專利名稱：用于跟蹤氣體泄漏檢測的高靈敏度無縫離子源質(zhì)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于泄漏檢測應(yīng)用的質(zhì)譜儀，尤其，涉及具有高靈敏度的質(zhì)譜儀。
背景技術(shù)：
氦質(zhì)譜儀泄漏檢測是眾知的泄漏檢測技術(shù)。使用氦作為示蹤氣體，它在密 封測試件中通過時的泄漏最小。然后把氦抽到泄漏檢測儀器和對其進行測量。 氦的量對應(yīng)于泄漏率。儀器的重要部件是檢測和測量氦的質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀使輸 入氣體離子化并且進行分析，以便分離氦成分，然后對其進行測量。在一個方 法中，使測試件的內(nèi)部與泄漏檢測器的測試端口耦合。使氦噴射在測試件的外 部，通過泄漏在內(nèi)部抽取，并且通過泄漏檢測器測量。圖1示出傳統(tǒng)質(zhì)譜儀的示意圖。偶極磁體IO產(chǎn)生與圖1的平面垂直的磁 場。位于偶極磁體10的極靴之間的離子源12包括具有入口縫16的板14。現(xiàn) 有技術(shù)質(zhì)譜儀中的離子源利用寬度Se扱小的入口縫， 一般寬度為0.5毫米而長 度為幾個毫米，以便物理地限定離子光學(xué)物體。在磁場中幾個偏轉(zhuǎn)角之后，使 從這個離子光學(xué)物體散射的離子再會聚成圖像。90°和180°的彎曲角是最普 通的。如果離子從入口縫16以半角a散射并且按具有半徑R的圓形軌道在磁 場中行進，則在180°偏轉(zhuǎn)之后形成入口縫的1:1圖像。使圖像展寬一個量Ra 2，這導(dǎo)致在中心軌道各側(cè)散射的離子的磁場中的不同軌道，以致總的圖像寬度是 SE + Ra2。在圖像位置處定義出口縫20的板18只允許給定質(zhì)荷比的離子通過而到達(dá)檢測器(未示出)，這根據(jù)檢測到的離子而產(chǎn)生離子電流。不同質(zhì)荷比 (m/z)的離子在不同的半徑上行進，并且不能夠通過出口縫20。已經(jīng)考慮到180°偏轉(zhuǎn)設(shè)計對于不昂貴的產(chǎn)生質(zhì)量的系統(tǒng)是方便的，因為 認(rèn)為焦點位置是眾知的。然而，相應(yīng)的折衷是事實上必須把包括電子一產(chǎn)生燈 絲的整個離子源放置在磁隙內(nèi)部。因此占用了磁隙的一部分的燈絲和其它離子 源部件的空間減少了入口縫的長度，從而降低了檢測到的信號。 一般質(zhì)譜儀設(shè) 計的更嚴(yán)重的缺陷在于在簡單設(shè)計中，離子源和入口縫之間沒有任何離子一光 學(xué)聚焦元件，入口縫的作用并非理想離子光學(xué)物體。在離子源中從入口縫返回 一些距離處形成離子，并且使這些離子向縫的方向加速。離子源的離子光學(xué)性 能導(dǎo)致離子出現(xiàn)而從接近源的一個點處散射，以致如果該縫位于離開入口縫 180°處，但是發(fā)生在出口縫位置之前的一些距離處，則180°聚焦點不對應(yīng)于 出口縫的位置。既然是這樣，離子束在到達(dá)出口縫之前再次展寬，并且進一步 降低檢測到的信號或需要較大的出口縫，這降低了質(zhì)量分辨能力。在如此的情 況中，入口縫的實際作用是作為角度一限制縫。在泄漏率極低的氦質(zhì)譜儀中的離子電流的數(shù)量級為毫微微安培(10—15安 培)。對于泄漏檢測器質(zhì)譜儀技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)，十分穩(wěn)定地檢測這個小信號以 提供不混淆的泄漏率信號是困難的。為了達(dá)到現(xiàn)代泄漏檢測器應(yīng)用中要求的高 靈敏度(例如，le—llstd —立方厘米/秒或更小)，電流泄漏檢測器質(zhì)譜儀 利用一些類型的信號放大，諸如電子倍增器。