CN102522309B - 离子迁移谱仪的离子收集装置和离子迁移谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离子迁移谱仪的离子收集装置和一种离子迁移谱仪，离子收集装置包括：用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网；设置在抑制栅网的、离子迁移方向的下游侧的第一电极，该第一电极与抑制栅网机械连接并且电连接；以及用于收集离子的离子收集件，该离子收集件包括离子收集部分，其中该第一电极在其内部形成空间，所述离子收集件的离子收集部分设置在该第一电极的内部形成的空间内，并且抑制栅网与第一电极处于等电位，与离子收集件之间形成聚焦电场。通过上述结构，抑制栅网与第一电极处于等电位，与离子收集部分之间形成聚焦电场，进入收集区的离子不会散射到屏蔽罩上，提高了收集率。

Description

离子迁移谱仪的离子收集装置和离子迁移谱仪

本申请为申请号为200910088634.6、申请日为2009年6月30日、发明名称为“离子迁移谱仪的离子收集装置和离子迁移谱仪”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种离子迁移谱仪，更具体地说本发明涉及一种离子迁移谱仪的离子收集装置。

背景技术

参看图1和2，离子迁移谱仪包括离子收集装置50′，该离子收集装置50′包括用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网15′，用于收集离子的法拉第盘17′，用于固定法拉第盘17′的绝缘件2，以及与绝缘件2相连的屏蔽罩21′。此外，该离子迁移谱仪还包括用于放大从法拉第盘17′输出的模拟信号的放大电路，放大电路通过导线6与法拉第盘17′连接，该放大电路包括模拟信号地。该离子迁移谱仪还包括用于为迁移电极提供电源的迁移电极电源，该迁移电极电源具有接地的输出端子，该接地的输出端子形成迁移电极的接地。屏蔽罩21′通过同轴电缆的屏蔽层5与放大电路的模拟信号地连接并且通过电线7与为迁移电极供电的地连接。迁移区的离子经过抑制栅网15′被法拉第盘17′收集，法拉第盘17′通过由芯线5和屏蔽层6构成的同轴电缆输出。

对于上述结构，离子进入收集区，在抑制栅网15′与屏蔽罩21′形成的电场作用下，离子飞向屏蔽罩21′而损失，从而影响收集率。

在图1所示的示例中，采取了平面抑制栅网15′，以及设置在抑制栅网15′的、离子迁移方向的下游侧的法拉第盘17′。该结构的缺点是，离子会散射到屏蔽罩21′上，由此会影响到收集率。

如图2所示的示例中，抑制栅网15′为球形，由此抑制栅网17′可以对离子进行聚焦，但是球网状抑制栅网15′的加工成本较高。

此外，上述现有技术中，存在为迁移电极供电的高压地和模拟信号地在屏蔽罩21′共地的问题，高压地的噪声会直接耦合到放大电路，即前端电路上，影响了离子迁移谱仪性能。

发明内容

为了至少部分地减轻上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种离子迁移谱仪的离子收集装置，以及离子迁移谱仪，该离子收集装置以及离子迁移谱仪能够以简单的结构提高离子收集效率。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种离子迁移谱仪的离子收集装置。离子收集装置包括：用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网；以及设置在抑制栅网的、离子迁移方向的下游侧的第一电极，该第一电极与抑制栅网机械连接并且电连接。

根据本发明的另一方面，该离子收集装置还可以包括：用于收集离子的离子收集件，该离子收集件包括离子收集部分，其中该第一电极在其内部形成空间，所述离子收集件的离子收集部分设置在该第一电极的内部形成的空间内。

根据本发明的另一方面，所述的离子迁移谱仪的离子收集装置还包括：设置在所述第一电极的、离子迁移方向的下游侧的第二电极，该第二电极构成用于使离子在离子迁移谱仪中进行迁移运动的迁移电极中的接地电极。

根据本发明的另一方面，离子收集装置还包括：设置在该第一电极的和第二之间的第一绝缘件，该离子收集件连接于所述第一绝缘件。

根据本发明的另一方面，离子收集装置还包括：设置在所述第二电极的、离子迁移方向的下游侧的屏蔽罩，该屏蔽罩与所述第二电极间隔开。

根据本发明的另一方面，其中所述抑制栅网具有大体扁平的形状。

根据本发明的另一方面，其中所述第一电极具有大体环状的形状。

根据本发明的另一方面，其中所述第二电极具有大体环状的形状。

根据本发明的另一方面，离子收集装置还包括：设置在所述第二电极的离子迁移方向的下游侧的第二绝缘件，该屏蔽罩与所述第二电极通过所述第二绝缘件间隔开。

根据本发明的另一方面，其中所述离子收集件还包括与该离子收集部分连接的信号输出部分，并且其中所述屏蔽罩适于与同轴电缆的芯线外侧的第一导电层连接，该同轴电缆的芯线与该离子收集件的信号输出部分连接，用于从信号输出部分输出信号。

