專(zhuān)利名稱(chēng)：一種離子束運(yùn)動(dòng)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(shí)間質(zhì)譜。提供一種離子束運(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整裝置，置于飛行時(shí)間質(zhì)譜的無(wú)場(chǎng)飛行區(qū)中，減弱儀器的裝配誤差，使得離子盡量能夠同時(shí)到達(dá)檢測(cè)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(shí)間質(zhì)譜飛行時(shí)間質(zhì)譜具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分析速度快、質(zhì)量檢測(cè)上限只受離子檢測(cè)器限制等優(yōu)點(diǎn)，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(gè)離子漂移管。由離子源產(chǎn)生的離子加速后進(jìn)入無(wú)場(chǎng)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(dá)接收器所用時(shí)間越長(zhǎng)，離子質(zhì)量越小，到達(dá)接收器所用時(shí)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(jìn)行分離。這種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的主要缺點(diǎn)是分辨率較低，因?yàn)殡x子在離開(kāi)在離子源時(shí)初始能量不同，使得具有相同質(zhì)荷比的離子達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間有一定分布，造成分辨能力下降。同時(shí)在質(zhì)譜領(lǐng)域，儀器裝配誤差的存在，尤其是檢測(cè)器的加工和裝配誤差，會(huì)導(dǎo)致相同質(zhì)荷比的離子不能同時(shí)到達(dá)檢測(cè)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(duì)分辨率的影響越明顯。因此需要對(duì)離子束進(jìn)行調(diào)制，使得離子盡量能夠同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器，提高質(zhì)譜的分辨率。為了使離子同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器，傳統(tǒng)的方法是對(duì)儀器的重要部件進(jìn)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(duì)加工技術(shù)有很高的要求，加工過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易造成精度不達(dá)標(biāo)的資源浪費(fèi)；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(duì)傳統(tǒng)的手工安裝又是一項(xiàng)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(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整裝置。為實(shí)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(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整裝置，包括前置電極、對(duì)電極a、對(duì)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(duì)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(duì)電極a和對(duì)電極b為同軸設(shè)置的、二端開(kāi)口的金屬圓筒狀電極，對(duì)電極a和對(duì)電極b置于前置電極和后置電極之間，且對(duì)電極a和對(duì)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(duì)電極a的端面和靠近后置電極的對(duì)電極b的端面平行于前置電極的平面；對(duì)電極a和對(duì)電極b直徑相等、相互間隔設(shè)置，對(duì)電極a和對(duì)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(duì)電極a和對(duì)電極b間相靠近的端面的對(duì)應(yīng)點(diǎn)間距相等；所述的后置電極遠(yuǎn)離對(duì)電極b的一側(cè)設(shè)置有離子探測(cè)器，離子探測(cè)器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與外部的信號(hào)分析儀相連接；所述的前置電極遠(yuǎn)離對(duì)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(guò)。對(duì)電極a和對(duì)電極b施加有不同的電勢(shì)，施加的電勢(shì)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(shì)，施加的電勢(shì)與兩電極外側(cè)的電勢(shì)相關(guān)；所述對(duì)電極a和對(duì)電極b的中間接口的兩個(gè)橢圓面相互平行；兩者上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的間距在0.1臟 IOCtam ;所述的對(duì)電極a和對(duì)電極b于前置電極和后置電極之間成對(duì)同軸設(shè)置，同軸設(shè)置的對(duì)數(shù)為I個(gè)、2個(gè)或3個(gè)以上；它們2個(gè)以上的多級(jí)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)離子束的的多維調(diào)節(jié)；本實(shí)用發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1.降低對(duì)高精度加工和裝配的要求。2.采用無(wú)柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)，離子損失少。3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便。4.多級(jí)串聯(lián)使用，對(duì)離子束進(jìn)行多重調(diào)節(jié)。


