本公開(kāi)涉及一種具有多個(gè)燈絲的離子源組件，其中每一燈絲均具有橢圓形地成形的中心長(zhǎng)度。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)譜分析是用于測(cè)量樣品中的離子的質(zhì)荷比以便確定樣品的化學(xué)成分的常見(jiàn)分析技術(shù)。通常，質(zhì)譜分析需要對(duì)樣品進(jìn)行電離，從而根據(jù)離子的質(zhì)荷比分離離子、檢測(cè)所分離離子并且將結(jié)果顯示為光譜，該光譜示出隨質(zhì)荷比而變的檢測(cè)到的離子的信號(hào)強(qiáng)度。

2、可以使用電子轟擊電離源(亦稱為電子電離(ei)離子源)進(jìn)行電離樣品(具體地氣態(tài)樣品)。ei離子源包括電子源，該電子源可以是被加熱至發(fā)射電子的溫度的燈絲。所使用的燈絲可以是由耐火金屬構(gòu)成的細(xì)線材，其未涂覆或涂覆有金屬氧化物。對(duì)燈絲的加熱可以通過(guò)使電流通過(guò)燈絲而以電阻方式(resistively)進(jìn)行。來(lái)自燈絲的熱離子地發(fā)射的電子加速穿過(guò)壁或陽(yáng)極，并且進(jìn)入電離體積。電子的移動(dòng)由電場(chǎng)以及這些零件之間的幾何形狀和位置關(guān)系引導(dǎo)，該電場(chǎng)由借助于控制單元在燈絲與陽(yáng)極以及可能其他電極之間所維持的電位差產(chǎn)生。陽(yáng)極限定至少一個(gè)開(kāi)口，該開(kāi)口使得一定百分比的電子能夠穿過(guò)陽(yáng)極，并且進(jìn)入電離體積。通常維持燈絲溫度和各種電位是期望的，使得恒定電子發(fā)射電流進(jìn)入電離體積?？梢园~外電極(諸如電子排斥極)來(lái)操縱電子。在電離體積內(nèi)部，至少一些經(jīng)加速或高能電子將與電離體積中的氣體樣品的分子發(fā)生碰撞。電子具有足夠能量，使得在與氣體分子碰撞時(shí)，其將電離和/或分裂氣體分子，以產(chǎn)生離子。

3、然后，這些離子被加速，并且借助于使用離子光學(xué)元件(其是離子源的一部分)建立的其他電位操縱到質(zhì)量過(guò)濾器中。一些離子源還包括定位在該電離體積的上游的離子排斥極。該離子排斥極可以被設(shè)置為特定電位，以便幫助控制在電離體積中生成的離子的軌跡。該離子排斥極可以是扁平或平坦電極，或者其沿朝向質(zhì)量過(guò)濾器的方向可以是凹面的。當(dāng)具有各種質(zhì)荷比的離子到達(dá)質(zhì)量過(guò)濾器時(shí)，其在空間上或時(shí)間上分離。然后，由離子檢測(cè)器檢測(cè)這些離子，并且根據(jù)離子檢測(cè)器的輸出確定質(zhì)譜。

