專利名稱：帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及離子源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源。
背景技術(shù)：
離子遷移譜儀中最關(guān)鍵的技術(shù)之一就是離子源，離子源的作用是用來(lái)產(chǎn)生離子，而離子流的強(qiáng)度又是由離子的引出方式?jīng)Q定的，因此，離子源技術(shù)包括離子的有效產(chǎn)生和離子的有效引出兩個(gè)主要部分。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01120221033. 0，實(shí)用新型名稱為離子源，其公開(kāi)了一種雙針式輝光放電離子源，該離子源的工作方式為連續(xù)放電式等離子源。該離子源用電場(chǎng)將目標(biāo)離子引出，其離子引出率雖然比放射性離子源離子引出率高，但是，由于該離子源沒(méi)有離子阱，離子源管壁會(huì)產(chǎn)生離子附著，使得離子損失較大。同時(shí)，由于沒(méi)有離子阱，引出的離子流強(qiáng)度可調(diào)性差。美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)US2008/0093549A1,美國(guó)專利號(hào) US5200614，US5491337，US6124592中公開(kāi)的離子源都是放射性離子源，都用雙網(wǎng)狀電極作為離子阱。如圖1所示，電極11和電極12形成的A區(qū)就是離子阱區(qū)，電極11、電極12、電極13、電極14、電極15和電極16為離子遷移區(qū)20的電極。放射性離子源17—般為Ni63。該離子源為放射性離子源，一方面存在放射性管制問(wèn)題，另一方面，該離子源雖然也使用離子阱，但是該離子阱僅在一維方向?qū)﹄x子有限制作用，在徑向?qū)﹄x子沒(méi)有限制作用，在徑向依然存在離子附著離子源管壁的問(wèn)題，依然存在離子損失的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容為此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，不但可以有效克服背景技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，還使得該離子源產(chǎn)生的離子流強(qiáng)度可調(diào)控。于是，本實(shí)用新型提供了一種帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，電源、能夠產(chǎn)生離子的放電體C和離子引出電極B2，放電體C的高壓端連接電源，低壓端通過(guò)相互串聯(lián)的限流電阻Rl和高壓開(kāi)關(guān)SI接地，離子引出電極B2的一端通過(guò)分壓電阻R3連接放電體C的高壓端，另一端通過(guò)相互串聯(lián)的分壓電阻R2和高壓開(kāi)關(guān)S2接地，放電體C包括兩個(gè)位置相對(duì)的正負(fù)放電電極和筒狀可提供穩(wěn)定的脈沖輝光放電區(qū)域的離子源電極筒BI，該正負(fù)放電電極通過(guò)開(kāi)設(shè)在離子源電極筒側(cè)壁上的開(kāi)孔伸入到離子源電極筒內(nèi)，并由離子源電極筒BI與離子引出電極B2構(gòu)成離子阱以限制離子擴(kuò)散。其中，所述正負(fù)放電電極中用于連接電阻Rl的放電電極，其外部設(shè)置有用于起安全防護(hù)作用的絕緣體A2。所述正負(fù)放電電極為針狀放電電極。所述離子源電極筒BI為金屬筒。[0010]所述離子源電極筒BI為圓筒狀。所述離子源電極筒BI的內(nèi)徑范圍在100微米到30毫米之間。所述離子引出電極B2為環(huán)狀的或者錐狀的金屬環(huán)。所述離子引出電極B2的內(nèi)徑范圍在I微米到30毫米之間。所述正負(fù)放電電極之間的間距在I毫米至10毫米之間。所述電源為高壓電源，其電壓范圍為3KV至30KV。本實(shí)用新型所述帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，通過(guò)控制高壓開(kāi)關(guān)SI和高壓開(kāi)關(guān)S2的通斷時(shí)間，使得通過(guò)脈沖放電方式產(chǎn)生的等離子體在可控的時(shí)間內(nèi)能夠被限制在離子阱中，在可控的的時(shí)間內(nèi)又能夠?qū)⑵鋸碾x子阱中引出，實(shí)現(xiàn)了脈沖離子流強(qiáng)度及脈寬的可調(diào)控。