圖1 一種離子束運(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整裝置的示意圖:1-前置電極；2_對(duì)電極a;3_對(duì)電極b ；4-后置電極；圖2上述裝置放置于檢測(cè)器前的示意圖:5_檢測(cè)器；圖3上述裝置不加電壓時(shí)離子到達(dá)檢測(cè)器前的示意圖:6_離子源；圖4上述裝置加電壓時(shí)離子到達(dá)檢測(cè)器前的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用于離子束某一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整，離子從前置電極(I)進(jìn)入，經(jīng)對(duì)電極a2和對(duì)電極b3后,從后置電極4離開(kāi)。前置電極I和后置電極4用于減少對(duì)電極a2和對(duì)電極b3電場(chǎng)向外滲透。靠近前置電極I的對(duì)電極a2的端面和靠近后置電極4的對(duì)電極b3的端面平行于前置電極I的平面；對(duì)電極a2和對(duì)電極b3直徑相等、相互間隔設(shè)置，對(duì)電極a2和對(duì)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(duì)電極a2和對(duì)電極b3間相靠近的端面的對(duì)應(yīng)點(diǎn)間距相等。接口的間距在0.1mm 100mm。此外，對(duì)電極a2和對(duì)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(guò)對(duì)電極a2和對(duì)電極b3所用的時(shí)間為:t = La/Va+Lb/VbLa+Lb =定值對(duì)電極a 2和對(duì)電極b 3所加不同的電壓，用于調(diào)節(jié)離子在對(duì)電極中的運(yùn)動(dòng)的速度。離子雖然都是從前置電極I進(jìn)入，從后置電極4離開(kāi)，經(jīng)歷的路程相同，但由于離子在對(duì)電極a2和對(duì)電極b3的運(yùn)動(dòng)速度不同，離子走過(guò)對(duì)電極所用的時(shí)間不同。同一時(shí)刻不同位置進(jìn)入裝置的相同質(zhì)荷比的離子，其通過(guò)對(duì)電極a2和對(duì)電極b3所需的時(shí)間不相同，通過(guò)改變對(duì)電極a2、b3的電壓，可以調(diào)節(jié)不同位置的離子的飛行時(shí)間，使其以特定時(shí)間間隔離開(kāi)對(duì)電極b3。通過(guò)改變對(duì)電極的形狀使不同軌跡的離子在對(duì)電極a2和b3中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同，從而對(duì)離子束達(dá)到對(duì)離子束進(jìn)行調(diào)形的目的。對(duì)電極a2和對(duì)電極b3于前置電極I和后置電極4之間成對(duì)同軸設(shè)置，同軸設(shè)置的對(duì)數(shù)為I個(gè)、2個(gè)或3個(gè)以上；它們2個(gè)以上的多級(jí)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)離子束的的多維調(diào)節(jié)。實(shí)施例1由于MCP檢測(cè)器在裝配過(guò)程中產(chǎn)生誤差而導(dǎo)致MCP檢測(cè)器實(shí)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(shí)間的檢測(cè)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(duì)調(diào)整裝置不加任何電壓時(shí)，一束速度為200eV的離子飛向檢測(cè)器，如圖3所示，雖然離子在同一平面上向檢測(cè)器飛，但由于MCP檢測(cè)器的裝配誤差，造成離子依次到達(dá)檢測(cè)器，從而使產(chǎn)生飛行時(shí)間質(zhì)譜的信號(hào)峰展寬，分辨率的下降。假設(shè)檢測(cè)器由于裝配誤差導(dǎo)致其與水平面軸X有0.2°夾角，對(duì)電極的橢圓面與檢測(cè)器的交面與水平的面的X軸相平行。檢測(cè)器的直徑為50_，則的誤差會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)器最上面和最下面的離子產(chǎn)生的時(shí)間間隔是At = Δ S/V = 2 5ns左右。這對(duì)高分辨質(zhì)譜來(lái)說(shuō)影響是十分大的。在對(duì)電極b上加25V的正電壓,通過(guò)Simion模擬可以看出，離子束到達(dá)檢測(cè)器時(shí)的截面形狀發(fā)生了變化，離子可以同時(shí)到達(dá)了檢測(cè)器。如圖4所示，在對(duì)電極b上加25V的正電壓后，離子即將到達(dá)檢測(cè)器時(shí)某一時(shí)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(shí)達(dá)到了檢測(cè)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(shí)到達(dá)檢測(cè)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(cè)器由于裝配誤差導(dǎo)致其與垂直平面軸y有夾角，如果對(duì)電極的橢圓面與檢測(cè)器的交面與垂直面的y軸相平行。