一種離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置及使用該裝置的質(zhì)譜儀器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及質(zhì)譜儀，尤其涉及質(zhì)譜儀中的離子傳輸裝置，能使正離子偏轉(zhuǎn)通過而阻擋電子、光子和中性粒子。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜儀是一種測量離子質(zhì)荷比的儀器，由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)傳輸裝置到達質(zhì)量分析器，選質(zhì)后由探測器檢測到信號，以獲得質(zhì)荷比的信息。離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置的作用有兩個，一是在差分真空腔體傳輸離子，二是阻擋電子、中性粒子和光子以提高儀器最終的信噪比。
[0003]目前的質(zhì)譜儀器內(nèi)離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置的實現(xiàn)方式主要分為三種，一種是圓筒擋板式，一種是直角偏轉(zhuǎn)式，還有一種是偏軸傳輸式。在圓筒擋板式的離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置中，筒狀離子透鏡中心放入圓形擋板。離子在通過透鏡時，受到電場力的作用，先向外發(fā)散，以繞過擋板，再重新聚焦，飛出偏轉(zhuǎn)傳輸裝置。而對于光子與中性粒子，由于不受電場力的作用，則會直接撞擊到擋板上并損失動能，無法通過離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置。此種方式結(jié)構(gòu)設計簡單，但是離子傳輸效率低。典型的圓筒擋板式離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置有Perkin-Elmer公司在其Elan系列ICP-MS上所使用的結(jié)構(gòu)。
[0004]對于直角偏轉(zhuǎn)方式，其主要的工作原理是，離子通過一個偏轉(zhuǎn)電場區(qū)域，受到電場力的作用而偏離原來運動方向，并最終在出射時偏轉(zhuǎn)90°，而光子與中性離子不受電場力作用，沿原路飛行。這種方式雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是由于離子傳輸路徑為直角，不利于儀器的小型化。典型的直角偏轉(zhuǎn)式離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置有Extrel公司生產(chǎn)的四極離子偏轉(zhuǎn)器以及Varian公司在其ICP-MS產(chǎn)品上所采用的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0005]偏軸傳輸方式是指離子傳輸前后方向不變，但是傳輸路徑會有所偏移。這種方式可以通過偏軸導引桿實現(xiàn)，使離子在射頻電場的約束下順著偏軸導引桿向前運動；或者采用特定形狀和直流電壓的靜電透鏡，離子在此電場下作偏軸運動。
[0006]另外，對于基本靜電透鏡，它對離子束有聚焦作用，與光學透鏡對光束聚焦類似。而光學透鏡能對離軸的光束進行偏轉(zhuǎn)，類似的靜電透鏡對于離軸的光束也有偏轉(zhuǎn)作用。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種傳輸效率高、且有利于儀器的小型化的離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置以及使用該離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置的質(zhì)譜儀器。
[0008]本實用新型提出一種方式，可以實現(xiàn)離子的偏軸傳輸，其基本結(jié)構(gòu)為離子靜電透鏡，經(jīng)軟件仿真表明，對于在離子靜電透鏡內(nèi)進行偏轉(zhuǎn)的離軸離子束，離子的初始動能對偏轉(zhuǎn)效果有很大的影響，動能稍微低于理想動能的離子無法通過靜電透鏡，而動能稍高的離子運動軌跡會有較大的偏離。
[0009]本實用新型是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的:一種離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置，包括離子加速器、偏轉(zhuǎn)器、離子減速器，所述偏轉(zhuǎn)器包括離子靜電透鏡以及設置在離子靜電透鏡內(nèi)的一個或者多個導引器，離子加速器和離子減速器分別設置在偏轉(zhuǎn)器的前后，在離子進入靜電透鏡之前，先經(jīng)過加速器，獲得動能，此動能大于離子初始動能數(shù)倍，當離子離開靜電透鏡后，再經(jīng)過減速器，經(jīng)減速恢復到初始動能，在靜電透鏡內(nèi)的導引器的電場作用下，離子的受力方向為電場方向，且入射離子束與出射離子束平行，使得離子按照設定的軌跡運動，實現(xiàn)偏軸傳輸。當離子在靜電透鏡內(nèi)運動時，其動能主要來自加速器而非初始動能，因此初始動能對其運動軌跡影響小。在電場作用下，導引器通過改變電場分布而改變離子運動軌跡，電子在加速區(qū)受到反向作用力被彈出，光子和中性粒子則不受電場力作用沿直線運動，無法穿過此偏轉(zhuǎn)傳輸裝置。
