本發(fā)明涉及微觀化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于研究離子體系電子激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)并對(duì)其電子激發(fā)態(tài)電子在激光場(chǎng)作用下的電子成像裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子體系電子態(tài)激發(fā)能以及相應(yīng)的超快動(dòng)力學(xué)信息直觀的成像探測(cè)。

背景技術(shù)：

微觀化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)目的旨在原子與分子水平上觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，從而為實(shí)現(xiàn)真正在原子與分子水平上理解化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行提供重要的幫助。與此同時(shí)，隨著先進(jìn)離子源的發(fā)展，復(fù)雜生物體系相關(guān)的重要功能分子體系的電子激發(fā)態(tài)信息及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程也愈發(fā)引起科研者的關(guān)注。

對(duì)于如何將復(fù)雜的生物體系中起主導(dǎo)作用的主要功能分子呈現(xiàn)出孤立的形式是進(jìn)行上述體系微觀動(dòng)力學(xué)研究的重要前提。目前位置，以電噴霧電離源、大氣壓化學(xué)電離源和基質(zhì)輔助電離源為主的生物體系電離方式得到了廣泛的應(yīng)用，并且愈發(fā)呈現(xiàn)出成熟的態(tài)勢(shì)。上述電離手段的發(fā)展與成熟讓復(fù)雜生物體系的微觀研究變得可行，較為主要的一種應(yīng)用就是將其與色譜技術(shù)以及高分辨質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行的結(jié)合，可以清楚的表征出生物體系的蛋白質(zhì)成份甚至是相應(yīng)的基因相關(guān)的序列信息。

對(duì)于上述復(fù)雜生物體系的電子態(tài)的信息的認(rèn)識(shí)，目前為止仍然較為粗淺。盡管結(jié)合一些先進(jìn)的光譜技術(shù)，一些簡(jiǎn)單的生物體系相關(guān)的復(fù)雜的功能分子的電子態(tài)信息已經(jīng)有了一些簡(jiǎn)單的報(bào)道，比如與之相關(guān)的紅外光譜信息和紫外可見吸收光譜信息等。但是圍繞這電子態(tài)尤其是電子激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相應(yīng)的科學(xué)研究的報(bào)道卻仍舊非常有限。在孤立體系電子激發(fā)態(tài)研究手段當(dāng)中，光電子能譜技術(shù)具有非常優(yōu)良的分辨率，可以方便的獲得相應(yīng)離子體系的電子能級(jí)方面的信息。并且近年來(lái)，隨著研究的深入，作為光電子能譜技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì)，光電子成像技術(shù)得到了較快的發(fā)展，尤其是隨著速度聚焦技術(shù)的引入，大大提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果中電子能譜的分辨率，從而使其在離子研究領(lǐng)域得到了愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。盡管具有上述眾多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜的生物分子體系，光電子 能譜技術(shù)仍然具有很大的局限性，尤其在結(jié)構(gòu)信息的獲取方面。同時(shí)，光電子能譜技術(shù)對(duì)于離子體系的動(dòng)力學(xué)信息仍然是不能直接探測(cè)的。

飛秒激光技術(shù)做為一種新型的光源近來(lái)得到了迅速的發(fā)展，并且其相應(yīng)的商品化產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)并且技術(shù)與工藝已經(jīng)比較成熟。同時(shí)，如前所提及的離子源產(chǎn)生技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，也已經(jīng)可以得到非常穩(wěn)定的束源。在電子控制方面，相應(yīng)的高速脈沖電源技術(shù)目前業(yè)已是比較成熟的技術(shù)。綜合上述種種的客觀因素，我們認(rèn)為在超快時(shí)間范圍內(nèi)研究生復(fù)雜物體系相應(yīng)的離子的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)信息已經(jīng)成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于以上的事實(shí)而做出的，其目的在于提供一種基于電噴霧離子源的光電子成像裝置；