同時(shí)，由于離子源電極筒的結(jié)構(gòu)，使得離子阱不僅在一維方向?qū)﹄x子有限制作用，而且在徑向也對(duì)離子有限制作用，克服了背景技術(shù)中所述離子附著離子源管壁的問(wèn)題，減少了離子損失，提高了離子引出率。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中離子遷移管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述離子源的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述離子源與離子遷移管中其他部件之間位置結(jié)構(gòu)關(guān)系不意圖4圖3中所示放電體C和離子引出電極B2的立體分離結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的剖視圖；圖6為圖3所示離子引出極B2為錐狀時(shí)的剖視圖；圖7為使用本實(shí)用新型實(shí)施例所述離子源產(chǎn)生的離子被限制在離子阱中和從離子阱中被引出時(shí)離子走向示意圖；圖8為離子阱中離子被限制和被引出時(shí)電場(chǎng)等勢(shì)圖對(duì)比圖；圖9為離子被限制和被引出時(shí)的控制時(shí)序圖；圖10為參數(shù)組合一對(duì)應(yīng)的主反應(yīng)離子RIP的峰值圖；圖11為參數(shù)組合二對(duì)應(yīng)的主反應(yīng)離子RIP的峰值圖；圖12為參數(shù)組合三對(duì)應(yīng)的主反應(yīng)離子RIP的峰值圖；圖13為參數(shù)組合四對(duì)應(yīng)的主反應(yīng)離子RIP的峰值圖。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖2至圖5所示，本實(shí)施例提供了一種帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，該離子源包括電源a V、能夠產(chǎn)生離子的放電體C和離子引出電極B2，放電體C的高壓端連接電源，低壓端通過(guò)相互串聯(lián)的限流電阻Rl和高壓開(kāi)關(guān)SI接地，離子引出電極B2的一端通過(guò)分壓電阻R3連接放電體C的高壓端，另一端通過(guò)相互串聯(lián)的分壓電阻R2和高壓開(kāi)關(guān)S2接地。其中，放電體C包括兩個(gè)位置相對(duì)的正負(fù)放電電極Al和A3，以及筒狀的離子源電極筒BI，正負(fù)放電電極Al和A3通過(guò)開(kāi)設(shè)在離子源電極筒BI側(cè)壁上的開(kāi)孔Bll和開(kāi)孔B12伸入到離子源電極筒BI內(nèi)。子源電極筒BI的作用是提供穩(wěn)定的脈沖輝光放電區(qū)域，限制離子往離子源管壁上附著，同時(shí)，離子源電極筒BI與電極環(huán)B2 —起形成離子阱。電源H. V，為高壓電源，其既可以是正電源，也可以是負(fù)電源。一般情況下，其電壓范圍為3KV至30KV為了形成輝光放電，在正負(fù)放電電極中，用于連接電阻Rl的電極Al與電極筒BI之間用絕緣體A2絕緣，絕緣材料為陶瓷或聚四氟乙烯。本實(shí)施例中正負(fù)放電電極Al和A3為針狀放電電極。當(dāng)然也可以是針-面、針-筒、棒-筒、面-面、針-針式正負(fù)放電電極。一般情況下，兩個(gè)位置相對(duì)的正負(fù)放電電極Al和A3之間的間距為I毫米至10毫米之間。離子源電極筒BI為金屬筒，圓筒狀，其內(nèi)徑范圍在100微米到30毫米之間。離子引出電極B2為環(huán)狀或者錐狀的金屬筒。當(dāng)離子引出電極B2為錐狀時(shí)，如圖6所示。離子引出電極B2的內(nèi)徑范圍在I微米到30毫米之間。結(jié)合圖2，以及圖7至圖9所示，下面詳細(xì)描述本實(shí)施例所述離子源離子引出原理首先，將高壓開(kāi)關(guān)SI閉合，將高壓開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)。此時(shí)，高壓擊穿離子體C中的氣體介質(zhì)，形成等離子體。離子源電極筒BI和離子引出極B2共同構(gòu)成離子阱。由于高壓開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，離子引出極B2的電位略高于離子源電極筒BI的電位，所以，所述形成的等離子體被限制在離 子阱中，此時(shí)離子阱中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)將以高密度的方式進(jìn)行。