【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自由电子激光实验站样品环境，特别是一种用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴和硬x射线谱学的液体样品环境系统。
技术介绍
1、硬x射线自由电子激光装置是研究化学、生物、物理以及材料学领域的强大工具，尤其在硬x射线光谱学领域，为深入探究溶液中化学和生物动态或静态过程提供了强大的手段。在硬x射线谱学实验中，对液体样品的厚度有着严格的要求。液体样品厚度需控制在几微米到数十微米的范围内，以确保实验结果不受过厚或过薄的影响。特别是对于超快谱学反应的时间分辨率而言，液体样品厚度的影响尤为显著。然而，目前现有的扁平超薄液膜产生方法存在诸多不足。例如，两束液流碰撞的方法液流对准难度大，操作繁琐；而采用气体聚焦压缩液流的方式产生的液流尺寸通常在亚微米尺度，对于硬x射线谱学产生的信号较弱。为满足高重频自由电子激光谱学实验样品更新需求，液流样品流速通常要求>10m/s，因此样品消耗量巨大，对样品重复利用有迫切需求。
2、综上，现急需一款能够产生超薄液膜的用于自由电子激光谱学实验的喷嘴。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供一种用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，能够产生液流厚度小于20μm且对时间分辨率的影响小于66fs的扁平超薄液膜。
2、本专利技术第一方面所提供的薄膜喷嘴包括第一级喷嘴和嵌套设于所述第一级喷嘴中且与之可拆卸连接的第二级喷嘴；所述第二级喷嘴中依次设有沿液流的流动方向逐渐收拢但不收口的变径通道和喷射通道，所述喷射通道的出液口处
3、在一些可行实施方式中，所述薄膜喷嘴喷出的超薄液膜的厚度小于20mm，所述超薄液膜对时间分辨率的影响小于66fs；和/或，所述薄膜喷嘴的流速为10～100m/s，所述薄膜喷嘴可匹配1mhz自由电子激光脉冲的重复频率。
4、在一可行实施方式中，所述第一级喷嘴中设有沿液流的流动方向依次连通的液体通道和第二级喷嘴通道；所述第二级喷嘴可设于第二级喷嘴通道中，且所述第二级喷嘴的部分位于第二级喷嘴通道外部。
5、在一些可行实施方式中，所述第二级喷嘴通道沿液流的流动方向逐渐收拢，所述第二级喷嘴通道的出液口处的半径为0.6～1.0mm；和/或，所述第二级喷嘴沿液流的流动方向逐渐收拢，所述第二喷嘴位于第二级喷嘴通道内部的一端的半径为0.8mm～1.2mm，所述第二喷嘴位于第二级喷嘴通道外部的一端的半径为0.4mm～0.8mm。
6、在一可行实施方式中，所述变径通道包括沿液流的流动方向依次连通的第一级变径通道和第二级变径通道，所述第一级变径通道的收拢率小于第二级变径通道的收拢率。
7、在一些可行实施方式中，所述喷射通道的横截面形状为矩形；所述喷射通道的长度为0.3～0.8mm，宽度为0.1mm～0.01mm，高度为0.05-0.2mm；和/或，所述第一级变径通道的进液口处的横截面形状为矩形，长度为0.3～0.8mm，宽度为0.2～0.6mm；和/或，所述第一级变径通道的出液口处的横截面形状为矩形，长度为0.3～0.8mm，宽度为0.1～0.3mm；和/或，所述第一级变径通道的高度为2.2～3.2mm；和/或，所述第二级变径通道的进液口处的横截面形状为矩形，长度为0.3～0.8mm，宽度为0.1～0.3mm；和/或，所述第二级变径通道的出液口处的横截面形状为矩形，长度为0.3～0.8mm，宽度为0.1mm～0.01mm；和/或，所述第二级变径通道的高度为0.1～0.25mm。
8、本专利技术第二方面提供一种硬x射线谱学的液体样品环境系统，包括依次连接并形成回路的样品溶液储液瓶、阀体和液流检测机构；所述液流检测机构包括氦气腔体，所述氦气腔体中依次设有与所述阀体连接的传样杆、如本专利技术第一方面所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴和与所述储液瓶连接的液流捕集器；还包括自由电子激光光源和光谱仪，所述自由电子激光光源发射的自由电子激光垂直穿过所述薄膜喷嘴喷出的液流薄片并照射到所述光谱仪上。
9、在一可行实施方式中，还包括用于储存水溶液的水溶液储液瓶，所述样品溶液储液瓶和水溶液储液瓶分别通过不同的泵体和管路连接到阀体，所述液流捕集器通过泵体和管路与样品溶液储液瓶连接。
10、在一可行实施方式中，所述传样杆上还设有用于微调所述传样杆相对位置的姿态调节机构。
11、本专利技术第三方面提供一种如本专利技术第二方面所述的硬x射线谱学的液体样品环境系统的使用方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
12、步骤1)将第二级喷嘴喷以嵌套的方式放入第一级喷嘴中，并在第一级喷嘴和第二级喷嘴的衔接缝隙处进行涂布密封；
13、步骤2)将步骤1)中组装好的薄膜喷嘴固定在传样杆上；
14、步骤3)储液瓶中的样品溶液通过泵体和管路进入到阀体中，再通过阀体进入到薄膜喷嘴中，液流从喷射通道的出液口处喷出，形成扁平超薄液膜；
15、步骤4)自由电子激光脉冲垂直穿过超薄液膜，自由电子激光脉冲与超薄液膜相互作用产生的信号被光谱仪进行探测与采集；
16、步骤5)超薄液膜被液流捕集器捕集，再通过泵体和管路进入到样品溶液储液瓶中
17、本专利技术所提供的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴和硬x射线谱学的液体样品环境系统，具备以下有益效果：
