專利名稱：一種離子束運動截面的調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及質(zhì)譜領(lǐng)域，尤其是飛行時間質(zhì)譜。提供一種離子束運動截面的調(diào)整裝置，置于飛行時間質(zhì)譜的無場飛行區(qū)中，減弱儀器的裝配誤差，使得離子盡量能夠同時到達檢測器，提高質(zhì)譜的分辨率。
背景技術(shù)：
質(zhì)譜是一種在現(xiàn)代物理、生物和化學(xué)領(lǐng)域極為重要的一種分析工具。目前廣泛的應(yīng)用在元素分析、食品安全、石油化工、醫(yī)藥、真空探索等行業(yè)。飛行時間質(zhì)譜飛行時間質(zhì)譜具有結(jié)構(gòu)簡單、分析速度快、質(zhì)量檢測上限只受離子檢測器限制等優(yōu)點，使之成為當(dāng)今最具有發(fā)展前景的質(zhì)譜之一。這種質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器是一個離子漂移管。由離子源產(chǎn)生的離子加速后進入無場漂移管，并以恒定速度飛向離子接收器。離子質(zhì)量越大，到達接收器所用時間越長，離子質(zhì)量越小，到達接收器所用時間越短，根據(jù)這一原理，可以把不同質(zhì)量的離子按m/z值大小進行分離。這種飛行時間質(zhì)譜儀的主要缺點是分辨率較低，因為離子在離開在離子源時初始能量不同，使得具有相同質(zhì)荷比的離子達到檢測器的時間有一定分布，造成分辨能力下降。同時在質(zhì)譜領(lǐng)域，儀器裝配誤差的存在，尤其是檢測器的加工和裝配誤差，會導(dǎo)致相同質(zhì)荷比的離子不能同時到達檢測器，造成譜圖的展寬和分辨率的降低，且越是高分辨的質(zhì)譜，裝配誤差對分辨率的影響越明顯。因此需要對離子束進行調(diào)制，使得離子盡量能夠同時到達檢測器，提高質(zhì)譜的分辨率。為了使離子同時到達檢測器，傳統(tǒng)的方法是對儀器的重要部件進行高精度加工，減小誤差。但存在一定的不足，首先高精度的器件加工，對加工技術(shù)有很高的要求，加工過程費時費力，且容易造成精度不達標(biāo)的資源浪費；其次，單純高精度的器件并不能保證儀器的分辨率，還需要有高精度的裝配，這對傳統(tǒng)的手工安裝又是一項巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種離子束運動截面的調(diào)整裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種離子束運動截面的調(diào)整裝置，包括前置電極、對電極a、對電極b和后置電極；所述的前置電極和后置電極為平行、相對設(shè)置的金屬板狀電極，金屬板狀電極中部設(shè)置有貫穿電極板體的通孔；對電極a和對電極b為同軸設(shè)置的、二端開口的金屬圓筒狀電極，對電極a和對電極b置于前置電極和后置電極之間，且對電極a和對電極b與前置電極和后置電極上的通孔同軸；所述的靠近前置電極的對電極a的端面和靠近后置電極的對電極b的端面平行于前置電極的平面；對電極a和對電極b直徑相等、相互間隔設(shè)置，對電極a和對電極b間相靠近的端面為橢圓面，它們的橢圓面相平行，橢圓面所處的平面與前置電極所處的平面相交。對電極a和對電極b間相靠近的端面的對應(yīng)點間距相等；所述的后置電極遠離對電極b的一側(cè)設(shè)置有離子探測器，離子探測器通過導(dǎo)線與外部的信號分析儀相連接；所述的前置電極遠離對電極a的一側(cè)設(shè)置有離子源，離子源產(chǎn)生的離子從前置電極上的孔穿過。對電極a和對電極b施加有不同的電勢，施加的電勢均不高于離子自身的能量；前置電極和后置電極施加相同或相近的電勢，施加的電勢與兩電極外側(cè)的電勢相關(guān)；所述對電極a和對電極b的中間接口的兩個橢圓面相互平行；兩者上對應(yīng)點的間距在0.1臟 IOCtam ;所述的對電極a和對電極b于前置電極和后置電極之間成對同軸設(shè)置，同軸設(shè)置的對數(shù)為I個、2個或3個以上；它們2個以上的多級串聯(lián)，實現(xiàn)離子束的的多維調(diào)節(jié)；本實用發(fā)明的優(yōu)點在于:1.降低對高精度加工和裝配的要求。2.采用無柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)，離子損失少。3.結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便。4.多級串聯(lián)使用，對離子束進行多重調(diào)節(jié)。