通俗地講，此時(shí)我們的被測(cè)物質(zhì)是在高濃度的主反應(yīng)離子下離化，使其能更加充分地離化，既提高被測(cè)物的離化率。按照?qǐng)D9所示時(shí)序，高壓開(kāi)關(guān)SI閉合T2時(shí)間后斷開(kāi)，延時(shí)T3-T2-T1時(shí)長(zhǎng)后，離子體C中形成的脈沖等離子體將會(huì)坍塌，這將有助于離子的引出。這里，一般情況下，所述時(shí)間T的單位為微秒。所謂的等離子體坍塌，是指等離子體在沒(méi)有電能量繼續(xù)饋入后，等離子體的自然衰減。然后，聞壓開(kāi)關(guān)SI閉合T2時(shí)間后斷開(kāi)，延時(shí)T3-T2-T1時(shí)長(zhǎng)后，將聞壓開(kāi)關(guān)S2閉合。此時(shí)，由于高壓開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通，離子引出電極B2電位被迅速拉低，形成離子引出效應(yīng)。高壓開(kāi)關(guān)S2閉合持續(xù)T4時(shí)長(zhǎng)后，再將高壓開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，此時(shí)，本實(shí)施例所述離子源完成了一個(gè)運(yùn)行過(guò)程。這里，所述離子引出電極B2電位被迅速拉低，是指相對(duì)于正離子模式而言為拉低，若相對(duì)于負(fù)離子模式而言為抬高。如圖7所示，當(dāng)離子源電極筒BI的電位小于或者等于離子引出極B2的電位時(shí)，就會(huì)形成離子阱，離子受到限制，不能夠被引出。當(dāng)離子源電極筒BI的電位大于離子引出極B2的電位時(shí)，離子受到的限制被解除，此時(shí)在電場(chǎng)的作用下，離子從離子引出極B2的內(nèi)環(huán)中被引出。圖8給出了離子阱電場(chǎng)等勢(shì)圖，用以說(shuō)明等離子體C內(nèi)產(chǎn)生的離子，其在被限制和被引出時(shí)的電場(chǎng)等勢(shì)圖。由此可見(jiàn)，通過(guò)控制高壓開(kāi)關(guān)SI和高壓開(kāi)關(guān)S2的通斷時(shí)間T2、T3、T4，即可以控制離子在離子阱中被限制的時(shí)間和被引出的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了脈沖離子流強(qiáng)度及脈寬的可調(diào)控。例如，當(dāng)T2取676us，T3取728us，T4取1508us時(shí)，我們會(huì)得到主反應(yīng)離子RIP的峰值對(duì)應(yīng)幅度為6. 6IV，如圖10所示。當(dāng)T2取546us，T3取728us，T4取1508us時(shí)，我們會(huì)得到主反應(yīng)離子RIP的峰值對(duì)應(yīng)幅度為5. 08V，如圖11所示。當(dāng)T2取676us，T3取858us，T4取1508us時(shí)，我們會(huì)得到主反應(yīng)離子RIP的峰值對(duì)應(yīng)幅度為4. 29V，如圖12所示。當(dāng)T2取676us，T3取858us，T4取1378us時(shí)，我們會(huì)得到主反應(yīng)離子RIP的峰值對(duì)應(yīng)幅度為為9. 48V，如圖13所示。由于待測(cè)物質(zhì)離化率很大部分取決于離子源的等離子體濃度和離子流強(qiáng)度，因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，使用本實(shí)施例所述的離子源生產(chǎn)出來(lái)的離子遷移譜儀，其大部分被測(cè)物質(zhì)檢出限可達(dá)PPB(pg/mg)和SubPPB(〈 pg/mg)量級(jí),較使用背景技術(shù)中所述離子源生成出來(lái)的離子遷移譜儀，其技術(shù)指標(biāo)可以提高3個(gè)數(shù)量級(jí)。這里,PPB,即Part Per Billion,是十億分之一，SubPPB稱為亞PPB,即在0. OOlppb到Ippb之間。綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例所述帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，通過(guò)控制高壓開(kāi)關(guān)SI和高壓開(kāi)關(guān)S2的通斷時(shí)間，使得通過(guò)脈沖放電方式產(chǎn)生的等離子體在可控的時(shí)間內(nèi)能夠被限制在離子阱中，在可控的的時(shí)間內(nèi)又能夠?qū)⑵鋸碾x子阱中引出，實(shí)現(xiàn)了脈沖離子流強(qiáng)度及脈寬的可調(diào)控。