4、ei離子源的燈絲具有有限使用壽命。為了發(fā)射足夠數(shù)量的電子，燈絲必須在1500-2400k之間的溫度下運(yùn)行。在這些高溫下，燈絲線材(以及涂層，如果存在)最終蒸發(fā)，從而導(dǎo)致燈絲故障。燈絲故障也可能因在高運(yùn)行溫度下發(fā)生的燈絲線材的晶體結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生。另外，通過(guò)系統(tǒng)中的氣體可能化學(xué)地改變燈絲的電子發(fā)射表面，這增加電子發(fā)射表面的功函數(shù)，同時(shí)降低電子發(fā)射表面的電子發(fā)射效率。當(dāng)由于燈絲斷裂、變形或化學(xué)“中毒”而導(dǎo)致沒(méi)有電子或沒(méi)有足夠電子可用于電離氣體樣品時(shí)，質(zhì)譜儀不再令人滿意地運(yùn)作。因此，基于由質(zhì)譜儀產(chǎn)生的數(shù)據(jù)監(jiān)視和/或控制的過(guò)程將必須停止，否則將“盲目運(yùn)行”，直到有機(jī)會(huì)更換燈絲。更換燈絲是耗時(shí)且不方便的過(guò)程，因?yàn)闊艚z通常位于工藝真空室的內(nèi)部，使得必須對(duì)工藝真空室進(jìn)行排氣才能實(shí)施此更換。因此，減少燈絲更換頻率是期望的，并且更優(yōu)選地能夠調(diào)度何時(shí)發(fā)生預(yù)先性燈絲更換，因此可以在工藝室離線進(jìn)行其他維護(hù)活動(dòng)的同時(shí)更換燈絲。

5、解決ei離子源的此缺點(diǎn)的一種常用方法是在離子源中包括第二燈絲，該第二燈絲定位在陽(yáng)極附近，并且可以在第一燈絲發(fā)生故障時(shí)投入運(yùn)行。這兩個(gè)燈絲通常是彼此的副本，并且關(guān)于沿著離子源的離子光軸延伸的平面成鏡像。以此方式定位燈絲是在試圖通過(guò)使得不管使用哪一燈絲均能夠在電離體積的相同區(qū)域中形成離子來(lái)維持質(zhì)譜儀的一致性能。這確保在如下位置生成離子：電場(chǎng)能夠操縱離子使得離子被成功地注入到質(zhì)量過(guò)濾器中的位置，以及電場(chǎng)足夠高以克服空間電荷對(duì)靈敏度的影響的位置。然而，這種類型的ei離子源的一個(gè)缺點(diǎn)在于，陽(yáng)極附近的可用空間通常是有限的，因此兩個(gè)燈絲中的每一者均比在僅存在單個(gè)燈絲時(shí)使用的燈絲短。離開(kāi)電子發(fā)射表面的電子發(fā)射電流密度與該表面的溫度和功函數(shù)的關(guān)系由理查森方程(richardson?equation)描述為溫度的單調(diào)遞增函數(shù)。由于總電子發(fā)射電流取決于發(fā)射表面的面積，因此為了獲得相同總發(fā)射電流，較短燈絲必須在較高溫度下運(yùn)行。因此，順序地運(yùn)行的兩個(gè)較短燈絲的持續(xù)時(shí)間不是一個(gè)長(zhǎng)燈絲的兩倍。事實(shí)上，兩個(gè)短燈絲的組合工作壽命可能甚至不如“正?！遍L(zhǎng)度的單個(gè)燈絲的工作壽命。此外，比起較長(zhǎng)燈絲，較短燈絲必然在其安裝布置上損失更多熱。此熱損失是由于與較長(zhǎng)單個(gè)燈絲相比，由沿著從燈絲的中心區(qū)域到安裝點(diǎn)的線材的較短路徑提供較低熱阻。因此，為了將總電子發(fā)射保持在所需水平，在燈絲的最熱部分(中心附近)處需要更高溫度，這縮短了燈絲的工作壽命。

6、離子源的兩個(gè)關(guān)鍵性質(zhì)是靈敏度(每單位壓力下以可接受速度產(chǎn)生和注入到質(zhì)量過(guò)濾器中的離子數(shù)量)和線性度(靈敏度獨(dú)立于壓力的程度)。在試圖延長(zhǎng)燈絲壽命時(shí)，不能完全忽視這些性質(zhì)。例如，可以減小發(fā)射電流和/或運(yùn)行壓力，以便降低燈絲溫度，并且因此延長(zhǎng)燈絲壽命。然而，減小發(fā)射電流或運(yùn)行壓力是以犧牲靈敏度和/或離子電流為代價(jià)進(jìn)行的。

