【技术实现步骤摘要】
一种气相离子分子反应装置及反应方法
[0001]本专利技术属于化学反应装置
，具体而言，涉及一种气相离子分子反应装置及反应方法。
技术介绍
[0002]离子分子反应是物理化学研究的重要课题，对于认识分子活化转化的机理和规律、建立分子离子化的方法实现中性物种的检测、验证和改进相关理论计算以及为宏量分子转化提供新思路等方面具有重要科学意义。基于此，研制离子分子反应装置成为了研究热点。
[0003]在离子分子反应的研究中，反应气压和反应时间是两个重要因素：提高反应气压与反应时间可以增加气相离子与中性气体的碰撞次数，在发现新的反应通道、提高中心物种检测限、捕获离子分子反应中间体以及提高气相离子转化率等方面都具有重要作用。
[0004]目前常用的离子分子反应装置如离子回旋共振池(～10
‑7‑
10
‑6Pa)、碰撞反应池(～10
‑2‑
10
‑1Pa)、离子阱(～10
‑2‑
101Pa)等反应气压较低；而快速流动管(～102‑
103Pa)虽然反应气压较高，但其反应时间(～10
‑1‑
100ms)较短，且存在反应时间不易控制、反应通道不好指认等缺点。专利CN 110026144 A中公开了一种气相离子催化分子宏量转化的装置，该装置可实现102Pa下的离子分子反应，且中性产物可在富集单元中富集，但离子产物无法通过该装置的富集单元收集，不能对离子进行表征，无法用于研究离子分子反应过程。
技术实现思路
>[0005]本专利技术旨在提供一种气相离子分子反应装置及反应方法，解决了现有离子分子反应器中无法同时实现高反应气压、长时间反应等条件的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种高气压、长时间反应的气相离子分子反应装置，包括：反应容器单元，其前端设置有用于离子引入与气体排出的入口小孔，后端设置有用于离子与气体排出的出口小孔；离子约束单元，安装于反应容器单元内部，配置为通过施加合适的电场，以实现高气压下气相离子的约束与传输；气体引入单元，安装于反应容器单元的外侧壁上，配置为用于引入低压气体以约束气相离子以及高压气体与气相离子发生离子分子反应；快速开关单元，安装于反应容器单元出入口小孔外侧，配置为控制反应容器单元的出入口小孔的快速开启与关闭。
[0007]根据本专利技术，所述离子约束单元包括多极电极组件和离子漏斗阱，离子漏斗阱包括多个相互平行设置的电极片、直流电发生单元和射频电发生单元；所述直流电发生单元产生直流电并施加在电极片上，射频电发生单元产生射频电并施加在电极片上，施加在相邻两个所述电极片上的射频电的电压值相等、相位相反。
[0008]优选地，所述直流电发生单元通过导线与电极片连接，所述射频电发生单元依次通过信号发生器、功率放大器和线圈组件与电极片连接。
[0009]优选地，所述线圈组件包括主线圈、第一次线圈和第二次线圈，所述主线圈与功率
放大器连接，主线圈内产生交变电流，所述第一次线圈和第二次线圈感应主线圈产生的交变电流并产生感应的交变电流；所述第一次线圈和第二次线圈的匝数相等、缠绕方向相反。优选地，电极片为环形电极片，环形电极片内壁的形状为圆形，外壁的形状为正方形。优选地，沿逐渐远离离子约束单元的离子入口方向，电极片上施加的直流电压先递减后增高。
[0010]根据本专利技术，所述气体引入单元包括脉冲阀控制单元、第一脉冲阀及第二脉冲阀，配置为分别脉冲式引入约束离子所需的低压气体与发生离子分子反应的高压气体，所述脉冲阀控制单元产生脉冲电并施加在脉冲阀上。
[0011]根据本专利技术，所述快速开关单元包括电磁铁控制单元、两个金属薄片和四个电磁铁，所述电磁铁控制单元产生脉冲电并施加在电磁铁上；所述金属薄片的两端分别设置有一个侧部小孔，用于连接固定两个所述电磁铁，且两个电磁铁运动方向相反，通过控制所述电磁铁拉动金属薄片往复运动，实现反应容器单元的出入口小孔的开启与关闭。
[0012]优选地，所述电磁铁控制单元包括延时信号发生器和固态直流继电器，所述延时信号发生器产生TTL信号施加于固态直流继电器上，固态直流继电器接收到TTL信号后产生脉冲电施加于电磁铁上，驱动其在脉冲状态下工作。
[0013]根据本专利技术，所述金属薄片上还设置有中部小孔，所述中部小孔的孔径与所述反应容器单元的出入口小孔的孔径相近。
[0014]根据本专利技术，所述快速开关单元的电磁铁通过固态直流继电器和延时发生器控制。
[0015]根据本专利技术，所述金属薄片与反应容器单元通过橡胶圈密封。