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所示：

一種基于電噴霧離子源的光電子成像裝置，包括：

從左至右順序設(shè)置的飛秒激光系統(tǒng)，光路變換單元，電噴霧離子源，離子束提取與準(zhǔn)直單元，離子質(zhì)量選取單元，光電子速度聚焦電極單元，地磁場(chǎng)屏蔽單元，電子成像探測(cè)器單元和圖像采集單元；離子束提取與準(zhǔn)直單元、離子質(zhì)量選取單元、光電子速度聚焦電極單元、地磁場(chǎng)屏蔽單元、電子成像探測(cè)器單元置于真空系統(tǒng)內(nèi)；

(a)飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生用于對(duì)負(fù)離子進(jìn)行研究所使用的超短激光脈沖基頻光；

(b)光路變換單元對(duì)上述飛秒激光系統(tǒng)所產(chǎn)生的超短激光脈沖基頻光進(jìn)行光參量變換，得到不同波長(zhǎng)的超短激光脈沖；

(c)電噴霧離子源產(chǎn)生正離子或者負(fù)離子；

(d)真空系統(tǒng)采用三級(jí)真空系統(tǒng)；

(e)離子束提取與準(zhǔn)直單元對(duì)上述納電噴霧所產(chǎn)生的離子進(jìn)行提取、準(zhǔn)直、加速以及整形，形成離子束源；

(f)離子質(zhì)量選取單元根據(jù)上述負(fù)離子束源的成分，篩選出離子束中感興趣的單一離子成分；

(g)光電子速度聚焦電極單元將上述篩選出單一的離子束源與飛秒激光作用產(chǎn)生的電子進(jìn)行速度聚焦；

(h)外磁場(chǎng)屏蔽單元屏蔽外界磁場(chǎng)對(duì)電子在無(wú)場(chǎng)飛行過(guò)程中造成的扭曲性干擾；

(i)電子成像探測(cè)器單元對(duì)經(jīng)過(guò)速度聚焦后的電子信號(hào)放大并進(jìn)行成像；

(j)圖像采集單元對(duì)上述電子成像探測(cè)器單元所成的電子的圖像進(jìn)行采集。

進(jìn)一步地，飛秒激光系統(tǒng)可以產(chǎn)生超短激光脈沖。上述超短激光脈沖寬度可以是5飛秒至1000飛秒，頻率在1赫茲至1M赫茲，光譜中心在800納米附近，光譜寬度為2納米至200納米。

進(jìn)一步地，光路變換單元將飛秒激光產(chǎn)生的超短激光脈沖進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換；光路1依次采用二倍頻晶體和三倍頻晶體，通過(guò)光路1可以得到由飛秒激光系統(tǒng)產(chǎn)生的超短激光脈沖的原始光波長(zhǎng)(基頻光)中心波長(zhǎng)在800(±100)納米附近，二倍頻光中心波長(zhǎng)在400(±50)納米附近，三倍頻光中心波長(zhǎng)在267(±25)納米附近；光路2中利用光參量放大器對(duì)基頻光進(jìn)行光參量變換，可以得到連續(xù)可調(diào)的超短激光脈沖，波長(zhǎng)范圍在490納米至2300納米。

進(jìn)一步地，光路變換單元包括光路1和光路2；

進(jìn)一步地，光路變換系統(tǒng)中光路1中經(jīng)過(guò)三倍頻晶體后，包括有步進(jìn)電極控制的精密延遲平臺(tái)，結(jié)合光路2可以形成具有時(shí)間分辨的光路系統(tǒng)。延遲平臺(tái)沿著光路方向的單步移動(dòng)距離可以在3微米至300微米，所對(duì)應(yīng)的光路變換系統(tǒng)的時(shí)間分辨本領(lǐng)在20飛秒至2000飛秒之間。

