[發明專利]用于靜態質譜儀的離子源組件

有效

• 申請號: 201380056461.4
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN104769700A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: M·庫魯門;M·迪亞博格;J·施韋特斯
• 申請（專利權）人: 塞莫費雪科學(不來梅)有限公司
• 主分類號: H01J49/10
• 分類號: H01J49/10;H01J49/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 姬利永

發明領域

本發明涉及一種用于靜態質譜儀的離子源組件，并且涉及一種具有這種離子源組件的靜態質譜儀。

發明背景

當需要最高可能靈敏度時，使用靜態質譜儀。通常進行分析以便檢測極少量稀有氣體(He，Ne，Ar，Kr，Xe)的存在，但它們還可以能夠分析如CO₂或N₂氣體。

靜態質譜儀的操作展現出若干特殊特征。靜態質譜儀的典型特征在于它們保持真空而在分析過程中不用被抽空。

靜態質譜儀的主要部件包括離子源、分析器、離子檢測器和用于在質譜儀中生成高真空的泵。操作從在質譜儀中生成高真空開始。然后，將質譜儀與泵(正常地通過閥)斷開并且使有待分析的極少量氣體進入質譜儀。

參照圖1，示出了現有靜態質譜儀200的典型示意性配置，包括：樣品制備區205；轉移區230；離子源區240；以及質量分析器250。樣品制備區205包括熔爐210和可選制備工作臺220。熔爐210、樣品制備工作臺220、轉移區230與離子源區240中的每個特征之間設置了閥215。

通過中間室間接進入靜態質譜儀200。正常應用是確定困在如一塊巖石或相似物的樣品中的稀有氣體的各種同位素的同位素比率。

在當前儀器中，樣品(通常為一塊巖石)被放到室(如熔爐210)內并且然后可以用激光器加熱。這種處理釋放出受困的氣體，這些氣體包括所希望的分析物。將所釋放的氣體轉移到樣品制備工作臺220，在該制備工作臺可以用各種方式操控這些氣體。例如，可以將這些氣體部分或全部轉移到存儲體(“吸移管”)，并且然后可以部分釋放它們，從而在較低壓力下給予更少量的樣品。

然后，將氣體轉移到可以充當清潔單元的轉移區230。在更舊的裝置中，將氣體收集在冷指上。更現代的裝置包括安裝的通用類型的“圈套(trap)”，通常包括用于清除不想要的物質(這一般指處理稀有氣體以外的任何東西)的化學吸氣劑。吸氣劑被制冷冷卻并且可以溶解以“蒸餾”出氣體，從而逐一釋放出它們。從此刻開始，在樣品被釋放到室(240，250)內之前用閥封住泵。

從這開始，氣體融解并且與離子源區240平衡，在該離子源區，氣體被電離(電子電離)并且后續在質量分析器250中對離子進行分析。稀有氣體不需要一直凍結著(并且然后融解)，例如，如難于凍結的氦和氖等更輕的氣體。然后，稀有氣體將直接傳到離子源區240，其中，僅雜質在轉移區被凍住。在這種實施例中，有待分析的氣體在轉移區230之后與離子源平衡。

在離子源區240，通常通過電子轟擊來電離有待分析的氣體。由于有待分析的氣體在質譜儀中的統計分布，離子源區中僅存在少量分子。因此，這僅產生小的離子流。

在樣品進入前，離子源區240和質譜儀250中的典型壓力為10^-9到10^-10mbar，并且進入后，取決于樣品量(其不能總是被預測)，為10^-6到10^-7至10^-9。有待分析的氣體散布通過離子源區240和質譜儀250，其中，一些分子還進入離子源。在質譜儀250中，在檢測器區260中被檢測到之前，來自離子源的離子沿著飛行管255行進。

強真空和“無關”氣體從樣品的清除對改進信噪比而言是非常令人希望的(該信噪比是來自樣品的離子計數對來自從之前的測量或其他“干擾”剩余的其他氣體的離子計數，如同量異位素離子，像碳氫化合物)。

在靜態質譜儀中，用于氣體的內部自由體積是主要性能參數。靈敏度與內部體積成正比，從而使得儀器的體積越大，靈敏度越低。相似大的表面恐怕成為污染源和樣品沉降在的可能地方，從而引起靈敏度降低和可能的記憶效應(以上指出的類型的記憶效應可能影響信噪比)。然而，減小體積一般引起離子源的高壓部分與接地源外殼之間的距離減小。這顯著增加了從離子源不希望的電流放電的風險。實現電離需要高電位，而限定電離體積尺寸的大部分的外殼通常接地，從而引起火花風險。

發明概述