電子倍增器是昂貴的和復(fù)雜的部 件。它們需要一般為500到1800伏的高電壓電源，并且需要經(jīng)常調(diào)諧。電子 倍增器的增益從單元接通之時開始衰減。此外，電子倍增器的壽命有限，對于 用戶來說，壽命到期必須以高成本進行更換。 一般在泄漏檢測器通常工作的真 空度較差的情況中，壽命特別短，并且增益漂移是特別值得注意的。 因此，存在改善用于跟蹤氣體泄漏檢測的質(zhì)譜儀和方法的需求。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面， 一種質(zhì)譜儀包括主磁體，該主磁體包含定義間 隙的空間上分離的極靴，主磁體在間隙中產(chǎn)生主磁場；離子源，產(chǎn)生離子和使 離子加速而進入間隙中的主磁場，該離子源位于間隙外；以及離子檢測器，檢 測通過離子源產(chǎn)生的和通過主磁場偏轉(zhuǎn)的、選中的離子種類。離子檢測器位于 間隙中選中的離子種類的自然焦點處。離子源可以包括定義伸長的提取器縫的提取器電極；定義伸長的基準(zhǔn)縫的 基準(zhǔn)電極，至少一個燈絲的位置與提取器縫相鄰；以及與提取器電極隔開的反 射器電極。加速燈絲產(chǎn)生的離子化的電子使之從燈絲到接近提取器縫的離子化 區(qū)域，以用于氣體的離子化，通過提取器縫提取離子化區(qū)域中產(chǎn)生的離子，并 且加速而通過基準(zhǔn)縫進入主磁體的極靴之間的間隙。離子源還可以包括源磁 體，該源磁體包括產(chǎn)生源磁場以約束離子化電子的軌道的、空間上分離的極靴。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于檢測示蹤氣體的方法。該方法包括 在主磁體的空間上分離的極靴之間的間隙中產(chǎn)生磁場；使位于間隙外的離子源 中的示蹤氣體離子化；使示蹤氣體加速而進入主磁體的極靴之間的間隙以致間 隙中的磁場使示蹤氣體離子偏轉(zhuǎn)；以及在選中的示蹤氣體離子種類的自然焦點 處用位于間隙中的檢測器檢測選中的示蹤氣體離子種類。


為了較佳地理解本發(fā)明，對結(jié)合在這里作為參考的附圖進行參考，其中 圖1是傳統(tǒng)質(zhì)譜儀的簡化的示意圖； 圖2是逆流泄漏檢測器的示意方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的質(zhì)譜儀的簡化的示意性側(cè)視圖； 圖4是圖3的簡化的示意性終端圖；圖5是沿圖4的線5 — 5取得的離子源的部分橫截面圖；以及 圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的質(zhì)譜儀的實施。
具體實施方式
圖2中示意性地示出適用于本發(fā)明實施例的實施的一種泄漏檢測器。測試端口 30通過逆流閥32和34耦合到前置泵36。泄漏檢測器還包括高真空泵40。 測試端口 30通過中段閥42和44耦合到位于高真空泵40的前置線48和入口 50之間的、高真空泵40上的中段端口 46。前置線閥52把前置泵36耦合到高 真空泵40的前置線48。高真空泵40的入口 50耦合到質(zhì)譜儀60的入口 。泄漏 檢測器還包括兩者都耦合到測試端口 30的測試端口熱電偶62和通風(fēng)閥64; 通過校正泄漏閥68耦合到高真空泵40的中段端口 46的經(jīng)校正的泄漏66;以 及耦合到前置泵36的鎮(zhèn)流閥70。在操作中，前置泵36起初通過關(guān)閉前置線閥52和通風(fēng)閥64和打開逆流 閥32和34而排放測試端口 30和測試件(或嗅探器探針)。當(dāng)測試端口30處 的壓力到達(dá)與高真空泵40的前置線壓力兼容的水平時，打開前置線閥52，使 測試端口 30暴露于高真空泵40的前置線48。通過測試端口 30抽取氦示蹤氣 體，并且在反方向上通過高真空泵40擴散到質(zhì)譜儀60。