7、這些只是與質(zhì)譜儀中目前使用的離子源相關(guān)聯(lián)的一些缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、供用于質(zhì)譜儀中的離子源組件的實(shí)施例包括圓柱形陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，該圓柱形陽(yáng)極結(jié)構(gòu)至少部分限定電離體積。至少兩個(gè)燈絲位于陽(yáng)極附近，并且充當(dāng)電子源，供用于借助于電子轟擊來(lái)電離正在分析中的樣品。燈絲在其中心部分中的形狀為近似橢圓形的、具有與橢圓形部分相切的筆直端部區(qū)段。在本文中描述了兩個(gè)實(shí)施例，然而，本發(fā)明離子源組件并不限于所描述的兩個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，燈絲可以被安裝成以便相互平行，或者替代地，其可以被安裝為彼此的副本、圍繞陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的中心軸線旋轉(zhuǎn)180°。燈絲在筆直端部區(qū)段上的多個(gè)位置處安裝到支撐構(gòu)件，并且被定位成使得中心橢圓形部分距圓柱形陽(yáng)極結(jié)構(gòu)固定距離。燈絲還被安裝成以便將燈絲中的每一者的大致橢圓形部分的半長(zhǎng)軸的一端定位在沿陽(yáng)極圓筒的軸線的方向的類似位置處。

2、供用于質(zhì)譜儀中的電子轟擊離子源組件的實(shí)施例包括：圓柱形陽(yáng)極，該圓柱形陽(yáng)極沿著軸線延伸并且環(huán)繞電離體積；以及各自熱離子地發(fā)射電子的第一燈絲和第二燈絲。第一燈絲和第二燈絲定位在電離體積外部并且接近于圓柱形陽(yáng)極。第一燈絲和第二燈絲各自包括橢圓形地成形的中心長(zhǎng)度和在橢圓形地成形的中心長(zhǎng)度的兩端上的非橢圓形長(zhǎng)度。非橢圓形長(zhǎng)度被結(jié)構(gòu)化成相對(duì)于圓柱形陽(yáng)極安裝在固定位置，以維持橢圓形地成形的中心長(zhǎng)度與該圓柱形陽(yáng)極之間的恒定距離。每一橢圓形地成形的中心長(zhǎng)度沿著平面延伸，該平面以非零角度與垂直于圓柱形陽(yáng)極的軸線的平面相交。

3、供用于質(zhì)譜儀中的電子轟擊離子源組件的另一實(shí)施例包括：陽(yáng)極，該陽(yáng)極沿著軸線延伸并且環(huán)繞電離體積；以及各自熱離子地發(fā)射電子的至少兩個(gè)燈絲。至少兩個(gè)燈絲定位在電離體積外部并且接近于該陽(yáng)極。至少兩個(gè)燈絲各自包括橢圓形地成形部分和在橢圓形地成形部分的兩端上的非橢圓形部分。非橢圓形部分被結(jié)構(gòu)化成相對(duì)于陽(yáng)極安裝在固定位置，以維持橢圓形地成形部分與該陽(yáng)極之間的恒定距離。每一橢圓形地成形部分沿著平面延伸，該平面以非零角度與垂直于陽(yáng)極的軸線的平面相交。

4、在實(shí)施例中，每一橢圓形地成形部分均包括頂點(diǎn)，并且至少兩個(gè)燈絲被各自定位成使得每一頂點(diǎn)相對(duì)于陽(yáng)極處于相同深度處。在實(shí)施例中，每一非零角度是由至少兩個(gè)燈絲圍繞延伸穿過(guò)至少兩個(gè)燈絲中每一者的頂點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)引起的。在實(shí)施例中，至少兩個(gè)燈絲沿著平行平面延伸。在實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)軸線以90°的角度與陽(yáng)極的軸線相交。在另一實(shí)施例中，至少兩個(gè)燈絲是彼此的圖像、圍繞陽(yáng)極的軸線旋轉(zhuǎn)通過(guò)某一角度。在另外的實(shí)施例中，至少兩個(gè)燈絲中的至少一者涂覆有金屬氧化物。