根据本发明的另一方面，其中所述第一电极和第二电极大体同轴设置。

根据本发明的另一方面，其中所述第一绝缘件具有大体板状的形状或盘状的形状。

根据本发明的另一方面，其中所述第一绝缘件在中心部分具有中心通孔，离子收集件的信号输出部分通过该中心通孔伸出，并且所述第一绝缘件还包括围绕所述中心孔的多个通孔。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪包括：用于收集离子的离子收集区部分；以及设置在所述离子收集区部分的离子收集装置，其中该离子收集装置包括：用于收集离子的离子收集件，该离子收集件包括离子收集部分；用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网；设置在抑制栅网的、离子迁移方向的下游侧的第一电极，该第一电极与抑制栅网机械连接并且电连接，其中该第一电极在其内部形成空间，所述离子收集件的离子收集部分设置在该第一电极的内部形成的空间内；以及设置在该第一电极的、离子迁移方向的下游侧的第一绝缘件，该离子收集件连接于所述第一绝缘件。

根据本发明的另一方面，离子迁移谱仪还包括：设置在所述第一绝缘件的、离子迁移方向的下游侧的第二电极，该第二电极构成用于使离子在离子迁移谱仪中进行迁移运动的迁移电极中的接地电极。

根据本发明的另一方面，离子迁移谱仪还包括：设置在所述第二电极的、离子迁移方向的下游侧的屏蔽罩，该屏蔽罩与所述第二电极间隔开。

根据本发明的另一方面，其中所述抑制栅网具有大体扁平的形状。

根据本发明的另一方面，其中所述第一电极具有大体环状的形状。

根据本发明的另一方面，其中所述离子收集件还包括与该离子收集部分连接的信号输出部分。

根据本发明的另一方面，其中所述屏蔽罩与同轴电缆的芯线外侧的第一导电层连接，该同轴电缆的芯线与该离子收集件的信号输出部分连接，用于从信号输出部分输出信号。

根据本发明的另一方面，离子迁移谱仪还包括：放大电路，该放大电路的输入端通过所述同轴电缆的芯线接收从所述信号输出部分输出的信号，所述屏蔽罩通过所述同轴电缆的第一导电层与放大电路的模拟地连接。

根据本发明的另一方面，其中：所述第二电极在所述放大电路的输出端侧连接到放大电路的模拟地。

根据本发明的另一方面，离子迁移谱仪还包括：用于屏蔽放大电路的放大电路屏蔽外壳；以及离子收集区部分的导电外壳，其中所述同轴电缆包括设置在第一导电层外侧的第二导电层，该第二导电层连接放大电路屏蔽外壳和离子收集区部分的导电外壳。

根据本发明的另一方面，离子迁移谱仪还包括：用于为迁移电极提供电源的迁移电极电源，迁移电极电源具有迁移电极电源屏蔽外壳，所述迁移电极电源具有接地的输出端子，该接地输出端子与第二电极连接，并在放大电路的输出端侧连接到所述放大电路的模拟地。

通过本发明的一些实施方式，能够有效地提高离子的收集，并方便信号的引出，提高信噪比。

附图说明

图1是现有技术的离子迁移谱仪的离子收集装置的示意图。

图2另一现有技术的离子迁移谱仪的离子收集装置的示意图。

图3是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的示意图；

图4是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的抑制栅网的示意截面图。

图5是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的抑制栅网的示意主视图。

图6是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第一电极的示意剖视图。

图7是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第一电极的示意主视图。

图8是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的离子收集件的示意主视图。

图9是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的离子收集件的示意剖视图。

图10是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第一绝缘件的示意剖视图。

图11是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第一绝缘件的示意主视图。

图12是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第二电极件的示意剖视图。

图13是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第二电极件的示意主视图。

图14是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第二绝缘件的示意剖视图。

图15是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的第二绝缘件的示意主视图。

图16是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的屏蔽罩的示意截面图。

图17是根据本发明实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置的屏蔽罩的示意主视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图3中所示，在本发明的一些实施例中，根据本发明的实施例的离子迁移谱仪包括：用于收集离子的离子收集区部分90；以及设置在所述离子收集区部分90的离子收集装置50。