前置泵36繼續(xù)使端口 30的壓力降低到與高真空泵40中的中段壓力兼容的點上。在該點處，關(guān)閉逆 流閥32和34和打開中段閥42和44，使測試端口 30暴露于高真空泵40的中 段斷口 46。通過測試端口 30抽取氦示蹤氣體，并且以相反方向通過高真空泵 40的上部擴散到質(zhì)譜儀60，因為更短的反方向路徑而允許更多氣體擴散。由 于高真空泵40對于樣品中的較重氣體具有更低的反向擴散率，因此它阻斷這 些氣體到達(dá)質(zhì)譜儀60，從而有效地分離通過高真空泵40擴散到質(zhì)譜儀60的示 蹤氣體，并且對其進行測量。圖3 — 5中示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的質(zhì)譜儀100。質(zhì)譜儀IOO對應(yīng)于圖 2中的質(zhì)譜儀60。質(zhì)譜儀100包括一般為雙極磁體的主磁體110、離子源120 和離子檢測器130。主磁體110包括定義間隙116的空間上分離的極靴112和 114 (圖4)。離子源120位于間隙116之外，因此沒有位于極靴112和114之 間。離子檢測器130位于極靴112和114之間的間隙中，以截取離子源120產(chǎn) 生的離子中選中的種類。離子源120產(chǎn)生的離子進入主磁體110的極靴112和 114之間的間隙116，并且通過間隙116中的磁場偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)是離子的質(zhì)荷比、 離子能量和磁場的函數(shù)。諸如氦離子之類的選中的離子種類沿離子軌道132而 行，而其它離子種類沿不同的軌道而行。離子檢測器130位于極靴112和114之間的間隙116中，并且位于選中離子種類的自然焦點處。質(zhì)譜儀100還可以包括具有縫136以及離子光學(xué)透鏡138的準(zhǔn)直儀134。 準(zhǔn)直儀134允許沿離子軌道132而行的離子通過縫136到達(dá)離子檢測器130， 并且阻擋沿其它軌道而行的離子。離子光學(xué)透鏡138工作于接近離子源電勢的 高的正電勢，并且動作而阻擋氦之外的散射離子種類到達(dá)離子檢測器。這個動 作是由于下述的事實產(chǎn)生的，即，在中性氣體原子或腔室壁的情況中，進行散 射碰撞的非氦離子，充分地改變它們到達(dá)縫136的軌道，在這些碰撞中丟失了 能量，因此不能夠克服離子光學(xué)透鏡138強加的能量勢壘。離子光學(xué)透鏡138 還動作而使沿離子軌道132而行的離子聚焦到離子檢測器130上。真空外殼140密封真空腔室142，該真空腔室142包括一部分離子源120 和主磁體110的極靴112和114之間的間隙116。真空泵144具有與真空外殼 140連接的入口。真空泵144使真空腔室142保持合適的壓力的真空， 一般在 10一5托的數(shù)量級，供質(zhì)譜儀100工作。真空泵144一般是渦輪分子真空泵、擴 散泵或其它分子泵，并且對應(yīng)于圖2所示的高真空泵。如泄漏檢測器技術(shù)領(lǐng)域 中所眾知，諸如氦之類的示蹤氣體在反方向上通過所有或一部分真空泵144擴 散到質(zhì)譜儀100，并且對其進行測量。已知這種配置為逆流泄漏檢測器配置。 在逆流配置中，從真空腔室142泵取重氣體，而較輕的氣體在反方向上通過真 空泵144擴散到質(zhì)譜儀100。要理解，本發(fā)明不局限于逆流泄漏檢測器中的使 用。通過離子檢測器130檢測沿離子軌道132而行的離子，并且轉(zhuǎn)換成電信號。 把電信號提供給檢測器電子線路150。檢測器電子線路150放大離子檢測器信 號，并且提供表示泄漏率的輸出。如圖4中較佳地示出，離子源120包括燈絲170和172、提取器電極174、 基準(zhǔn)電極176以及反射器電極180,所有這些都位于真空外殼140中。