應(yīng)用于tof質(zhì)譜儀的離子檢測(cè)器、質(zhì)量分析器及離子檢測(cè)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及離子分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種應(yīng)用于T0F質(zhì)譜儀的離子檢測(cè)器、 質(zhì)量分析器及離子檢測(cè)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)譜儀是一種可W用于分析多種化學(xué)組份的科學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、地質(zhì) 學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、生物技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，其工作方式是通過(guò)一定手段將物質(zhì)成分離子化，再 用質(zhì)量分析器對(duì)離子進(jìn)行測(cè)定。飛行時(shí)間（TimeofFli曲t，簡(jiǎn)稱TCF)質(zhì)量分析器是質(zhì)譜 儀器中重要的一種質(zhì)量分析器，其原理是對(duì)飛行管道內(nèi)（無(wú)電場(chǎng)區(qū)）離子推斥，不同質(zhì)荷比 離子飛行速度不同，到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間也不同，從而達(dá)到成分分析的目的。
[0003] T0F質(zhì)量分析器特點(diǎn)是分辨率高，分析速度快，但成分定量分析精度不高，特別是 離子的各個(gè)成分含量差異較大時(shí)，定量分析的精度就會(huì)變得不盡如人意。由于T0F的原理， 即只能采用脈沖形式的離子，一次脈沖雖然能檢測(cè)全譜，但不同離子到達(dá)時(shí)間間隔極短，導(dǎo) 致測(cè)得信號(hào)增益全部相同。T0F質(zhì)量分析器進(jìn)行定量分析時(shí)精度不高，其原因還包括如下方 面：
[0004] 離子的各個(gè)組分含量差異較大時(shí)，組分含量小的離子脈沖受誤差影響更大。W自 然界氧元素同位素為例，有i6〇、"〇、is〇S種同位素的形式存在，相對(duì)豐度分別為99. 756%、 0. 039%和0. 205%，如果檢測(cè)礦離子時(shí)，S種同位素對(duì)應(yīng)的譜峰的幅度相差巨大，w〇的譜 峰幅度是其他兩種同位素的成百上千倍，檢測(cè)時(shí)，對(duì)的i7〇、is〇檢測(cè)的影響很大。
[0005] 窄脈沖信號(hào)頻帶處理困難，"震蕩"、"拖尾"等現(xiàn)象難W避免，影響后續(xù)波形的基 線，尤其是后續(xù)波形幅度較小時(shí)影響更嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于T0F質(zhì)譜儀的離子檢測(cè)器、質(zhì)量分析器及離子檢 測(cè)的控制方法，W解決T0F定量檢測(cè)精度低的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 一種應(yīng)用于飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的離子檢測(cè)器，包括：
[0009] 金屬屏蔽罩，至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)板組，每個(gè)偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源，和至少兩個(gè)接收器， 所述接收器由微通道板、寬頻電流放大器和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成；
[0010] 所有偏轉(zhuǎn)板組設(shè)置在所述金屬屏蔽罩內(nèi)，所述金屬屏蔽罩有位于同一軸線上的入 射孔和出射孔；
[0011] 每個(gè)偏轉(zhuǎn)板組在所述軸線兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置，用于通過(guò)其脈沖電源施加的脈沖電壓產(chǎn) 生均勻電場(chǎng)，W改變通過(guò)偏轉(zhuǎn)板組的離子的飛行方向，使不同種離子W相同的入射角度打 入不同的接收器。
[0012] 優(yōu)選的，每個(gè)接收器的增益是根據(jù)打入的離子數(shù)量的估計(jì)值確定的。
[0013]基于上述任意離子檢測(cè)器實(shí)施例，優(yōu)選的，所述偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源施加給偏轉(zhuǎn) 板組的脈沖電壓的幅度是根據(jù)對(duì)應(yīng)的接收器的安裝位置，本偏轉(zhuǎn)板組中偏轉(zhuǎn)板之間的距 離，偏轉(zhuǎn)板的軸向長(zhǎng)度，和離子的加速電壓確定的。
[0014]一種質(zhì)量分析器，包括上述任一實(shí)施例所述的離子檢測(cè)器。
[0015]一種離子檢測(cè)的控制方法，應(yīng)用于采用上述任一離子檢測(cè)器的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀， 包括：
[0016]延時(shí)器按照預(yù)定的時(shí)序分別向加速電極的脈沖電源和每種離子對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)板組 的脈沖電源發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，所述預(yù)定時(shí)序規(guī)定了發(fā)送給加速電極的脈沖電源的觸發(fā)信號(hào)與 發(fā)送給每種離子對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源的觸發(fā)信號(hào)的延時(shí)時(shí)間；
[0017]所述加速電極的脈沖電源接收到觸發(fā)信號(hào)，向加速電極施加預(yù)定脈沖幅度和脈沖 寬度的脈沖電壓；
[001引所述偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源收到觸發(fā)信號(hào)，向偏轉(zhuǎn)板組施加預(yù)定脈沖幅度和脈沖寬 度的脈沖電壓，W改變通過(guò)偏轉(zhuǎn)板組的離子的飛行方向，使離子W設(shè)定的入射角度打入對(duì) 應(yīng)的接收器，不同種離子打入不同的接收器，且不同種離子打入對(duì)應(yīng)的接收器的入射角度 相同。
