專利名稱：一種基于狹義相對論的質(zhì)量分析方法與質(zhì)譜儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于質(zhì)量分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于狹義相對論的質(zhì)量分析方法與質(zhì)譜儀器。質(zhì)譜分析是一種測量離子荷質(zhì)比的分析方法，其基本原理是，使待測物在離子源中發(fā)生電離，生成帶電荷的離子。由離子源產(chǎn)生的離子被引入質(zhì)量分析器，再利用分布在質(zhì)量分析器中的電場或磁場與離子的相互作用結(jié)果確定不同荷質(zhì)比的離子質(zhì)量。已知質(zhì)譜的質(zhì)量分析器有多種，如磁分析器、飛行時間分析器、四極濾質(zhì)器、離子阱和離子回旋共振分析器等。與其他質(zhì)量分析器相比，飛行時間質(zhì)量分析器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高和質(zhì)量范圍寬等優(yōu)點。對很多質(zhì)荷比大于10000的離子進(jìn)行質(zhì)譜分析就是用飛行時間質(zhì)量分析器來實現(xiàn)的。利用質(zhì)譜儀器測量得到離子質(zhì)荷數(shù)值比往往與離子的實際質(zhì)荷數(shù)值會有一定的偏差，偏差的大小可以用所謂的質(zhì)量測量精度來表示。很顯然，質(zhì)量測量精度越高，則表明儀器測量結(jié)果與離子的實際質(zhì)荷比值越接近。因此，質(zhì)量測量精度是衡量一個質(zhì)譜儀好壞的重要參數(shù)之一。目前一般比較好的飛行時間質(zhì)量分析器的質(zhì)量測量精度也只能準(zhǔn)確到幾十或幾個ppm。一般認(rèn)為，質(zhì)量測量精度的好壞取決于儀器的機械加工的精度和電子設(shè)備， 如儀器工作電源、信號檢測與處理系統(tǒng)本身的不完美所致?，F(xiàn)有的質(zhì)譜分析技術(shù)，他們都是建立在電磁學(xué)和力學(xué)理論基礎(chǔ)之上的，而建立在相對論理論基礎(chǔ)上的質(zhì)量分析技術(shù)還沒有出現(xiàn)。本發(fā)明的目的在于提出一種測量精度高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單的質(zhì)量分析方法與裝置。本發(fā)明提出的質(zhì)量分析方法，是一種將狹義相對論理論用于質(zhì)量分析的方法。即利用相對論理論中物質(zhì)運動與物質(zhì)質(zhì)量相關(guān)的重要結(jié)果，或物體的質(zhì)量與運動速度的關(guān)系，建立質(zhì)量分析方法。下面我們討論將相對論用于物體質(zhì)量分析的原理。I,物體的靜止質(zhì)量、運動質(zhì)量與運動速度。根據(jù)相對論理論，一個以速度V運動的物體，其質(zhì)量mv將不同于它處于靜止中的質(zhì)量mQ。其運動質(zhì)量mv與靜止質(zhì)量mQ滿足以下關(guān)系
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容
上式中，c代表光速，根據(jù)式(I )，得到
通常情況下的質(zhì)量分析，指的是分析靜止情況下物體的質(zhì)量1%根據(jù)(2)式，要想得到Hl0,需要測量物體的運動速度V和在這個運動速度狀態(tài)下的質(zhì)量Hlv ;
根據(jù)目前的測量技術(shù)，測量一個物體的運動速度是容易辦到的，但直接測量一個運動中物體的質(zhì)量則困難得多。但我們可以用間接的方法獲得運動中物體的質(zhì)量，其方法是 將一個質(zhì)量為Hl0的離子在電勢差為V電場中加速，如果離子的初始速度近似為零，則此離子被加速后的動能為
權(quán)利要求
1.一種基于狹義相對論的質(zhì)量分析方法，其特征在于待測物離子進(jìn)入到離子源區(qū)后用加速電場將待測物離子加速到3X 105m/s或以上，再進(jìn)入無場飛行區(qū)作自由飛行，然后進(jìn)入離子探測器，被測量到，根據(jù)離子在無場飛行區(qū)飛行的時間確定該離子的靜止質(zhì)量，其算式為Tl =IEdyA-\ β - (―)2 , e、L J % t c式中，e表示被分析物所帶電荷，萬表示加速電場強度，i/表示被分析物在加速電場中運動的距離，Z表示無場漂移管的長度，C表示光速。
2.一種基于權(quán)利要求I所述的質(zhì)量分析方法的質(zhì)譜儀器，其特征在于包括一個離子源區(qū)，一個加速電場，一個無場漂移管，一個離子檢測器；所述加速電場由三個或三個以上脈沖高壓組成，這些脈沖高壓由對應(yīng)電極提供；將被分析物的離子源產(chǎn)生的離子束引入到離子源區(qū)中，在離子源區(qū)的加速電極之間加一個脈沖高壓，將離子推出離子源區(qū)，進(jìn)入加速電場，離子在加速電場中被加速后進(jìn)入無場漂移管，以恒定速度飛向離子檢測器，被分析物的荷質(zhì)比和時間t滿足以下關(guān)系’ =2Mix〔￡l小-φ2 ,其中，e表示被分析物所帶電荷，E表示加速電場強度，d表示被分析物在加速電場中運動的距離，Z表示無場漂移管的長度，c表示光速。
全文摘要
本發(fā)明屬于質(zhì)量分析技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于狹義相對論的質(zhì)量分析方法與質(zhì)譜儀器。本發(fā)明方法，是將待測物離子引入到離子源區(qū)后用加速電場將離子加速到3×105m/s或以上，再進(jìn)入無場飛行區(qū)作自由飛行，然后進(jìn)入離子探測器，根據(jù)離子在無場飛行區(qū)飛行的時間即可確定該離子的靜止質(zhì)量。基于該方法的質(zhì)譜儀器，包括一個離子源區(qū)，一個加速電場，一個無場漂移管，一個離子檢測器；所述加速電場由三個或三個以上脈沖高壓組成，這些脈沖高壓由對應(yīng)電極提供。由本發(fā)明測得的數(shù)據(jù)為離子真實的質(zhì)荷比，質(zhì)量準(zhǔn)確，無需校正；而且靈敏度好、分辨率高，質(zhì)量檢測上限只受離子檢測器限制，分析速度快,無需掃描,能夠在幾十微秒時間內(nèi)實現(xiàn)全譜分析。
文檔編號H01J49/34GK102592937SQ20121006334
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者丁傳凡, 何小丹, 陳琛 申請人:復(fù)旦大學(xué)