離子源 120還包括位于真空外殼140外的源磁體190。源磁體190包括位于真空腔室 142相對側(cè)上的空間上分離的極靴192和194。要理解，從主磁體110延伸的 邊緣場可以替代地提供由源磁體所提供的磁場。燈絲170和172的每一個都可以是螺旋形線圈的形式，并且可以由燈絲固定器196來支撐。在一個實施例中，燈絲170和172的每一個都是由涂覆了氧 化釷的0.006英寸直徑的銥線制造的。每個燈絲線圈的長度可以為3毫米，并 且直徑為0.25毫米。最好，每次把能量供給一個燈絲以延長離子源壽命。提取器電極174可以配備有伸長的提取器縫200，而基準(zhǔn)電極176可以配 備有伸長的基準(zhǔn)縫202。對準(zhǔn)作為離子一光學(xué)透鏡的伸長的縫200和202，并 且提供從離子源120沿離子軌道132提取離子的路徑。在圖5中，示出主磁體 110的極靴112和114的內(nèi)表面。如進一步所示出的，提取器縫200的長尺寸 垂直于極靴112和114的內(nèi)表面。提取器縫200的長度204滿足離子束的寬度 填充極靴112和114之間的間隙116，其中定義間隙116的寬度為極靴112和 114之間的真空腔室142中的間隔。提取器縫200和基準(zhǔn)縫202之間的加速電 場穿透提取器縫，并且使電場具有杯狀凹陷210的形狀，以為剛好在提取器縫 之前形成的氦離子提供有效的提取和聚焦。與現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)譜儀比較，因為離子 源位于主磁體之外而提取器縫長度可能相對較長。在一個實施例中，提取器縫 200的長度204是8毫米，提取器縫200的寬度是3毫米，而間隙116具有10 毫米的尺寸。還選擇基準(zhǔn)縫202的尺寸以保證波束寬度填充間隙。這個配置保 證所需要的示蹤氣體種類的相當(dāng)高的離子流。潛在的信號源損耗是離子束在提取器縫長度方向上的散射，是由于接近提 取器縫200和基準(zhǔn)縫202的終端處的穿透場的總聚焦/散焦效應(yīng)引起的。在一 些實施例中，因為外部離子源，提取器縫長度可以制造得等于或大于間隙116 的寬度。然后，所發(fā)射的離子是在提取器縫中心部分中形成的那些離子，并且 發(fā)射這些離子或多或少筆直通過而到達(dá)檢測器。由于穿透基準(zhǔn)縫的加速電場而 還存在一些散射，但是也可以把該縫制造成等于或大于間隙116的寬度，以致 在中心部分中的離子實質(zhì)上沒有散射。為了增加提取器縫和/或基準(zhǔn)縫的長 度，必須或要求增加離子源的總尺寸。如在圖4和5中進一步示出，提取器電極174配備有分別與燈絲170和172 相鄰的斜面邊緣206和208。斜面邊緣206和208決定燈絲170和172附近的 電場的形狀，以增強到離子化區(qū)域的電子輸送。如圖4所示，基準(zhǔn)電極176位于提取器電極174和主磁體IIO之間。反射器電極180位于上面，并且與提取器電極174分開。反射器電極180包括提供 所要求的電場分布的杯狀凹陷210。另一方面，可以保持反射器電極180使之 與提取器電極174具有相同的電勢，并且反射器電極180可以接觸提取器電極 174或與提取器電極174制造在一起作為單個單元。源磁體190的極靴192和194可以具有一般平行的、面對真空腔室142的 空間上分離的表面，并且在燈絲170和172、提取器電極174和反射器電極180 的區(qū)域中產(chǎn)生磁場212。如圖4所示，通過主磁體110的邊緣磁場使磁場212 向上變形。所產(chǎn)生的磁場分布導(dǎo)致燈絲170和172發(fā)射的電子圍繞磁場線方向 盤旋而到達(dá)離子化區(qū)域220。離子化區(qū)域220位于提取器縫200之上(圖4)。 在燈絲170、 172和離子化區(qū)域220之間區(qū)域中的電場和磁場導(dǎo)致離子化的電 子向離子化區(qū)域220加速。