[0019]優(yōu)選的，所述延時(shí)時(shí)間是根據(jù)離子從加速電極到達(dá)對(duì)應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組的時(shí)間和施加在 該對(duì)應(yīng)偏轉(zhuǎn)板組上的脈沖電壓的脈沖上升時(shí)間確定的。
[0020] 基于上述任意方法實(shí)施例，優(yōu)選的，如果偏轉(zhuǎn)板組對(duì)應(yīng)的離子為中間離子，偏轉(zhuǎn)板 組的脈沖電源向偏轉(zhuǎn)板組施加的脈沖電壓的脈沖寬度不小于所述中間離子的脈沖寬度，且 不大于質(zhì)荷比相鄰的兩種離子的脈沖時(shí)間差，所述中間離子為質(zhì)荷比在所有組分中不是最 大也不是最小的離子，所述質(zhì)荷比相鄰的兩種離子的脈沖時(shí)間差是指：同一測(cè)量周期內(nèi)，質(zhì) 荷比與中間離子相鄰且大于所述中間離子的離子的脈沖起始時(shí)刻，與質(zhì)荷比與中間離子相 鄰且小于所述中間離子的離子的脈沖結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間差；
[0021] 如果偏轉(zhuǎn)板組對(duì)應(yīng)的離子為最小質(zhì)荷比離子，偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源向偏轉(zhuǎn)板組施 加的脈沖電壓的脈沖寬度不小于所述最小質(zhì)荷比離子的脈沖寬度，且不大于質(zhì)荷比相鄰的 離子在同一測(cè)量周期內(nèi)的脈沖起始時(shí)刻與質(zhì)荷比最大離子在前一測(cè)量周期內(nèi)的的脈沖結(jié) 束時(shí)刻的時(shí)間差；
[0022] 如果偏轉(zhuǎn)板組對(duì)應(yīng)的離子為最大質(zhì)荷比離子，偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源向偏轉(zhuǎn)板組施 加的脈沖電壓的脈沖寬度不小于所述最大質(zhì)荷比離子的脈沖寬度，且不大于質(zhì)荷比最小離 子在下一測(cè)量周期的脈沖起始時(shí)刻與質(zhì)荷比相鄰的離子在同一測(cè)量周期內(nèi)的脈沖結(jié)束時(shí) 刻的時(shí)間差。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中，離子檢測(cè)器有至少兩個(gè)接收器，不同種離子打入不同的接收器， 數(shù)量較少的離子可W通過(guò)提高增益的方式降低誤差對(duì)其檢測(cè)精度造成的影響，另外還能夠 避免"震蕩"、"拖尾"等現(xiàn)象對(duì)脈沖幅度小的離子造成影響，提高了定量檢測(cè)的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種離子檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的接收器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一種偏轉(zhuǎn)板組形狀示意圖；
[0027] 圖3b為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二種偏轉(zhuǎn)板組形狀示意圖；
[002引圖3c為本發(fā)明實(shí)施例提供的第=種偏轉(zhuǎn)板組形狀示意圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的接收器的位置關(guān)系示意圖；
[0030] 圖5本發(fā)明實(shí)施例提供的方法流程圖；
[0031] 圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的脈沖電源向偏轉(zhuǎn)板組施加的脈沖電壓的脈沖寬 度示意圖；
[0032] 圖7為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供的脈沖電源向偏轉(zhuǎn)板組施加的脈沖電壓的脈沖 寬度示意圖；
[0033] 圖8為本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例提供的脈沖電源向偏轉(zhuǎn)板組施加的脈沖電壓的脈沖 寬度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)用于TOF質(zhì)譜儀的離子檢測(cè)器如圖1所示，具體包括；金屬 屏蔽罩101，至少一個(gè)偏轉(zhuǎn)板組102,每個(gè)偏轉(zhuǎn)板組的脈沖電源103,和至少兩個(gè)接收器104， 接收器104由微通道板1041、寬頻帶電流放大器（AMP) 1042和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 1043 組成。
[0036] 其中，金屬屏蔽罩101的作用是對(duì)偏轉(zhuǎn)板組進(jìn)行電磁屏蔽，W避免對(duì)其他離子造 成影響。因此，所有偏轉(zhuǎn)板組102均設(shè)置在金屬屏蔽罩101內(nèi)。另外，金屬屏蔽罩101有位 于同一軸線上的入射孔和出射孔。本發(fā)明實(shí)施例中，金屬屏蔽罩的材料可W為純侶、純銅 等導(dǎo)電金屬。
[0037] 其中，每個(gè)偏轉(zhuǎn)板組102在上述軸線兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置，用于通過(guò)其脈沖電源103施加 的脈沖電壓產(chǎn)生均勻電場(chǎng)，W改變通過(guò)偏轉(zhuǎn)板組102的離子的飛行方向，使不同種離子W 相同的入射角度打入不同的接收器104。
[003引其中，每個(gè)接收器104的安裝位置需使得不同種離子在分析器中的飛行距離相 同。接收器有極高反應(yīng)時(shí)間和極短的死區(qū)時(shí)間，一般都是PS級(jí)別，其微通道板需要高精度 高壓電源供電，高精度低噪聲電阻分壓，形成次級(jí)電子的加速電場(chǎng)，再用錐形法拉第盤做電 子接收，通過(guò)寬頻帶I-V放大器，進(jìn)行模數(shù)采集（ADC采集），接收器的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例提供的離子檢測(cè)器有至少兩個(gè)接收器，不同種離子打入