進(jìn)一步地，電噴霧離子源包括樣品注入系統(tǒng)，高壓電源，加熱導(dǎo)入通道；

上述樣品注入系統(tǒng)的注入量為每分鐘50納升至1毫升；

上述高壓電源對(duì)電噴霧針?biāo)┘拥碾妷簽?千伏特至4千伏特，可以是正電壓也可以是負(fù)電壓；

上述加熱導(dǎo)入通道為一內(nèi)徑為20-200微米的不銹鋼毛細(xì)管，該毛細(xì)管上所施加的溫度在60度至300度；

進(jìn)一步地，真空系統(tǒng)由依次順序設(shè)置的三級(jí)真空腔體組成，第一級(jí)真空有機(jī)械泵進(jìn)行抽真空處理，之后兩級(jí)真空腔體均由一組真空泵組對(duì)其進(jìn)行真空抽?。簧鲜稣婵毡媒M采用機(jī)械泵加分子泵組合，利用機(jī)械泵對(duì)真空腔體進(jìn)行粗抽，而后由分子泵對(duì)真空腔體進(jìn)行精抽，從而達(dá)到較高的真空環(huán)境。

上述真空系統(tǒng)中第一級(jí)腔室包括電噴霧離子源的離子束提取和準(zhǔn)直單元稱之為束源室；第二級(jí)腔室包括離子質(zhì)量選取單元稱之為選質(zhì)量室；第三級(jí)腔 室包括光電子速度聚焦電極單元、外磁場(chǎng)屏蔽單元和光電子成像單元稱之為脫附室。

上述真空系統(tǒng)中第一級(jí)和第二級(jí)腔室之間由孔徑為0.1-2毫米的小孔連通。第二級(jí)腔室和第三級(jí)腔室之間通過(guò)隔離錐連通，隔離錐為一沿著軸心開通孔的錐形體，中心孔徑0.5毫米至5毫米，隔離錐的立體角度為10度為150度，錐尖方向指向第二級(jí)腔室。

進(jìn)一步地，離子束提取和準(zhǔn)直單元包括用于離子束提取的電極片組、用于準(zhǔn)直的電極桿組，其中電極桿組與電極片組同軸且位于電極片組右側(cè)。

上述離子束提取和準(zhǔn)直單元的用于離子束提取的電極片組，電極片數(shù)量為3至100片，第一片電極為圓形片狀電極，第二片至最后一片為同軸平行設(shè)置的圓形環(huán)狀電極，且第二片至最后一片電極的內(nèi)孔尺寸依次遞減，尺寸范圍從50毫米至0.5毫米；第一片電極與第二片電極之間的距離為3毫米至10毫米，第二片電極之后至最后一片電極之間的距離為0.5-5毫米。

進(jìn)一步地，離子質(zhì)量選取單元由同軸平行設(shè)置的三片柵網(wǎng)電極組成，柵網(wǎng)電極中心為金屬柵網(wǎng)，周圍是環(huán)形電極片，中間柵網(wǎng)的離子透過(guò)率在30％至96％。

進(jìn)一步地，光電子速度聚焦單元采用同軸平行設(shè)置的三片圓環(huán)電極組成：這三片圓環(huán)電極的外徑為40毫米至220毫米，第一片電極中心開空直徑在0.2毫米至5毫米，第二片電極中心開孔在5毫米至60毫米，第三片電極中心開孔在5毫米至60毫米。上述三片電極之間的間距在5至60毫米。

上述光電子速度聚焦單元在施加不同的電壓后會(huì)形成非均勻的電場(chǎng)，從而可以對(duì)電子由于不同的動(dòng)能而實(shí)現(xiàn)速度聚焦在不同位置的作用。