在離子化區(qū)域220中，氣體分子通過來自燈絲170、 172的電子進行離子化，通過提取器縫200從離子源120提取，并且通過基準(zhǔn) 縫202對其進行加速。離子源120位于主磁體IIO的外部，以致提取器縫200的長度204沒有受 到主磁體110的極靴112和114的限制?？梢赃x擇提取器縫200的尺寸以發(fā)射 高離子流。在通過遵循經(jīng)過基準(zhǔn)縫202的通路的135°的角度的偏轉(zhuǎn)之后，光 束光學(xué)器件產(chǎn)生聚焦點，如圖3所示。質(zhì)譜儀IOO包括根據(jù)質(zhì)荷比分離離子的 主磁體100以及源磁體190，源磁體190在離子源120中燈絲170和172的相 對側(cè)上包括極靴192和194。兩個磁體足夠地靠近以致它們在強度和場形狀兩 方面相互影響，如圖3所示。在一個實施例中，主磁體110在極中心具有1.7 千高斯的場強度，而源磁體190在極中心具有600高斯的場強度。設(shè)計離子源120的磁場和電場，以致至少在離子化區(qū)域220中，磁通線近 似地符合和平行于恒定電勢的表面(等電勢面)。因為約束通過燈絲170和172 產(chǎn)生的離子化電子束使之沿磁場線而行，因此在粗略地恒定電勢的體積中產(chǎn)生 離子。結(jié)果，離子束具有極小的能量擴散，并且從離子源120極有效地傳送到 離子檢測器130，從而提供高靈敏度。選擇磁體IIO和190相對于離子源120、離子檢測器130的位置，并且相 互選擇以有效地形成和發(fā)射離子。主磁體IIO和源磁體190相互靠近。超過主磁體110的間隙116延伸的邊緣場使源磁體190的另外的均勻磁場變形。通過形狀和包括反射器電極180、提取器電極174、基準(zhǔn)電極176和這些 電極中的開口 (縫)、以及相鄰的腔室壁的離子源120中的一些單元的間隔來 定義等電勢面的線。控制這些單元的尺寸和間隔以形成"杯一開口一向下 (cup-叩en-down)"電場形狀，使源中產(chǎn)生的離子向提取器縫200聚焦，以進 行更有效的提取。反射器電極180和提取器電極174的相當(dāng)厚的壁形成稍微比燈絲直徑寬的 通道，電子可以通過該通道流動而無損耗，同時限制了來自負(fù)向充電燈絲的電 場穿透。這限制了離子從離子化區(qū)域220到電子云的負(fù)電勢中的燈絲170和172 的泄漏，保證事實上把源中產(chǎn)生的離子中的高百分比從源以高靈敏度發(fā)射到離 子檢測器130。設(shè)計各個離子源單元，以致提取器電極174、反射器電極180和基準(zhǔn)電極 176的電場產(chǎn)生形成與物理入口縫不同的、"虛擬"的離子光學(xué)物體線的電場。 排除了物理入口縫和物理縫的不可避免的束損耗，以致離子束發(fā)射是極高的。 在基準(zhǔn)電極176中的縫的作用只是限制離子束的角度發(fā)散，而不是作為入口縫 和離子光學(xué)物體。物理入口縫的排除允許具有靈敏度或分辨率損耗最小的質(zhì)譜儀的小型化。 可以定義質(zhì)譜儀的分辨能力為離子束半徑R對圖像寬度和出口縫寬度SEx之和 的比。對于具有形成系統(tǒng)的離子光學(xué)物體的寬度SE的物理入口縫的傳統(tǒng)質(zhì)譜儀 設(shè)計，圖像寬度是(SE + R(x2)。設(shè)置出口縫寬度使之等于或稍大于圖像寬度， 以便發(fā)射所有到達(dá)的離子，以致分辨能力RP因此而為i 尸=7 /2(SE + i a2)因為本發(fā)明中的離子光學(xué)物體是寬度可忽略的線，而不是通過寬的離子束 照射的縫，所以在離子焦點處的圖像寬度是Rc^而非(SE + Rot2)。因此，分 辨能力是<formula>formula see original document page 12</formula>因此，只要可以忽略離子光學(xué)物體的寬度，分辨能力就與離子束軌道的半 徑無關(guān)。