用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统及方法，包括气动喷嘴装置、流量控制装置、信号采集装置和真空装置；气动喷嘴装置和信号采集装置分别设于真空装置内，气动喷嘴装置包括管组件，管组件中分别设有气体毛细管和液体毛细管，气体毛细管和液体毛细管分别与流量控制装置连接；液体毛细管的末端包括两个对称设置的导流斜面、两个对称设置的贴合斜面和底面，导流斜面和贴合斜面围绕底面交替分布，底面上设有第一出口；管组件的末端内壁与导流斜面之间形成气体微流道，管组件的末端设有第二出口。本发明专利技术利用高速气体对液体的压缩和剪切作用，在真空下产生自由流动的、亚微米厚度的液体薄片。亚微米厚度的液体薄片。亚微米厚度的液体薄片。

【技术实现步骤摘要】
用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统及方法


[0001]本申请涉及液体薄片进样设备
，特别是涉及一种用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统及方法。

技术介绍

[0002]大多数化学反应和几乎所有的生物化学反应都发生在水溶液中，溶液体系中动力学和反应途径的研究对于反应本质和生命过程的理解是非常重要的。X射线自由电子激光的出现，促进了化学和生物学等学科在原子和分子尺度的跨越式发展，是研究液相体系的新工具。然而在X射线自由电子激光实验中，固定靶和溶液样品池等传统进样方法不能满足新的进样要求。这是由于高能X射线脉冲会破坏传统进样系统，并产生强烈的杂散信号，并且样品溶液难以在不破坏真空度的条件下引入真空腔体。特别地，软X射线对溶液的穿透厚度只有几微米，传统进样方法的液体层太厚，限制了X射线和电子的传输。
[0003]目前，用于X射线自由电子激光的液体进样的手段主要是液体薄片技术，它可以在真空中产生不断流动的微米级厚度的液体薄片，在这种厚度下，液体薄片可以很容易地传输光子。用于产生液体薄片的装置主要有狭缝式喷嘴、碰撞式喷嘴和微流体芯片气动喷嘴。由于狭缝式喷嘴和碰撞式喷嘴产生的液体薄片的厚度较大(通常介于一到几百微米之间)，且在真空下容易因液体蒸发而结冰和堵塞，难以满足X射线自由电子激光实验的进样要求。微流体芯片气动喷嘴是利用光刻技术加工的硼硅酸盐芯片，利用气动原理产生亚微米的液体薄片，所需样品溶液的流量较大(约150
‑
250uL/min)。当微流体芯片气动喷嘴用于X射线自由电子激光实验腔时，需要额外的机械装置和管路等，与其他进样技术之间的兼容性较差，不利于多功能实验站设计。
[0004]本专利技术就是为了解决上述问题而提出。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统及方法，用于解决现有技术中X射线自由电子激光实验样品溶液进样时，样品厚度大、样品消耗量高和不同进样方法之间兼容性差的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，包括气动喷嘴装置、流量控制装置、信号采集装置和真空装置；所述气动喷嘴装置和信号采集装置分别设于真空装置内，所述气动喷嘴装置包括管组件，所述管组件中分别设有气体毛细管和液体毛细管，所述气体毛细管和液体毛细管分别与流量控制装置连接；所述液体毛细管的末端包括两个对称设置的导流斜面、两个对称设置的贴合斜面和底面，所述导流斜面和贴合斜面围绕所述底面交替分布，所述底面上设有第一出口；所述管组件的末端内壁与导流斜面之间形成气体微流道，所述管组件的末端设有第二出口。
[0007]在本专利技术的一些实施方式中，所述两个导流斜面之间的夹角为30
°‑
70
°
。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述两个贴合斜面之间的夹角为40
°‑
100
°
。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述气体毛细管的内径为20
‑
75um，外径300
‑
430um，长度为500
‑
1000mm。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述气体毛细管为熔融石英毛细管。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述液体毛细管的内径为20
‑
80um，外径300
‑
450um，长度为800
‑
1000mm。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述液体毛细管为熔融石英毛细管。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述管组件包括连接的不锈钢延长管和外玻璃管，所述气体毛细管设于所述不锈钢延长管内，所述液体毛细管自不锈钢延长管延伸入外玻璃管的末端。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述不锈钢延长管和外玻璃管通过第一密封胶密封固定。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述不锈钢延长管的内径1000
‑
1200um，外径为1400
‑
1800um。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述外玻璃管的内径500
‑
850um，外径1000
‑
1200um。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述第二出口设于所述外玻璃管末端，所述第二出口的直径为30
‑