圖1 一種離子束運動截面的調(diào)整裝置的示意圖:1-前置電極；2_對電極a;3_對電極b ；4-后置電極；圖2上述裝置放置于檢測器前的示意圖:5_檢測器；圖3上述裝置不加電壓時離子到達檢測器前的示意圖:6_離子源；圖4上述裝置加電壓時離子到達檢測器前的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明用于離子束某一時刻運動截面的調(diào)整，離子從前置電極(I)進入，經(jīng)對電極a2和對電極b3后,從后置電極4離開。前置電極I和后置電極4用于減少對電極a2和對電極b3電場向外滲透?？拷爸秒姌OI的對電極a2的端面和靠近后置電極4的對電極b3的端面平行于前置電極I的平面；對電極a2和對電極b3直徑相等、相互間隔設(shè)置，對電極a2和對電極b3間相靠近的端面為橢圓面，它們的橢圓面相平行，橢圓面所處的平面與前置電極I所處的平面相交。對電極a2和對電極b3間相靠近的端面的對應(yīng)點間距相等。接口的間距在0.1mm 100mm。此外，對電極a2和對電極b 3的接口可以是特定形狀，用于使離子束形成特定的形狀。離子通過對電極a2和對電極b3所用的時間為:t = La/Va+Lb/VbLa+Lb =定值對電極a 2和對電極b 3所加不同的電壓，用于調(diào)節(jié)離子在對電極中的運動的速度。離子雖然都是從前置電極I進入，從后置電極4離開，經(jīng)歷的路程相同，但由于離子在對電極a2和對電極b3的運動速度不同，離子走過對電極所用的時間不同。同一時刻不同位置進入裝置的相同質(zhì)荷比的離子，其通過對電極a2和對電極b3所需的時間不相同，通過改變對電極a2、b3的電壓，可以調(diào)節(jié)不同位置的離子的飛行時間，使其以特定時間間隔離開對電極b3。通過改變對電極的形狀使不同軌跡的離子在對電極a2和b3中的運動時間不同，從而對離子束達到對離子束進行調(diào)形的目的。對電極a2和對電極b3于前置電極I和后置電極4之間成對同軸設(shè)置，同軸設(shè)置的對數(shù)為I個、2個或3個以上；它們2個以上的多級串聯(lián)，實現(xiàn)離子束的的多維調(diào)節(jié)。實施例1由于MCP檢測器在裝配過程中產(chǎn)生誤差而導(dǎo)致MCP檢測器實際的位置和理想的位置存在一些偏差，將調(diào)整裝置放置于飛行時間的檢測器前，用于校正裝配誤差的影響。整體儀器如圖2所示:當(dāng)對調(diào)整裝置不加任何電壓時，一束速度為200eV的離子飛向檢測器，如圖3所示，雖然離子在同一平面上向檢測器飛，但由于MCP檢測器的裝配誤差，造成離子依次到達檢測器，從而使產(chǎn)生飛行時間質(zhì)譜的信號峰展寬，分辨率的下降。假設(shè)檢測器由于裝配誤差導(dǎo)致其與水平面軸X有0.2°夾角，對電極的橢圓面與檢測器的交面與水平的面的X軸相平行。檢測器的直徑為50_，則的誤差會導(dǎo)致檢測器最上面和最下面的離子產(chǎn)生的時間間隔是At = Δ S/V = 2 5ns左右。這對高分辨質(zhì)譜來說影響是十分大的。在對電極b上加25V的正電壓,通過Simion模擬可以看出，離子束到達檢測器時的截面形狀發(fā)生了變化，離子可以同時到達了檢測器。如圖4所示，在對電極b上加25V的正電壓后，離子即將到達檢測器時某一時刻離子所處的空間位置示意圖，雖然MCP裝配存在誤差但離子同時達到了檢測器，從而有效地減小了原本由于裝配誤差造成離子不能同時到達檢測器造成的影響，提高了儀器的分辨率。同樣的道理，假設(shè)檢測器由于裝配誤差導(dǎo)致其與垂直平面軸y有夾角，如果對電極的橢圓面與檢測器的交面與垂直面的y軸相平行。則可調(diào)檢測器裝配過程中產(chǎn)生垂直方向誤差。實施例2檢測器的位置和其方向可用與X軸的夾角，y軸的夾角，和距離離子源的位置表示。三個量確定時，檢測器的位置和方向就確定。檢測器的方向與理想的存在誤差會造成初始同一平面的離子不能同時到達檢測器。檢測器的方向誤差可以分解為水平平面的和垂直平面。當(dāng)在前置電極I和后置電極4之間同軸設(shè)置將對電極a和對電極b兩對時，分別調(diào)節(jié)檢測器水平平面的和垂直平面誤差，就能實現(xiàn)校正檢測器裝配時產(chǎn)生的任意方向的誤差。