具有這種設(shè)計，如果要求減少離子束半徑R以便得到小型化的設(shè)備， 則只要離子束散射(X保持不變，分辨能力就保持不變。與離子束半徑成比例地 減小圖像寬度，并且可以使出口縫寬度減小一個可比擬的量，以在發(fā)射退出離 子源的所有離子的同時，匹配圖像寬度和保持不變的質(zhì)量一分辨能力。對比之 下，在傳統(tǒng)質(zhì)譜儀中，為了在減小半徑的同時保持不變的質(zhì)量一分辨能力，必 須按比例減小入口縫寬度，從而減小通過縫發(fā)射的離子的分?jǐn)?shù)以及減小設(shè)備的 靈敏度。把電壓施加于燈絲170和172、反射器電極180、提取器電極174、以及基 準(zhǔn)電極176，以提供電場而進行如上所述的工作。在一個實施例中，當(dāng)氦為示 蹤氣體時，以200到280伏作為反射器電極180的偏置，以200到280伏作為 提取器電極174的偏置以及以接地(0伏)作為基準(zhǔn)電極176的偏置。此外， 以100到210伏作為燈絲170和172的偏置以提供用于示蹤氣體離子化的高能 電子。在一個特定實施例中，以250伏作為反射器電極180和提取器電極174 的額定偏置，以160伏作為燈絲170和172的額定偏置以及使基準(zhǔn)電極176接 地。規(guī)定上述電壓是相對于地的。要理解，只是作為例子來給出這些值，并非 對本發(fā)明的范圍的限制。如圖3所示，離子光學(xué)透鏡138可以包括電極250、 252和254， 每個電 極都具有作為到離子檢測器130的離子通路的孔徑256。電極250、 252和254 構(gòu)成使離子向離子檢測器130聚焦的Einzel透鏡，并且施加于電極252的電勢 的作用為抑制除允許到達(dá)檢測器之外的、散射到軌道中的、與氦不同的離子種 類。在一個實施例中，分別以O(shè)伏、180伏和0伏作為電極250、 252和254的 偏置°在一個實施例中，可以設(shè)計包括離子檢測器130和檢測器電子線路150的 檢測器組件，用于在寬范圍上進行離子流的高靈敏度測量，并且具有高的信噪 比。離子檢測器130可以是連接到靜電計級運算放大器的反相輸入端的法拉第 板。沿離子軌道132而行的離子通過透鏡138撞擊法拉第板，并且在板中產(chǎn)生極小的電流。配置放大器作為具有帶寬—限制電容器的反跨導(dǎo)放大器?？梢栽?一個范圍中選擇反饋電阻以提供1"09和lxlO"之間的增益。選擇電容器以允 許檢測器的規(guī)定的暫態(tài)響應(yīng)，但是抑制頻率比要求的暫態(tài)響應(yīng)高的噪聲。為了進一步減小l/f噪聲，通過Peltier或熱一電冷卻器來冷卻放大器。冷卻器是具 有94° C的最大AT的兩一級類型。冷卻器的冷側(cè)與靜電計放大器結(jié)合，而熱 側(cè)與檢測器結(jié)構(gòu)柱結(jié)合。在這個熱配置中，靜電計放大器的極低的溫度降低了 輸入偏置和偏移電流，因此當(dāng)質(zhì)譜儀主體處于其最高的工作溫度時，1/f噪聲分 量降低到該設(shè)備的最低可實現(xiàn)的水平。這保證了在環(huán)境熱條件的最壞情況下的 可能最低的噪聲。圖6中示出質(zhì)譜儀100的實施例子。頭部邊緣270支撐了包括燈絲170(圖 6中未示出)和172、提取器電極174、基準(zhǔn)電極176、和反射器電極180、準(zhǔn) 直儀134、離子檢測器130、離子光學(xué)透鏡138和檢測器電子線路150的離子 源部件。上面給出，包括但是不局限于，壓力水平、材料、尺寸、電壓和場強度的 各種參數(shù)值來描述本發(fā)明的各個實施例。要理解，給出這些值只是為了作為例 子而并非對本發(fā)明范圍的限制。