18、1)本专利技术所提供的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴包括第一级喷嘴和嵌套设于所述第一级喷嘴中且与之可拆卸连接的第二级喷嘴。所述第二级喷嘴中依次设有沿液流的流动方向逐渐收拢但不收口的变径通道和喷射通道，所述喷射通道的出液口处的横截面积为0.05mm2～0.005mm2。通过上述设置，所述薄膜喷嘴能够产生液流厚度小于20μm且对时间分辨率的影响小于66fs的扁平超薄液膜，能够满足硬x射线谱学实验对液体样品厚度的严格要求，极大提升时间分辨的硬x射线谱学实验精度。
19、2)本专利技术所提供的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴中，所述变径通道包括沿液流的流动方向依次连通的第一级变径通道和第二级变径通道，所述第一级变径通道的收拢率小于第二级变径通道的收拢率。通过上述设置，所述薄膜喷嘴的流速可达10～100m/s，最高可匹配1mhz自由电子激光脉冲重复频率，确保高速液体样品传输。
20、3)本专利技术所提供的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴中，薄膜喷嘴设计可通过嵌套方式组装并密封，且第一级喷嘴和第二级喷嘴采用不同精度的3d打印技术，能够确保薄膜喷嘴在自由电子激光谱学实验中的精度和质量。
21、4)本专利技术所提供的硬x射线谱学的液体样品环境系统中，采用两套高压输液泵和六通阀实现便捷的样品输送与切换，能够实现对样品溶液的反复使用，并具有高效的液流传输与调节功能，方便更换样品溶液及清洗管路喷嘴。同时，样品捕集器和蠕动泵配合使样品溶液循环使用，减少样品浪费、降低成本。
22、5)本专利技术所提供的硬x射线谱学的液体样品环境系统中，姿态调节机构能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述薄膜喷嘴(100)包括第一级喷嘴(1)和嵌套设于所述第一级喷嘴(1)中且与之可拆卸连接的第二级喷嘴(2)；
2.根据权利要求1所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述薄膜喷嘴(100)喷出的超薄液膜的厚度小于20mm，所述超薄液膜对时间分辨率的影响小于66fs；
3.根据权利要求1所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述第一级喷嘴(1)中设有沿液流的流动方向依次连通的液体通道(11)和第二级喷嘴通道(12)；所述第二级喷嘴(2)可设于第二级喷嘴通道(12)中，且所述第二级喷嘴(2)的部分位于第二级喷嘴通道(12)外部。
4.根据权利要求3所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述第二级喷嘴通道(12)沿液流的流动方向逐渐收拢，所述第二级喷嘴通道(12)的出液口处的半径为0.6～1.0mm；
5.根据权利要求1所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述变径通道(21)包括沿液流的流动方向依次连通的第一级变径通
6.根据权利要求4所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述喷射通道(22)的横截面形状为矩形；所述喷射通道(22)的长度为0.3～0.8mm，宽度为0.1mm～0.01mm，高度为0.05-0.2mm；
7.一种硬X射线谱学的液体样品环境系统，其特征在于：包括依次连接并形成回路的样品溶液储液瓶(31)、阀体(4)和液流检测机构(5)；
8.根据权利要求7所述的硬X射线谱学的液体样品环境系统，其特征在于：还包括用于储存水溶液的水溶液储液瓶(32)；所述样品溶液储液瓶(31)和水溶液储液瓶(32)分别通过不同的泵体和管路连接到阀体(4)，所述液流捕集器(53)通过泵体和管路与样品溶液储液瓶(31)连接。
9.根据权利要求7所述的硬X射线谱学的液体样品环境系统，其特征在于：所述传样杆(52)上还设有用于微调所述传样杆(52)相对位置的姿态调节机构(8)。
10.一种如权利要求7～9所述的硬X射线谱学的液体样品环境系统的使用方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述薄膜喷嘴(100)包括第一级喷嘴(1)和嵌套设于所述第一级喷嘴(1)中且与之可拆卸连接的第二级喷嘴(2)；
2.根据权利要求1所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述薄膜喷嘴(100)喷出的超薄液膜的厚度小于20mm，所述超薄液膜对时间分辨率的影响小于66fs；
3.根据权利要求1所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述第一级喷嘴(1)中设有沿液流的流动方向依次连通的液体通道(11)和第二级喷嘴通道(12)；所述第二级喷嘴(2)可设于第二级喷嘴通道(12)中，且所述第二级喷嘴(2)的部分位于第二级喷嘴通道(12)外部。
4.根据权利要求3所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述第二级喷嘴通道(12)沿液流的流动方向逐渐收拢，所述第二级喷嘴通道(12)的出液口处的半径为0.6～1.0mm；
5.根据权利要求1所述的用于自由电子激光谱学实验的薄膜喷嘴，其特征在于：所述变径通道(21)包括沿液流的流动方向依次连通的第一级变径通道(21.1)和第二级变径通道(21...
【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，刘星，朱瑞雪，孟建伟，翁祖谦，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：
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