80um。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述外玻璃管和所述液体毛细管通过中心定位环连接。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述气体毛细管、液体毛细管与所述不锈钢延长管通过第二密封胶密封固定。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，所述管组件外套设有紧固接头，所述气动喷嘴装置还包括用于带动管组件及气体毛细管和液体毛细管整体移动的可移动真空接口，所述可移动真空接口包括连接的三轴操纵器和内置管道，内置管道。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述流量控制装置包括依次连通的氮气钢瓶、氮气电子压力调节器、样品池和液体质量流量计；所述液体质量流量计与所述液体毛细管连通。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述流量控制装置还包括依次连通的氦气钢瓶、氦气电子压力调节器和气体质量流量计；所述气体质量流量计与所述气体毛细管连通。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述信号采集装置包括X射线自由电子激光光源和传感器，所述X射线自由电子激光光源产生的激光脉冲与样品接触，所述传感器设于所述真空装置内，用于收集X射线自由电子激光脉冲与样品溶液发生作用后产生的信号。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述真空装置包括捕集单元、第一分子泵组和真空腔体，所述捕集单元和第一分子泵组分别与所述真空腔体连通，所述气动喷嘴装置和信号采集装置分别设于真空腔体内，所述捕集单元设于所述管组件的下方。
[0025]本专利技术另一方面提供一种采用如本专利技术第一方面所述的用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统的方法，包括如下步骤：
[0026]1)在样品池中装有样品液体并竖直放置，将氮气钢瓶经氮气电子压力调节器降压至500
‑
1000psi，气压作用于样品池内样品液体的上液面；
[0027]2)将氦气钢瓶经氦气电子压力调节器降压至500
‑
1000psi；氦气经气体质量流量
计调节至30
‑
260SCCM，输入气体毛细管；
[0028]3)将液体质量流量计调节液体流量至40
‑
200ul/min，输入液体毛细管，样品液体在氦气的气动作用下，在所述外玻璃管的出口处产生多个正交排列的梭形液体薄片；
[0029]4)在产生的液体薄片稳定之后，使X射线自由电子激光光源的入射X射线激光脉冲与初级液体薄片的平面垂直，X射线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，其特征在于，包括气动喷嘴装置(1)、流量控制装置(2)、信号采集装置(3)和真空装置(4)；所述气动喷嘴装置(1)和信号采集装置(3)分别设于真空装置(4)内，所述气动喷嘴装置(1)包括管组件(110)，所述管组件(110)中分别设有气体毛细管(101)和液体毛细管(102)，所述气体毛细管(101)和液体毛细管(102)分别与流量控制装置(2)连接；所述液体毛细管(102)的末端包括两个对称设置的导流斜面(501)、两个对称设置的贴合斜面(502)和底面(503)，所述导流斜面(501)和贴合斜面(502)围绕所述底面(503)交替分布，所述底面(503)上设有第一出口(504)；所述管组件(110)的末端内壁与导流斜面(501)之间形成气体微流道，所述管组件(110)的末端设有第二出口(1041)。2.如权利要求1所述的用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，其特征在于，所述两个导流斜面(501)之间的夹角为30
°‑
70
°
；和/或，所述两个贴合斜面(502)之间的夹角为40
°‑
100
°
。3.如权利要求1所述的用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，其特征在于，所述气体毛细管(101)的内径为20
‑
75um，外径300
‑
430um，长度为500
‑
1000mm；和/或，所述气体毛细管(101)为熔融石英毛细管；和/或，所述液体毛细管(102)的内径为20
‑
80um，外径300
‑
450um，长度为800
‑
1000mm；和/或，所述液体毛细管(102)为熔融石英毛细管。4.如权利要求1所述的用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，其特征在于，所述管组件(110)包括连接的不锈钢延长管(103)和外玻璃管(104)，所述气体毛细管(101)设于所述不锈钢延长管(103)内，所述液体毛细管(102)自不锈钢延长管(103)延伸入外玻璃管(104)的末端。5.如权利要求4所述的用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，其特征在于，所述不锈钢延长管(103)和外玻璃管(104)通过第一密封胶(106)密封固定；和/或，所述不锈钢延长管(103)的内径1000
‑
1200um，外径为1400
‑
1800um；和/或，所述外玻璃管(104)的内径500
‑
850um，外径1000
‑
1200um；和/或，所述第二出口(1041)设于所述外玻璃管(104)末端，所述第二出口(1041)的直径为30
‑
80um；和/或，所述外玻璃管(104)和所述液体毛细管(102)通过中心定位环(105)连接；和/或，所述气体毛细管(101)、液体毛细管(102)与所述不锈钢延长管(103)通过第二密封胶(108)密封固定。6.如权利要求1所述的用于X射线自由电子激光实验的液体薄片进样系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：江怀东，卢栋浩，佟亚军，范家东，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：