因此已經(jīng)描述了本發(fā)明至少一個實施例的幾個方面，要理解，各種變型、 修改和改進對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。旨在使這些變型、修改 和改進作為本揭示的一部分，并且旨在使其落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此， 上述說明和附圖僅僅是作為例子。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)譜儀，包括主磁體，所述主磁體包含用于定義一間隙的空間上分離的極靴，所述主磁體在所述間隙中產(chǎn)生主磁場；離子源，用于產(chǎn)生離子并且使離子加速進入所述間隙中的主磁場中，所述離子源位于所述間隙外；以及離子檢測器，用于檢測由離子源產(chǎn)生且經(jīng)主磁場偏轉(zhuǎn)的、選中的離子種類，所述離子檢測器位于所述間隙中選中的離子種類的自然焦點處。
2. 如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述極靴具有面對著所述間隙 的表面，并且其中所述離子源包括伸長的入口縫，所述伸長的入口縫具有與極靴表 面相垂直的長尺寸。
3. 如權(quán)利要求2所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述間隙具有在極靴之間的寬 度，并且其中入口縫的長度足以使離子填充所述間隙的寬度。
4. 如權(quán)利要求2所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述間隙具有在極靴之間的寬 度，并且其中入口縫的長度等于或大于所述間隙的寬度。
5. 如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述主磁體被配置成至少在離 子源和離子檢測器之間由離子橫穿而過的區(qū)域中產(chǎn)生基本上均勻的磁場。
6. 如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，還包括位于主磁體的極靴之 間的準(zhǔn)直儀，用于阻擋離子源和離子檢測器之間的軌道外的離子；以及位于主磁體 的極靴之間的離子光學(xué)透鏡。
7. 如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述離子源包括 用于定義伸長的提取器縫的提取器電極； 用于定義伸長的基準(zhǔn)縫的基準(zhǔn)電極；位于提取器縫旁邊以產(chǎn)生離子化電子的至少一個燈絲；以及 與提取器電極隔開的反射器電極，其中使燈絲所產(chǎn)生的離子化的電子從燈絲 加速到提取器縫附近的離子化區(qū)域以便使氣體離子化，并且通過提取器縫來提取離 子化區(qū)域中所產(chǎn)生的離子，并且使這些離子加速穿過基準(zhǔn)縫從而進入主磁體的極靴 之間的間隙。
8. 如權(quán)利要求7所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述離子源還包括源磁體，所 述源磁體包括空間上分離的極靴，用于產(chǎn)生源磁場以約束離子化電子的軌道。
9. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，還包括真空器皿，用于定義 在主磁體的極靴和源磁體的極靴之間的真空腔室；以及用于對真空腔室抽真空的真 空泵系統(tǒng)。
10. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述主磁體的主磁場使所述 源磁體的極靴之間的區(qū)域中的源磁場發(fā)生變形。
11. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述主磁體和源磁體在離子 源中產(chǎn)生磁場，其中提取器電極和反射器電極產(chǎn)生具有等電勢面的電場，并且其中 在離子化區(qū)域中磁場和等電勢面是近似地平行的。
12. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，至少一個燈絲包括位于提取 器縫的相對的末端附近的第一和第二燈絲。
13. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述提取器電極、基準(zhǔn)電極 和反射器電極被定形為產(chǎn)生一種用于使離子化區(qū)域中所產(chǎn)生的離子聚焦到線焦點 的電場，接著通過主磁場的聚焦動作對線焦點進行成像。
14. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，通過穿透提取器電極和基準(zhǔn) 電極之間的加速電場，在離子化區(qū)域中產(chǎn)生離子提取區(qū)域。
15. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，在與燈絲相鄰的區(qū)域中，斜 切所述提取器電極。
16. 如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述反射器電極配備有用于 產(chǎn)生電場的杯狀凹陷，所述杯狀凹陷所產(chǎn)生的電場有助于使離子化區(qū)域中所產(chǎn)生的 離子聚焦。
17. —種離子源，包括 用于定義伸長的提取器縫的提取器電極； 用于定義伸長的基準(zhǔn)縫的基準(zhǔn)電極；位于提取器縫旁邊以產(chǎn)生離子化電子的至少一個燈絲；包括空間上分離的極靴的源磁體，所述極靴用于產(chǎn)生磁場以約束離子化電子 的軌道；以及與提取器電極隔開的反射器電極，其中使燈絲所產(chǎn)生的電子從燈絲加速到提取器縫附近的離子化區(qū)域以便使氣體離子化，并且通過提取器縫來提取離子化區(qū)域 中所產(chǎn)生的離子，并且使這些離子加速穿過基準(zhǔn)縫。
18. 如權(quán)利要求17所述的離子源，其特征在于，所述反射器電極配備有用于 產(chǎn)生電場的杯狀凹陷，所述杯狀凹陷所產(chǎn)生的電場有助于使離子化區(qū)域中所產(chǎn)生的 離子聚焦。
19. 一種用于檢測示蹤氣體的方法，包括在主磁體的空間上分離的極靴之間的間隙中產(chǎn)生磁場； 使位于所述間隙外的離子源中的示蹤氣體離子化；使示蹤氣體離子從離子源加速進入主磁體的極靴之間的間隙中，使得所述間隙中的磁場使示蹤氣體離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)；以及在選中的示蹤氣體離子種類的自然焦點處，用位于所述間隙中的檢測器來檢 測選中的經(jīng)偏轉(zhuǎn)的示蹤氣體離子種類。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，使示蹤氣體離子化包括以基 本上不變的電勢使示蹤氣體離子化。
全文摘要
一種質(zhì)譜儀包括具有定義間隙的空間上分離的極靴的主磁體，主磁體在間隙中產(chǎn)生磁場；離子源，用于產(chǎn)生離子和加速離子使之進入間隙中的磁場，離子源位于間隙之外；以及離子檢測器，用于檢測離子源產(chǎn)生的以及通過磁場偏轉(zhuǎn)的選中的離子種類。離子檢測器位于間隙中選中離子種類的自然焦點處?？梢栽谑聚櫄怏w泄漏檢測器中使用所述質(zhì)譜儀。
文檔編號H01J37/08GK101405830SQ200780010223
公開日2009年4月8日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者C·W·帕金斯, J·D·杰斯特, J·迪普, P·威廉姆斯 申請人:凡利安股份有限公司