同時(shí)，由于離子源電極筒的結(jié)構(gòu)，使得離子阱不僅在一維方向?qū)﹄x子有限制作用，而且在徑向也對(duì)離子有限制作用，克服了背景技術(shù)中所述離子附著離子源管壁的問(wèn)題，減少了離子損失，提高了離子引出率。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，包括電源、能夠產(chǎn)生離子的放電體C和離子引出電極B2，放電體C的高壓端連接電源，低壓端通過(guò)相互串聯(lián)的限流電阻Rl和高壓開(kāi)關(guān)SI接地，離子引出電極B2的一端通過(guò)分壓電阻R3連接放電體C的高壓端，另一端通過(guò)相互串聯(lián)的分壓電阻R2和高壓開(kāi)關(guān)S2接地，放電體C包括兩個(gè)位置相對(duì)的正負(fù)放電電極和筒狀可提供穩(wěn)定的脈沖輝光放電區(qū)域的離子源電極筒BI，該正負(fù)放電電極通過(guò)開(kāi)設(shè)在離子源電極筒側(cè)壁上的開(kāi)孔伸入到離子源電極筒內(nèi)，并由離子源電極筒BI與離子引出電極B2構(gòu)成離子阱以限制離子擴(kuò)散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述正負(fù)放電電極中用于連接電阻Rl的放電電極，其外部設(shè)置有用于起安全防護(hù)作用的絕緣體A2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述正負(fù)放電電極為針狀放電電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述離子源電極筒B1為金屬筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述離子源電極筒B1為圓筒狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述離子源電極筒BI的內(nèi)徑范圍在100微米到30毫米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述離子引出電極B2為環(huán)狀的或者錐狀的金屬環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述離子引出電極B2的內(nèi)徑范圍在I微米到30毫米之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述正負(fù)放電電極之間的間距在I毫米至10毫米之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖式輝光放電離子源，其特征在于，所述電源為高壓電源，其電壓范圍為3KV至30KV。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種帶離子阱的脈沖式輝光放電離子源，包括電源、能夠產(chǎn)生離子的放電體C和離子引出電極B2，放電體C的高壓端連接電源，低壓端通過(guò)相互串聯(lián)的限流電阻R1和高壓開(kāi)關(guān)S1接地，離子引出電極B2的一端通過(guò)分壓電阻R3連接放電體C的高壓端，另一端通過(guò)相互串聯(lián)的分壓電阻R2和高壓開(kāi)關(guān)S2接地，放電體C包括兩個(gè)位置相對(duì)的正負(fù)放電電極和筒狀可提供穩(wěn)定的脈沖輝光放電區(qū)域的離子源電極筒，該正負(fù)放電電極通過(guò)開(kāi)設(shè)在離子源電極筒側(cè)壁上的開(kāi)孔伸入到離子源電極筒內(nèi)。本實(shí)用新型所述脈沖式輝光放電離子源，實(shí)現(xiàn)了脈沖離子流強(qiáng)度及脈寬的可調(diào)控。同時(shí)克服了離子附著離子源管壁的問(wèn)題，減少了離子損失，提高了離子引出率。
文檔編號(hào)H01J49/10GK202905664SQ20122059231
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者劉立秋, 馬軍, 張偉, 顏毅堅(jiān), 徐翔, 張亦揚(yáng) 申請(qǐng)人:武漢矽感科技有限公司, 上海矽感信息科技有限公司