[實用新型]一種用于飛行時間質譜儀的離子信號檢測裝置

有效

• 申請號: 201922307719.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN210897194U
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 方向;戴新華;丁傳凡
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: H01J49/02
• 分類號: H01J49/02;G01N27/62
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本實用新型公開了一種用于飛行時間質譜儀的離子信號檢測裝置。該裝置其包括飛行時間質量分析器、電極組、以及電流或電壓測量裝置；電極組安裝在飛行時間質量分析器的離子引出端，電極組由2個以上相互電絕緣的電極組成，沿著離子運動方向，除了最遠的電極外，其它電極上均相應設置小孔，用于從飛行時間質量分析器中分離出的離子的通過；其中：當電極組為2個電極時，電流或電壓測量裝置直接和這2個電極相連；當電極組為3個以上電極時，工作電源和離飛行時間質量分析器中分離出的離子最近的2個電極相連，電流或電壓測量裝置和最遠的2個電極相連。本實用新型裝置結構簡單，成本低，能實現離子質譜信號的高靈敏度測試。

技術領域

本實用新型涉及質譜分析儀器技術領域，具體涉及一種用于飛行時間質譜儀的離子信號檢測裝置。

背景技術

飛行時間質譜儀是最常用的質譜儀器之一，它的分析速度快，靈敏度高，是科學研究和實際應用中常用的科學儀器。在生命科學，材料科學，環境監測，食品安全，國土安全等眾多領域內得到廣泛的應用。飛行時間質量分析器的基本工作原理是：利用合適的離子源把被檢測的樣品物質電離成離子，然后把樣品離子引入到飛行時間質量分析器的離子加速電極L1和L2中。離子在加速電極中被加速，然后進入一個具有一定長度L3，等電位的所謂離子自由飛行區，如圖1所示。在離子自由飛行區的另外一端設置有一離子引出電極，此電極遠離離子自由飛行區的一側安置有離子探測器，一般為微通道板電子倍增器。

飛行時間的基本原理可以簡單地描述如下：假定樣品離子的質量為m，所帶的電荷為e,離子在加速電極中所受到的加速電壓為V，則離子被加速后所獲得的能量為：E＝eV,根據能量守恒定律，此能量將完全轉化為離子的動能，即：

上式中，v為離子加速后所達到的速度。

因此有，

假定離子的飛行距離為L,則離子在飛行L距離所需要的時間為：

由(2)式可以看出，對于不同質荷比的離子，其飛行時間是不同的。因此，測量每一種離子的飛行時間，即可以計算出對應的離子的質荷比，此即飛行時間質譜的基本原理。

離子經過飛行時間質譜的飛行區后將最終到達離子探測器被檢測到，記錄不同飛行時間所對應的離子電流/電壓信號，即得到被分析樣品的質譜圖，獲得被分析樣品的化學組成信息。簡而言之，飛行時間質譜系統由三個最主要的部分所組成，即，(1)產生樣品離子的離子源，(2)對離子進行質荷比分析的飛行時間質量分析器，和(3)可以檢測離子的離子探測器及其信號處理系統。

目前飛行時間質譜儀器中最常用的離子探測器為所謂的微通道板電子倍增器(英文簡寫為MCP)。它由多個微小的通道組成，每個通道都由高效二次電子發射能力的材料所建造，圖2是一種微通道板電子倍增器的示意圖。在使用過程中，在微通道板電子倍增器的二端之間加載高電壓，因此在其內部形成一個電場。當經由飛行時間質量分析器分離的離子在電場作用下撞向微通道板電子倍增器的材料表面時，將產生多個二次電子。這些二次電子在工作電壓所產生的電場作用下，將被加速并高速撞向倍增器的表面，產生更多的二次電子。如此反復，電子在倍增器中一再被加速和倍增，產生越來越多的二次電子。最后，所有的二次電子穿過電子倍增器最后端的電子出口，并被安置在電子倍增器后面的電極收集到，獲得對應于入射離子的電流信號，這些電流信號也可以被轉換成電壓信號，最后成為質譜信號。

很顯然，電子倍增器是目前所有飛行時間質譜，包括由其它類型的質量分析器，如四極質量分析器，離子阱質量分析器等與飛行時間質量分析器組成的更復雜的質譜系統中所必不可少的主要組成部分之一，它擔負著質譜儀記錄離子信號和獲得質譜圖的任務。

假定一個微通道板電子倍增器的電子倍增倍數是10³倍，即一個離子所產生的二次電子經多次倍增后所給出的電子總數為10³個，則最終所測得的電子電荷為：