[发明专利]压降设备

说明书

本发明涉及一种压降设备，尤其是能作为气相色谱仪或者质谱仪的部件以 及减压阀的部件使用的压降设备。

为进行化学分析，使用了各种技术，比如质谱分析法或者气相色谱法，在 这些技术中，样品的成分根据不同的物理原理被分离。由此，在气相色谱法中， 所述样品的成分基于分子穿过分离柱的扩散时间空间地被分离。在质谱分析法 中，一个个的分子被电离并且根据它们的质荷比时间地被分离。在这两种情况 中，喷射系统均扮演着重要的角色，这是由于喷射系统中普遍存在的压强很大 程度上影响所述测量装置的测量和设计。

所述样品一般处于大气压或者正压下。质谱仪的操作需要低得多的压强。 很多质谱仪在低于0.1Pa的压强下操作，并且因此需要压降级。后者一般由具有 限定长度的并且具有恒定横截面尺寸的毛细管实现，所述毛细管通过在其中的 流阻降低所述压强。由于这样的毛细管的长度能长达若干米，因此在所述毛细 管中，所述样品的最终渡越时间可达几分钟。可替代地，使用质量流量调节器， 借助该调节器，所述压强能被设置和调节。使用这些设备的结果是，喷射系统 的外围的复杂性和死体积以及响应时间均显著地增加。在液体样品的情况下， 这些样品额外地必须首先转换为汽相。在这种情况下，尤其重要的是防止所述 蒸汽在减压路径中再次冷凝。因此，具有大体积的上述喷射系统必须使用复杂 的过程被加热，为实现加热目的，能使用例如曲折加热元件。这些措施大大上 增加了所述喷射系统的操作复杂性、能量消耗和体积，并且需要非常多的热屏 蔽。

为克服现有技术的缺点，发明人已经将其自身置于开发小型化压降设备的 挑战中，所述小型压降设备适合在非常小的空间内减小压强，在所述小型压降 设备中可集成尤其是质谱仪或者气相色谱仪的蒸发器单元，所述小型压降设备 在它的制造中是有成本效益的，所述小型压降设备能容易地被更换，并且所述 小型压降设备通过降低至所述样品的蒸汽压之下避免了在工作期间直接冷凝。

这个目的通过提供压降设备得以实现，所述压降设备包含平面基板和盖板， 以及气体入口开口和气体排放口，所述气体入口开口和所述气体排放口通过毛 细槽连接，其中所述毛细槽由所述基板中的蚀槽或者压槽实施并且由所述盖板 覆盖。

通过将所述盖板放置在所述基板上，所述毛细槽被封闭以形成毛细通道。

在一般的实施例中，本发明提出将毛细槽作为压降设备，使用毛细槽而不 是毛细管将用于所述气体入口的开口连接至用于所述气体排放口的开口，其中 所述毛细槽被蚀刻在基板中并且被盖板覆盖。

为了生产这样的压降设备，本领域技术人员首先从所述基板开始。所述基 板优选地由各向异性地可蚀刻的材料制成。硅，以及其它半导体材料尤其适合 于此。这样的材料对于微系统技术领域的技术人员来说是已知的。所述基板的 尺寸能按照需要进行选择。首要地这些尺寸符合装置的环境，所述压降设备将 被连接至所述装置。

根据本发明，所需要的仅是平面表面，在所述平面表面中所述毛细槽能被 引入。所述毛细槽的引入优选地通过蚀刻发生。然而，将所述槽压制在热塑材 料中也是可行的。

当确定所述毛细槽的几何形状时，所属领域的技术人员也可以自由裁量。 能将所述槽实施为螺旋形、曲折形状、正弦曲线的形式或者其它几何形状的形 式。唯一的前提条件是所述槽连接用于所述气体入口的开口与用于所述气体排 放口的开口。在此，这些开口能单独地或者一起被实施在所述基板中，或者能 使这些开口中的一个或者两个都位于所述盖板上。

以下的关系适用于所述毛细槽的长度和横截面尺寸：所述压降随着所述槽 的长度增大而增大，并且随着所述槽的横截面增大而减小，所述压降和所述槽 的长度的关系以及所述压降和所述槽的横截面的关系都是非线性的。用于特定 的系统的精确要求的长度和精确要求的横截面尺寸还取决于想要在所述压降设 备中处理的气体的量和类型。

下面的值能作为粗略指标应用：已经证明，相应级的大约5mm至大约50mm 的长度，结合大约10μm至大约200μm的横截面尺寸对于在小于0.1Pa压强 下操作的质谱仪是有价值的。

已经证明，对于输入级来说，在大约20μm至大约60μm的横截面尺寸的 情况下，从大约5毫米至大约20毫米的长度，以及在100μm至200μm横截 面尺寸的情况下，从3mm至10mm的长度对于在小于10Pa的压强下操作的气 相色谱仪是有价值的。