[0010]作為進一步具體的方案，所述離子加速器包括一個或者多個電極板，各電極板包括至少一個孔，使用中離子穿過該至少一個孔傳輸，所述偏轉(zhuǎn)器包括一個或者多個靜電透鏡，使用中離子穿過各靜電透鏡，所述離子減速器包括一個或者多個電極板，各電極板包括至少一個孔，使用中離子穿過該至少一個孔傳輸，并在減速器內(nèi)失去動能，各靜電透鏡內(nèi)包括一個或者多個導引器，使用中離子穿過各靜電透鏡時沿著導引器所產(chǎn)生的電場方向進行傳輸。
[0011]優(yōu)選的:
[0012]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部形狀為大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、多邊形、圓柱形或錐形，或者這些形狀的組合；和/或
[0013]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部具有大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、或多邊形的孔；和/或
[0014]所述靜電透鏡的部分或者全部形狀大致為圓柱形、橢圓柱形、三角柱形、四邊柱形、多邊柱形或錐形，或者這些形狀的組合；和/或
[0015]所述導引器的部分或者全部形狀為大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、多邊形或新月形，或者這些形狀的組合；和/或
[0016]所述導引器的部分或者全部具有大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、或多邊形的孔。
[0017]優(yōu)選的:
[0018]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部外直徑或尺度為以下各項構(gòu)成的組:⑴5.0mm?10.0mm ； (ii) 10.0mm?50.0mm ;和(iii)大于等于50.0mm ;和 / 或
[0019]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部內(nèi)直徑或尺度選自由以下各項構(gòu)成的組中的孔:(i)小于等于1.0mm ； (ii) 1.0mm?5.0mm ;和(iii) 5.0mm ?20.0mm ;和 / 或
[0020]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部厚度為以下各項構(gòu)成的組:(i)小于等于0.1mm ； (ii) 0.1mm?1.0mm ;和(iii) 1.0mm?10.0mm ;和/或
[0021]所述靜電透鏡的部分或者全部外直徑或尺度為以下各項構(gòu)成的組:(i)5.0mm?10.0mm ； (ii) 10.0mm ?50.0mm ;和(iii)大于等于 50.0mm ;和 / 或
[0022]所述靜電透鏡的部分或者全部長度為以下各項構(gòu)成的組:(i) 5.0mm?10.0mm;(ii)10.0mm ?50.0mm ;和(iii)大于等于 50.0mm ;和 / 或
[0023]所述靜電透鏡的部分或者全部厚度為以下各項構(gòu)成的組:(i)小于等于0.1mm ;(ii) 0.1mm ?1.0mm ;矛口(iii) 1.0mm ?10.0mm ;矛口 / 或
[0024]所述導引器的部分或者全部外直徑或尺度為以下各項構(gòu)成的組:(i) 5.0mm?10.0mm ； (ii) 10.0mm ?50.0mm ;和(iii)大于等于 50.0mm ;和 / 或
[0025]所述導引器的部分或者全部內(nèi)直徑或尺度為以下各項構(gòu)成的組:(i)小于等于5.0mm ； (ii) 5.0mm ?20.0mm ;和(iii) 20.0mm ?50.0mm ;和 / 或
[0026]所述導引器的部分或者全部厚度為以下各項構(gòu)成的組:(i)小于等于0.1mm;
(ii)0.1mm ?1.0mm ;和(iii) L Omm ~ 10.0mnin
[0027]優(yōu)選的:
[0028]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部板間距離為以下各項構(gòu)成的組:⑴小于等于1.0mm ； (ii) 1.0mm?10.0mm ；和(iii) 10.0mm?50.0mm ;和 / 或
[0029]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板與偏轉(zhuǎn)器的距離為以下各項構(gòu)成的組:(i)小于等于 1.0mm ； (ii) 1.0mm ?10.0mm ;和(iii) 10.0mm ?50.0mm ;和 / 或
[0030]所述導引器的部分或者全部板間距離為以下各項構(gòu)成的組:(i)小于等于1.0mm ;
(ii)1.0mm ?10.0mm ;和(iii) 10.0mm ?50.0mm ;和 / 或
[0031]所述導