則可調(diào)檢測(cè)器裝配過(guò)程中產(chǎn)生垂直方向誤差。實(shí)施例2檢測(cè)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(gè)量確定時(shí)，檢測(cè)器的位置和方向就確定。檢測(cè)器的方向與理想的存在誤差會(huì)造成初始同一平面的離子不能同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器。檢測(cè)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(duì)電極a和對(duì)電極b兩對(duì)時(shí)，分別調(diào)節(jié)檢測(cè)器水平平面的和垂直平面誤差，就能實(shí)現(xiàn)校正檢測(cè)器裝配時(shí)產(chǎn)生的任意方向的誤差。
權(quán)利要求
1.一種離子束運(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整裝置，其特征在于:包括前置電極(1)、對(duì)電極3(2)、對(duì)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(duì)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(duì)電極a(2)和對(duì)電極b(3)為同軸設(shè)置的、二端開(kāi)口的金屬圓筒狀電極，對(duì)電極a(2)和對(duì)電極b (3)置于前置電極⑴和后置電極⑷之間，且對(duì)電極a(2)和對(duì)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(duì)電極a(2)的端面和靠近后置電極(4)的對(duì)電極b(3)的端面平行于前置電極(I)的平面； 對(duì)電極a(2)和對(duì)電極b(3)直徑相等、相互間隔設(shè)置，對(duì)電極a(2)和對(duì)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(duì)電極a(2)和對(duì)電極b(3)間相靠近的端面的對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(yuǎn)離對(duì)電極b(3)的一側(cè)設(shè)置有離子探測(cè)器，離子探測(cè)器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與外部的信號(hào)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(yuǎn)離對(duì)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(guò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:對(duì)電極a(2)和對(duì)電極b(3)施加有不同的電勢(shì)，施加的電勢(shì)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(shì)，施加的電勢(shì)與兩電極外側(cè)的電勢(shì)相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:對(duì)電極a(2)和對(duì)電極b(3)的中間接口的兩個(gè)橢圓面相互平行；兩者上對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(duì)電極a(2)和對(duì)電極b(3)于前置電極⑴和后置電極⑷之間成對(duì)同軸設(shè)置，同軸設(shè)置的對(duì)數(shù)為I個(gè)、2個(gè)或3個(gè)以上；它們2個(gè)以上的多級(jí)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)離子束的的多維調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種離子束運(yùn)動(dòng)截面的調(diào)整裝置，主要由前置電極、對(duì)電極a和b、后置電極組成。前置和后置電極用于減少對(duì)電極a、b的電場(chǎng)向外滲透。對(duì)電極a和對(duì)電極b上添加不同的電壓。當(dāng)離子束在對(duì)電極a、b運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，各個(gè)離子經(jīng)過(guò)的路程相同，但因?yàn)閷?duì)電極a、b的電壓不同，離子在對(duì)電極a和b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同，導(dǎo)致離子束離開(kāi)對(duì)電極b時(shí)的截面發(fā)生變化。通過(guò)改變對(duì)電極a和b的接口形狀和電壓，使得離子束在離開(kāi)對(duì)電極b時(shí)可以形成特定的形狀。此外，根據(jù)需要可多級(jí)串聯(lián)使用，對(duì)離子束進(jìn)行多維度調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H01J49/02GK103165395SQ201110428208
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)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(wú)垛, 陳平, 崔華鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所