如图3中所示，根据本发明的实施例的离子迁移谱仪10还可以包括：放大电路部分60，以及用于为迁移电极提供电源的迁移电极电源70。

如图3中所示，根据本发明的实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置50包括：用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网15；以及设置在抑制栅网或抑制栅15的、离子迁移方向80的下游侧(即，图3中的右侧)的第一电极16，该第一电极16与抑制栅网15机械连接并且电连接。

在本发明的一些实施例中，如图3、6、7、8、9中所示，根据本发明的实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置50还包括用于收集离子的离子收集件17，该离子收集件17包括离子收集部分171。该第一电极16在其内部形成空间161，所述离子收集件17的离子收集部分171设置在该第一电极16的内部形成的空间161内。

在本发明的另一些实施例中，所述离子收集件17的离子收集部分171不设置在该第一电极16的内部形成的空间161内，而是设置在第一电极16的内部形成的空间161外，例如与第一电极16相邻，或与第一电极16间隔一定的距离。

在本发明的一些实施例中，如图3、6、7、8、9中所示，根据本发明的实施例的离子迁移谱仪的离子收集装置50还包括；设置在该第一电极16的、离子迁移方向80的下游侧的第一绝缘件18，该离子收集件17连接于所述第一绝缘件18。

在本发明的另一些实施例中，离子迁移谱仪的离子收集装置50的离子收集件17可以固定在离子迁移谱仪的收集区的其它部件上或绝缘件上。作为选择，离子收集装置50的离子收集件17可以固定在离子迁移谱仪的、本领域公知的、任何合适的部件上。离子收集件17可以是任何合适形状的离子收集件。

根据本发明的一些实施例，如图3中所示，所述的离子迁移谱仪的离子收集装置50还可以包括：设置在所述第一绝缘件18的、离子迁移方向80的下游侧的第二电极19，该第二电极19构成用于使离子在离子迁移谱仪中进行迁移运动的迁移电极中的接地电极。即，第二电极19作为高压地HGND与后续的高压电路的地连接。

根据本发明的一些实施例，如图3中所示，所述的离子迁移谱仪的离子收集装置50还可以包括：设置在所述第二电极19的、离子迁移方向的下游侧的屏蔽罩21，该屏蔽罩21与所述第二电极19间隔开。屏蔽罩21的一种示例在图16-17中示出。

在本发明的一些实施例中，如图3中所示，所述的屏蔽罩21作为模拟信号地AGND与后续的电路的模拟地连接，高压地与模拟地在放大器后端侧的模拟地单点相连。

根据本发明的一些实施例，所述的离子迁移谱仪的离子收集装置50可以不包括第二电极19。在这种情况下，例如，离子收集装置50可以直接在第一绝缘件18上连接屏蔽罩21。

根据本发明的一些实施例，如图4、5中所示，所述抑制栅网15可以具有大体扁平的形状，或者平板状的形状。此外，在一个实施例中，如图4、5中所示，所述抑制栅网15可以由导电的环状件151和与导电的环状件151电连接和机械连接的导电的网152构成。作为选择，所述抑制栅网15可以仅仅由导电网构成。

根据本发明的一些实施例，如图6和7中所示，所述第一电极16可以具有大体环状的形状。此外，大体环状的第一电极16可以具有大体锥形面的内表面，圆柱面的内表面，抛物面的内表面等各种合适的内表面。图6和7中示出了大体圆柱面的内表面，或大体圆柱状的内部空间161。

根据本发明的一些实施例，如图12和13中所示，所述第二电极19可以具有大体环状的形状。此外，大体环状的第二电极19可以具有大体锥形面的内表面，圆柱面的内表面，抛物面的内表面等各种合适的内表面。第二电极19可以是设有通孔的盘状形状，通孔用于信号线与离子收集件17连接。图12和13中示出了大体圆柱面的内表面。此外，第二电极19可以是任何合适的、本领域公知的、使离子在离子迁移谱仪中进行迁移运动的迁移电极。

根据本发明的一些实施例，如图3中所示，所述的离子迁移谱仪的离子收集装置50还可以包括：设置在所述第二电极19的离子迁移方向80的下游侧的第二绝缘件20，该屏蔽罩21与所述第二电极19通过所述第二绝缘件20间隔开。

所述第二绝缘件20可以具有诸如图14和15中所示的环状形状，片状件，或任何其它合适的形状。该屏蔽罩21与所述第二电极19可以通过间隔合适的空间，或利用形成在该屏蔽罩21和所述第二电极19中的一个上的绝缘层分隔开。此外，该屏蔽罩21与所述第二电极19可以通过本领域任何合适的其它方式分隔开。例如，所述的第二绝缘件的厚度可以小于0.5毫米。

