的第一端面与第二端面上相对设置有输入孔和输出孔，所述准直器的第一端面与所述水蒸气流生成器连接，所述准直器的第二端面与所述气流交汇腔连接，所述气流交汇腔上开设有与所述输出孔相对应的第一开孔，所述水蒸气流依次经由所述出气口、所述准直器的输入孔、输出孔及所述第一开孔射入所述气流交汇腔；所述惰性气体流生成器用于产生惰性气体流，所述惰性气体流生成器上设有开气口，所述气流交汇腔上开设有与所述开气口相对应的第二开孔，所述惰性气体流经由所述开气口与所述第二开孔射入所述气流交汇腔，并且所述惰性气体流的射入方向与所述水蒸气流的射入方向垂直；所述水蒸气流与所述惰性气体流在所述气流交汇腔发生弹性碰撞，得到含不同水分子数目的水分子簇；所述气流交汇腔上开设有至少一个第三开孔，所述角度选择器包括相对设置的第一端面和第二端面，所述角度选择器的第一端面与第二端面上相对设置有进口和出口，所述角度选择器的第一端面在所述第三开孔处与所述气流交汇腔连接，所述角度选择器与所述准直器的夹角为钝角，所述水分子簇依次经由所述第三开孔、所述角度选择器的进口和出口而进入所述质谱仪。2.如权利要求1所述的水分子数目选择器，其特征在于，所述水分子数目选择器还包括真空系统，用于提供水分子数目选择器所需的真空环境。3.如权利要求1所述的水分子数目选择器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金雷，时华峰，杨彬，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44