[發明專利]一種使用永久磁鐵的可變質量色散的質量分析器系統

有效

• 申請號: 201811233932.5
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109390207B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 魏興儉;熊鵬輝;齊連柱;秦震;程亮;褚明福;鄧大超;郭文勝
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌

本發明提供了一種使用永久磁鐵的可變質量色散的質量分析器系統，解決了現有磁質量分析器結構復雜的問題。系統包括扇形磁鐵、在離子束的聚焦線上排列設置固定的多離子檢測器、設置在扇形磁鐵與多離子檢測器之間的雙靜電四極桿系統、對不同元素的離子束進行電掃描的寬范圍離子加速直流高壓電源和對雙靜電四極桿系統進行供電的直流穩壓電源，扇形磁鐵為永久磁鐵，通過改變雙靜電四極桿系統中的四極桿電壓，調整質量色散使得不同質量數元素的同位素離子束與固定間距的多離子檢測器相適應。本發明通過同時去除電磁鐵恒流電源和可移動多離子檢測器系統，簡化了目前應用的電磁鐵磁質量分析器系統，提高了質譜峰位穩定性。

技術領域

本發明屬于質譜儀器技術領域，具體涉及一種使用永久磁鐵的可變質量色散的質量分析器系統。

背景技術

質譜儀包括離子源、質量分析器和檢測器三大核心部分，其中質量分析器的功能是將離子源產生的離子束按不同質荷比分離，供檢測器接收檢測。

同位素質譜儀用于測量元素的同位素比，要求有極高的精度。為此，目前所用的同位素質譜儀均采用磁質量分析器加多檢測器組合。

這其中，目前同位素質譜儀的磁質量分析器均采用電磁鐵，在固定的加速電壓下，通過調整電磁鐵勵磁電流來改變磁感應強度，以適應不同質量數的元素。但是，現有電磁鐵系統存在系統結構復雜、操作繁瑣和影響譜峰穩定性的缺點。電磁鐵需要勵磁穩流電源、霍爾探頭和相應的控制器。勵磁電流的穩定性直接影響譜峰的穩定性；測控軟件需要對電磁鐵系統進行編程控制，其磁感應強度與質量數的對應關系為非線性；探測磁感應強度的霍爾探頭需要恒溫恒流來保持其穩定性；電磁鐵為帶有線圈的鐵芯，通常有幾百公斤，較為笨重；大的勵磁電流會造成電磁鐵發熱，影響磁感應強度的穩定性；在高精度測量場合需要水冷的電磁鐵，使得系統更為復雜。

多檢測器有兩種，一種為可移動檢測器，通過馬達調整檢測器在聚焦線上的間距，來適應不同元素的同位素。測量重質量數元素時讓檢測器相互靠近；而輕質量數則讓檢測器相互遠離；這種可移動多檢測器需要馬達及其電源，檢測器和馬達分別在真空室的內外，需要傳動軸的真空密封，調整不同元素的檢測器間距費時費力，檢測器的定位精度影響各譜峰的套峰精度。

另一種多檢測器為固定位置檢測器，也就是檢測器在聚焦線上不能移動，通過改變雙四極桿系統的相應電壓來改變質量色散，使得不同元素的同位素離子在聚焦線上具有相同的間距，以適應固定間距的多檢測器；這種雙四極桿系統加固定檢測器的組合克服了可移動檢測器存在的缺點。

全世界現有的同位素質譜儀的質量分析器和檢測器有兩種組合形式：美國ThermoFisher(Bremen)公司、英國IsotopX公司和德國Elementar(Isoprime)公司的同位素質譜儀均為電磁鐵加可移動多檢測器組合；而美國Ametek(Cameca NU)公司的為電磁鐵加固定多檢測器組合。

鑒于目前的同位素質譜儀電磁鐵和可移動多檢測器缺點，有必要探索一種磁質量分析器，以解決現有組合存在的結構復雜、笨重、操作繁瑣、相關參數影響譜峰穩定性的問題。

發明內容

本發明提供了一種使用永久磁鐵的可變質量色散的質量分析器系統，該系統可以解決現有磁質量分析器結構復雜，操作繁瑣的問題，通過采用二極永久磁鐵替代普通的電磁鐵，用寬范圍離子加速直流高壓電源進行不同元素的電掃描，代替通常的磁掃描，并且通過改變靜電四極桿電壓組合，調整質量色散以適應固定間距的多接收器。

本發明為實現上述目的，主要通過以下技術方案實現：

一種使用永久磁鐵的可變質量色散的質量分析器系統，其特征在于包括扇形磁鐵、雙四極桿系統、多離子檢測器、寬范圍離子加速直流高壓電源和直流穩壓電源，

所述扇形磁鐵為永久磁鐵，所述扇形磁鐵的一端為離子束入口端，所述扇形磁鐵的另一端為離子束出口端，

所述雙四極桿系統包括依次在扇形磁鐵離子束出口端與多離子檢測器之間設置的四極桿A和四極桿B，