[0016]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种利用气相离子分子反应装置进行离子分子反应的方法，包括以下步骤：S1、开启反应容器单元的出入口小孔，控制气体引入单元引入低压冷却气，并控制离子约束单元共同作用约束引入的气相离子；S2、控制快速开关单元关闭反应容器单元的出入口小孔，控制气体引入单元引入高压反应气体，所述高压反应气体被约束在反应容器单元内，与气相离子发生离子分子反应；S3、经充分反应后，控制快速开关单元开启反应容器单元的出入口小孔，排出高压气体；S4、当反应容器单元内气压降至低于101Pa后，改变离子约束单元电场，排出反应物离子和产物离子，以进一步检测与表征。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0018]本专利技术提供的气相离子分子反应的装置，其反应容器单元的出入口可以通过控制电磁铁拉动金属片实现开启与关闭，出入口关闭时，可以将气体分子长时间困住，维持反应容器单元内的高气压，离子约束单元可以实现在高气压下长时间约束离子，实现了高气压、长时间条件下充分反应。此外，反应结束后的反应物离子与产物离子可以在电场操控下排出，进一步由质谱或光谱检测与表征。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的气相离子分子反应装置的剖面图；
[0020]图2是本专利技术的气相离子分子反应装置的外部立体结构示意图；
[0021]图3是反应容器单元处于开启状态时快速开关单元的结构示意图；
[0022]图4是反应容器单元处于关闭状态时快速开关单元的结构示意图；
[0023]图5是本专利技术一个具体实施例中金属片的结构示意图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本专利技术做进一步的详细说明。需要强调，此处描述的具体实施例仅用于更好的阐述本专利技术，为本专利技术部分实施例，而非全部实施例，所以并不用作限定本专利技术。此外，下面描述的本专利技术实施例中涉及的技术特征，只要彼此间未构成冲突，即可以相互组合。
[0025]如图1所示，本专利技术提供了一种高气压、长时间反应的气相离子分子反应装置，包括反应容器单元1、离子约束单元2、气体引入单元3和快速开关单元4。反应容器单元1的前端设置有用于离子引入与气体排出的入口小孔5，后端设置有用于离子与气体排出的出口小孔6，其余各部分均保持气密性，用于容纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气相离子分子反应装置，其特征在于，包括：反应容器单元(1)，其前端设置有用于离子引入与气体排出的入口小孔(5)，后端设置有用于离子与气体排出的出口小孔(6)；离子约束单元(2)，安装于所述反应容器单元(1)内部，配置为通过施加合适的电场，以实现高气压下气相离子的约束与传输；气体引入单元(3)，安装于所述反应容器单元(1)的外侧壁上，配置为用于引入低压气体以约束气相离子以及高压气体与气相离子发生离子分子反应；快速开关单元(4)，安装于所述反应容器单元(1)出入口小孔(6，5)外侧，配置为控制反应容器单元(1)的出入口小孔(6，5)的快速开启与关闭。2.根据权利要求1所述的气相离子分子反应装置，其特征在于，所述离子约束单元(2)包括多极电极组件和离子漏斗阱，所述离子漏斗阱包括多个相互平行设置的电极片、直流电发生单元和射频电发生单元；所述直流电发生单元产生直流电并施加在电极片上，所述射频电发生单元产生射频电并施加在电极片上，施加在相邻两个所述电极片上的射频电的电压值相等、相位相反。优选地，所述直流电发生单元通过导线与电极片连接，所述射频电发生单元依次通过信号发生器、功率放大器和线圈组件与电极片连接。优选地，所述线圈组件包括主线圈、第一次线圈和第二次线圈，所述主线圈与功率放大器连接，主线圈内产生交变电流，所述第一次线圈和第二次线圈感应主线圈产生的交变电流并产生感应的交变电流；所述第一次线圈和第二次线圈的匝数相等、缠绕方向相反。优选地，电极片为环形电极片，环形电极片内壁的形状为圆形，外壁的形状为正方形。优选地，沿逐渐远离离子约束单元的离子入口方向，电极片上施加的直流电压先递减后增高。3.根据权利要求1所述的气相离子分子反应装置，其特征在于，所述气体引入单元(3)包括脉冲阀控制单元、第一脉冲阀(31)及第二脉冲阀(32)，配置为分别脉冲式引入约束离子所需的低压气体与发生离子分子反应的高压气体，所述脉冲阀控制单元产生脉冲电并施加在脉冲阀上。4.根据权利要求1所述的气相离子分子反应装置，其特征在于，所述快速开关单元(4)包括电磁铁控制单元、金属薄片(41)和电磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：何圣贵，魏龚平，任熠，刘清宇，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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