一種離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置及使用該裝置的質(zhì)譜儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及質(zhì)譜儀，尤其涉及質(zhì)譜儀中的離子傳輸裝置，能使正離子偏轉(zhuǎn)通過(guò)而阻擋電子、光子和中性粒子。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜儀是一種測(cè)量離子質(zhì)荷比的儀器，由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)傳輸裝置到達(dá)質(zhì)量分析器，選質(zhì)后由探測(cè)器檢測(cè)到信號(hào)，以獲得質(zhì)荷比的信息。離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置的作用有兩個(gè)，一是在差分真空腔體傳輸離子，二是阻擋電子、中性粒子和光子以提高儀器最終的信噪比。
[0003]目前的質(zhì)譜儀器內(nèi)離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置的實(shí)現(xiàn)方式主要分為三種，一種是圓筒擋板式，一種是直角偏轉(zhuǎn)式，還有一種是偏軸傳輸式。在圓筒擋板式的離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置中，筒狀離子透鏡中心放入圓形擋板。離子在通過(guò)透鏡時(shí)，受到電場(chǎng)力的作用，先向外發(fā)散，以繞過(guò)擋板，再重新聚焦，飛出偏轉(zhuǎn)傳輸裝置。而對(duì)于光子與中性粒子，由于不受電場(chǎng)力的作用，則會(huì)直接撞擊到擋板上并損失動(dòng)能，無(wú)法通過(guò)離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置。此種方式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是離子傳輸效率低。典型的圓筒擋板式離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置有Perkin-Elmer公司在其Elan系列ICP-MS上所使用的結(jié)構(gòu)。
[0004]對(duì)于直角偏轉(zhuǎn)方式，其主要的工作原理是，離子通過(guò)一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)區(qū)域，受到電場(chǎng)力的作用而偏離原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向，并最終在出射時(shí)偏轉(zhuǎn)90°，而光子與中性離子不受電場(chǎng)力作用，沿原路飛行。這種方式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于離子傳輸路徑為直角，不利于儀器的小型化。典型的直角偏轉(zhuǎn)式離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置有Extrel公司生產(chǎn)的四極離子偏轉(zhuǎn)器以及Varian公司在其ICP-MS產(chǎn)品上所采用的偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0005]偏軸傳輸方式是指離子傳輸前后方向不變，但是傳輸路徑會(huì)有所偏移。這種方式可以通過(guò)偏軸導(dǎo)引桿實(shí)現(xiàn)，使離子在射頻電場(chǎng)的約束下順著偏軸導(dǎo)引桿向前運(yùn)動(dòng)；或者采用特定形狀和直流電壓的靜電透鏡，離子在此電場(chǎng)下作偏軸運(yùn)動(dòng)。
[0006]另外，對(duì)于基本靜電透鏡，它對(duì)離子束有聚焦作用，與光學(xué)透鏡對(duì)光束聚焦類(lèi)似。而光學(xué)透鏡能對(duì)離軸的光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，類(lèi)似的靜電透鏡對(duì)于離軸的光束也有偏轉(zhuǎn)作用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種傳輸效率高、且有利于儀器的小型化的離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置以及使用該離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置的質(zhì)譜儀器。
[0008]本實(shí)用新型提出一種方式，可以實(shí)現(xiàn)離子的偏軸傳輸，其基本結(jié)構(gòu)為離子靜電透鏡，經(jīng)軟件仿真表明，對(duì)于在離子靜電透鏡內(nèi)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的離軸離子束，離子的初始動(dòng)能對(duì)偏轉(zhuǎn)效果有很大的影響，動(dòng)能稍微低于理想動(dòng)能的離子無(wú)法通過(guò)靜電透鏡，而動(dòng)能稍高的離子運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)有較大的偏離。
[0009]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種離子偏轉(zhuǎn)傳輸裝置，包括離子加速器、偏轉(zhuǎn)器、離子減速器，所述偏轉(zhuǎn)器包括離子靜電透鏡以及設(shè)置在離子靜電透鏡內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)引器，離子加速器和離子減速器分別設(shè)置在偏轉(zhuǎn)器的前后，在離子進(jìn)入靜電透鏡之前，先經(jīng)過(guò)加速器，獲得動(dòng)能，此動(dòng)能大于離子初始動(dòng)能數(shù)倍，當(dāng)離子離開(kāi)靜電透鏡后，再經(jīng)過(guò)減速器，經(jīng)減速恢復(fù)到初始動(dòng)能，在靜電透鏡內(nèi)的導(dǎo)引器的電場(chǎng)作用下，離子的受力方向?yàn)殡妶?chǎng)方向，且入射離子束與出射離子束平行，使得離子按照設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)偏軸傳輸。當(dāng)離子在靜電透鏡內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能主要來(lái)自加速器而非初始動(dòng)能，因此初始動(dòng)能對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡影響小。在電場(chǎng)作用下，導(dǎo)引器通過(guò)改變電場(chǎng)分布而改變離子運(yùn)動(dòng)軌跡，電子在加速區(qū)受到反向作用力被彈出，光子和中性粒子則不受電場(chǎng)力作用沿直線運(yùn)動(dòng)，無(wú)法穿過(guò)此偏轉(zhuǎn)傳輸裝置。