權(quán)利要求
1.一種離子束運動截面的調(diào)整裝置，其特征在于:包括前置電極(1)、對電極3(2)、對電極b(3)和后置電極⑷； 前置電極(I)和后置電極(4)為平行、相對設(shè)置的金屬板狀電極，金屬板狀電極中部設(shè)置有貫穿電極板體的通孔； 對電極a(2)和對電極b(3)為同軸設(shè)置的、二端開口的金屬圓筒狀電極，對電極a(2)和對電極b (3)置于前置電極⑴和后置電極⑷之間，且對電極a(2)和對電極b (3)與前置電極⑴和后置電極⑷上的通孔同軸； 靠近前置電極(I)的對電極a(2)的端面和靠近后置電極(4)的對電極b(3)的端面平行于前置電極(I)的平面； 對電極a(2)和對電極b(3)直徑相等、相互間隔設(shè)置，對電極a(2)和對電極b(3)間相靠近的端面為橢圓面，它們的橢圓面相平行，橢圓面所處的平面與前置電極(I)所處的平面相交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:對電極a(2)和對電極b(3)間相靠近的端面的對應(yīng)點間距相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于:后置電極(4)遠離對電極b(3)的一側(cè)設(shè)置有離子探測器，離子探測器通過導(dǎo)線與外部的信號分析儀相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于:前置電極(I)遠離對電極a(2)的一側(cè)設(shè)置有離子源，離子源產(chǎn)生的離子從前置電極(I)上的孔穿過。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:對電極a(2)和對電極b(3)施加有不同的電勢，施加的電勢均不高于離子自身的能量； 前置電極(I)和后置電極(4)施加相同或相近的電勢，施加的電勢與兩電極外側(cè)的電勢相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:對電極a(2)和對電極b(3)的中間接口的兩個橢圓面相互平行；兩者上對應(yīng)點的間距在0.1mm 100mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述的對電極a(2)和對電極b(3)于前置電極⑴和后置電極⑷之間成對同軸設(shè)置，同軸設(shè)置的對數(shù)為I個、2個或3個以上；它們2個以上的多級串聯(lián)，實現(xiàn)離子束的的多維調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子束運動截面的調(diào)整裝置，主要由前置電極、對電極a和b、后置電極組成。前置和后置電極用于減少對電極a、b的電場向外滲透。對電極a和對電極b上添加不同的電壓。當(dāng)離子束在對電極a、b運動的過程中，各個離子經(jīng)過的路程相同，但因為對電極a、b的電壓不同，離子在對電極a和b的運動時間不同，導(dǎo)致離子束離開對電極b時的截面發(fā)生變化。通過改變對電極a和b的接口形狀和電壓，使得離子束在離開對電極b時可以形成特定的形狀。此外，根據(jù)需要可多級串聯(lián)使用，對離子束進行多維度調(diào)節(jié)。
文檔編號H01J49/02GK103165395SQ201110428208
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者李海洋, 曲丕丞, 趙無垛, 陳平, 崔華鵬 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所