進(jìn)一步地，外磁場(chǎng)屏蔽單元為一材料為μ合金的金屬圓筒，筒壁后0.3毫米至3毫米，長(zhǎng)度為6厘米至60厘米。

進(jìn)一步地，電子成像探測(cè)器單元包括平行設(shè)置的兩片微通道板、一片熒光屏和用于固定上述兩片微通道板和熒光屏的視窗法蘭。

進(jìn)一步地，圖像采集單元是一款高速CCD相機(jī)或者ICCD相機(jī)或者EMCCD相機(jī)，該相機(jī)可以用來(lái)捕獲熒光屏上所成的經(jīng)過(guò)兩片微通道板放大后的電子的圖像。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明實(shí)施例的原理側(cè)視圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例所采用的電噴霧離子源示意圖。

其中，(1)-飛秒激光系統(tǒng)，(2)-光路變換單元，(3)-電噴霧離子源，(3a)-微流注射泵、(3b)-直流電源和電極、(3c)-中空毛細(xì)管噴霧針、(4)-真空系統(tǒng)，(5)-離子束提取與準(zhǔn)直單元，(6)-離子質(zhì)量選取單元，(7)-光電子速度聚焦電極單元，(8)-地磁場(chǎng)屏蔽單元，(9)-電子成像探測(cè)器單元和(10)-圖像采集單元

附圖中的側(cè)視圖為示意性的且未按照比例繪制。不過(guò)不同的附圖中相同或相似的部件均在附圖中給出相同的標(biāo)記。

具體實(shí)施方式

下面將通過(guò)具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明所具有的一些特點(diǎn)。本發(fā)明是按如下方式設(shè)計(jì)的一種用于研究負(fù)離子體系的光電子成像裝置，如圖1所示，該研究負(fù)離子體系的光電子成像裝置包括飛秒激光系統(tǒng)1，光路變換單元2，電噴霧離子源3，真空系統(tǒng)4，離子束提取與準(zhǔn)直單元5，離子質(zhì)量選取單元6，光電子速度聚焦電極單元7，地磁場(chǎng)屏蔽單元8，電子成像探測(cè)器單元9和圖像采集單元10。其中，電噴霧離子源3單元用于產(chǎn)生高強(qiáng)度穩(wěn)定的負(fù)離子束源，該離子束源經(jīng)過(guò)提取、整形以及質(zhì)量選擇，可以得到特定物種的負(fù)離子體系。該離子體系在光電子速度聚焦電極單元7區(qū)域與飛秒激光脈沖相互作用，離子體系在激光場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電子被光電子速度聚焦透鏡單元速度聚焦至電子成像探測(cè)器單元9，利用電子成像探測(cè)器單元9可以清晰的測(cè)量電離自離子束的電子的光電子圖像，并通過(guò)圖像采集單元10將該圖像采集，經(jīng)過(guò)后續(xù)的分析就可以得到有關(guān)負(fù)離子電子激發(fā)態(tài)的能譜與角度分布信息。同時(shí)，結(jié)合時(shí)間分辨技術(shù)可以獲知上述信息的動(dòng)力學(xué)特性。

如圖2所示，本發(fā)明一種基于電噴霧離子源的光電子速度成像裝置的電噴霧離子源3,結(jié)構(gòu)主要包括微流注射泵3a、直流電源和電極3b、中空毛細(xì)管噴霧針3c。其中，微流注射泵3a的液體注射速度為30微升每分鐘，直流電源和電極(3b)用來(lái)給中空毛細(xì)管噴霧針3c施加直流電壓，所施加的直流電壓為+3500V用來(lái)產(chǎn)生正離子，或者-3300V直流電壓用來(lái)產(chǎn)生負(fù)離子。中空毛細(xì)管噴霧針3c的內(nèi)徑為20微米，此時(shí)可以獲得非常穩(wěn)定的噴霧狀態(tài)。該離子束經(jīng) 過(guò)可加熱的離子導(dǎo)管被引入真空系統(tǒng)4。離子導(dǎo)管所施加的溫度為150攝氏度用來(lái)將噴霧中的溶劑分子蒸發(fā)出去，從而獲取溶質(zhì)分子離子。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解上面的實(shí)施例純粹是以示例的方式給出的，并且一些改變是可能的。