[發明專利]一種高動態范圍MCP檢測器

在審

• 申請號: 201711203313.7
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109841494A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 蔣吉春;花磊;王艷;吳稱心;李海洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01J49/40
• 分類號: H01J49/40;H01J49/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及質譜分析儀器，具體說是一種用于飛行時間質譜儀的高動態范圍MCP檢測器，其具體結構包括屏蔽電極、兩組MCP固定電極、MCP片、電子接收電極、信號耦合電容、各分壓電阻、高壓脈沖電源、高壓電源以及脈沖時序。本發明通過在MCP檢測器中引入一定時序的脈沖高壓，可瞬時改變MCP片兩端的電壓差以獲得可控質量范圍內MCP檢測器增益的可調諧，從而實現飛行時間質譜儀高動態范圍檢測。

技術領域

本發明涉及質譜分析儀器，具體說是一種用于飛行時間質譜儀的瞬時可調增益MCP檢測器，可實現飛行時間質譜儀高動態范圍檢測。

背景技術

飛行時間質譜儀(Time-of-Flight Mass Spectrometer，TOFMS)具有結構簡單、分析速度快、分辨率和靈敏度高、微秒級的快速響應速度和全質量范圍等特點，在環境檢測、生命科學等領域具有廣泛的應用。通常TOFMS的檢測器由微通道板(micro channel plate，MCP)組成。MCP是由許多特殊的空心玻璃纖維壓制而成的平板狀電子倍增器，每個空心纖維通道內壁上都涂有次級電子發射系數較高的材料，通道內徑在幾微米到幾十微米之間，MCP板兩面均鍍有導電層將所有通道連接起來作為電極，當MCP兩端加上一定直流電壓(～1kV)后，高能量的離子撞擊到MCP通道內壁涂層上，產生大量的次級電子，次級電子在電場作用下繼續撞擊通道涂層，產生更多的次級電子，如此重復，實現電子倍增。通常MCP單片厚約0.5mm，增益倍數為10³～10⁴并具有皮秒級響應速度。

然而，在TOFMS實際的應用中，由于待分析樣品通常較為復雜，不同組分的含量往往會有幾個數量級的差別，使得不同組分的離子信號差別較大。較強的離子信號會使離子探測器飽和，影響信號的檢測，對強信號和弱信號都會產生測量誤差，降低儀器的動態范圍。基于此，本發明通過在MCP檢測器中引入一定時序的脈沖高壓，可瞬時改變MCP片兩端的電壓差以獲得可控質量范圍內MCP檢測器增益的可調諧，從而實現飛行時間質譜儀高動態范圍檢測。

發明內容

本發明的目的在于通過脈沖高壓的方式，動態調節MCP檢測器的增益，從而提高飛行時間質譜儀的檢測動態范圍。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種高動態范圍MCP檢測器，包括中空圓環形屏蔽電極、中空圓環形的第一、第二、第三、第四MCP固定電極、第一、第二MCP片、電子接收電極、信號耦合電容、各電阻、脈沖高壓電源(17)、高壓電源以及沿時脈沖時序發生器；其特征在于：

從上往下依次順序設置的屏蔽電極、第一MCP固定電極、第二MCP固定電極、第三MCP固定電極、第四MCP固定電極、電子接收電極，以上所述組件均同軸、平行、相對放置；其中第一、第二MCP片分別置于第一、第二MCP固定電極和第三、第四MCP固定電極之間并與之相鄰固定電極相連，電子接收電極為圓片結構；

由沿時脈沖時序發生器、第一高壓電源、第二高壓電源電路并聯構成脈沖高壓電源；脈沖電源輸出端與MCP固定電極相連，第一、第二、第三、第四MCP固定電極之間依次經第一、第二、第三電阻分壓；第四MCP固定電極經第四電阻與高壓電源相連；電子接收電極通過串接電阻與高壓電源相連；信號與電子接收電極通過電容相連。

屏蔽電極、4片MCP固定電極以及電子接收電極均為不銹鋼等金屬或鍍有金屬的導電材料；屏蔽電極一側粘貼有金屬柵網，金屬柵網覆蓋住屏蔽電極的中部通孔。

5個電阻的阻值為1MΩ～50MΩ；電容為10～1000pF；脈沖時序的頻率為1Hz～50KHz；3個高壓電源電壓為0～±10000V。

所采用的MCP片厚度為0.1～2mm，傾斜角為5°～30°，直徑為10～100mm。

脈沖電源輸出端和高壓電源可同時施加于兩片MCP兩端，或也可取消第二電阻，脈沖電源輸出端和高壓電源僅施加于一個單片MCP兩端。