[0010]作為進(jìn)一步具體的方案，所述離子加速器包括一個(gè)或者多個(gè)電極板，各電極板包括至少一個(gè)孔，使用中離子穿過(guò)該至少一個(gè)孔傳輸，所述偏轉(zhuǎn)器包括一個(gè)或者多個(gè)靜電透鏡，使用中離子穿過(guò)各靜電透鏡，所述離子減速器包括一個(gè)或者多個(gè)電極板，各電極板包括至少一個(gè)孔，使用中離子穿過(guò)該至少一個(gè)孔傳輸，并在減速器內(nèi)失去動(dòng)能，各靜電透鏡內(nèi)包括一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)引器，使用中離子穿過(guò)各靜電透鏡時(shí)沿著導(dǎo)引器所產(chǎn)生的電場(chǎng)方向進(jìn)行傳輸。
[0011]優(yōu)選的:
[0012]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部形狀為大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、多邊形、圓柱形或錐形，或者這些形狀的組合；和/或
[0013]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部具有大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、或多邊形的孔；和/或
[0014]所述靜電透鏡的部分或者全部形狀大致為圓柱形、橢圓柱形、三角柱形、四邊柱形、多邊柱形或錐形，或者這些形狀的組合；和/或
[0015]所述導(dǎo)引器的部分或者全部形狀為大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、多邊形或新月形，或者這些形狀的組合；和/或
[0016]所述導(dǎo)引器的部分或者全部具有大致圓形、橢圓形、三角形、矩形、正方形、或多邊形的孔。
[0017]優(yōu)選的:
[0018]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部外直徑或尺度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:⑴5.0mm?10.0mm ； (ii) 10.0mm?50.0mm ;和(iii)大于等于50.0mm ;和 / 或
[0019]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部?jī)?nèi)直徑或尺度選自由以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中的孔:(i)小于等于1.0mm ； (ii) 1.0mm?5.0mm ;和(iii) 5.0mm ?20.0mm ;和 / 或
[0020]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部厚度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)小于等于0.1mm ； (ii) 0.1mm?1.0mm ;和(iii) 1.0mm?10.0mm ;和/或
[0021]所述靜電透鏡的部分或者全部外直徑或尺度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)5.0mm?10.0mm ； (ii) 10.0mm ?50.0mm ;和(iii)大于等于 50.0mm ;和 / 或
[0022]所述靜電透鏡的部分或者全部長(zhǎng)度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i) 5.0mm?10.0mm;(ii)10.0mm ?50.0mm ;和(iii)大于等于 50.0mm ;和 / 或
[0023]所述靜電透鏡的部分或者全部厚度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)小于等于0.1mm ;(ii) 0.1mm ?1.0mm ;矛口(iii) 1.0mm ?10.0mm ;矛口 / 或
[0024]所述導(dǎo)引器的部分或者全部外直徑或尺度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i) 5.0mm?10.0mm ； (ii) 10.0mm ?50.0mm ;和(iii)大于等于 50.0mm ;和 / 或
[0025]所述導(dǎo)引器的部分或者全部?jī)?nèi)直徑或尺度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)小于等于5.0mm ； (ii) 5.0mm ?20.0mm ;和(iii) 20.0mm ?50.0mm ;和 / 或
[0026]所述導(dǎo)引器的部分或者全部厚度為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)小于等于0.1mm;
(ii)0.1mm ?1.0mm ;和(iii) L Omm ~ 10.0mnin
[0027]優(yōu)選的:
[0028]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板的部分或者全部板間距離為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:⑴小于等于1.0mm ； (ii) 1.0mm?10.0mm ；和(iii) 10.0mm?50.0mm ;和 / 或
[0029]所述離子加速器電極板和/或所述離子減速器電極板與偏轉(zhuǎn)器的距離為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)小于等于 1.0mm ； (ii) 1.0mm ?10.0mm ;和(iii) 10.0mm ?50.0mm ;和 / 或
[0030]所述導(dǎo)引器的部分或者全部板間距離為以下各項(xiàng)構(gòu)成的組:(i)小于等于1.0mm ;
(ii)1.0mm ?10.0mm ;和(iii) 10.0mm ?50.0mm ;和 / 或
[0031]所述導(dǎo)