根据本发明的一些实施例，如图3、8、9中所示，所述离子收集件17还包括与该离子收集部分171连接的信号输出部分172；而所述屏蔽罩21适于与同轴电缆23的芯线231外侧的第一导电层232连接，该同轴电缆23的芯线23与该离子收集件17的信号输出部分172连接，用于从信号输出部分172输出信号。

根据本发明的一些实施例，如图3中所示，所述第一电极16和第二电极19可以大体同轴设置。作为选择，所述第一电极16和第二电极19可以采用其它合适的方式进行设置，例如所述第一电极16和第二电极19可以不同轴设置。

根据本发明的一些实施例，如图10、11中所示，所述第一绝缘件18可以具有多个通孔。作为选择，如图10和11中所示，所述第一绝缘件18在中心部分具有中心通孔181，离子收集件17的信号输出部分172通过该中心通孔181伸出，并且所述第一绝缘件18还包括围绕所述中心通孔181的多个通孔182。

根据本发明的一些实施例，如图3中所示，该放大电路部分60包括放大电路63。放大电路63的输入端62通过所述同轴电缆23的芯线231接收从所述信号输出部分172输出的信号，所述屏蔽罩21通过所述同轴电缆23的第一导电层232与放大电路63的模拟地26连接。

在本发明的一些实施例中，如图3中所示，所述第二电极19在所述放大电路63的输出端61侧连接到放大电路63的模拟地26。

在本发明的一些实施例中，如图3中所示，所述的离子迁移谱仪还可以包括：用于屏蔽放大电路的放大电路屏蔽外壳25；以及离子收集区部分90的导电外壳22。所述同轴电缆23包括设置在第一导电层231外侧的第二导电层232，该第二导电层232连接放大电路屏蔽外壳25和离子收集区部分的导电外壳22。

在本发明的一些实施例中，如图3中所示，所述迁移电极电源70具有接地的输出端子73和高压输出端子72，该接地输出端子73通过导线28与第二电极19连接，并在放大电路63的输出端61侧连接到所述放大电路63的模拟地26。如图3中所示，迁移电极电源70还具有迁移电极电源屏蔽外壳27，屏蔽外壳27通过导线24与离子收集区部分90的外壳22连接。导线24与导线28构成同轴电缆，同轴电缆23是三同轴电缆，如图3中所示。

在本发明的一些实施例中，所述的三同轴电缆的绝缘和护套材料均为聚四氟乙烯。

由于采取以上结构，抑制栅网15与第一电极16处于等电位，与作为离子收集件17的法拉第盘之间形成聚焦电场，进入收集区的离子不会散射到屏蔽罩21上，提高了收集率。

此外，在本发明的一些实施例中，第二电极19和屏蔽罩21电性分开，使高压地和模拟信号地在最灵敏的放大电路前分开，在信号放大以后的所在位置的模拟地相连，减小了高压地线噪声对信号放大的影响。

此外，由于抑制栅网15与第一电极16可以构成聚焦结构，可以将作为离子收集件17的法拉第盘面向离子飞行的面积做得较小。

此外，在本发明的一些实施例中，第二绝缘件20为多孔状，设有第二电极19，并且作为离子收集件17的法拉第盘与屏蔽罩21距离较远，由此可以有效减少法拉第盘与屏蔽罩21之间的电容，减少了前端电路的结电容噪声。

此外，在本发明的一些实施例中，第二电极19和屏蔽罩21处于等电位，在不降低屏蔽罩21的屏蔽能力的情况下提高了信噪比。

Claims (21)

1.一种离子迁移谱仪的离子收集装置，包括：

用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网；

设置在抑制栅网的、离子迁移方向的下游侧的第一电极，该第一电极与抑制栅网机械连接并且电连接；以及

用于收集离子的离子收集件，该离子收集件包括离子收集部分，

其中该第一电极在其内部形成空间，所述离子收集件的离子收集部分设置在该第一电极的内部形成的空间内，并且抑制栅网与第一电极处于等电位，与离子收集件之间形成聚焦电场，

所述的离子迁移谱仪的离子收集装置还包括：

设置在所述第一电极的、离子迁移方向的下游侧的第二电极，该第二电极构成用于使离子在离子迁移谱仪中进行迁移运动的迁移电极中的接地电极。

2.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，其中所述抑制栅网具有扁平的形状。

3.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，还包括：

设置在该第一电极的和第二电极之间的第一绝缘件，该离子收集件连接于所述第一绝缘件。

4.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，还包括：

设置在所述第二电极的、离子迁移方向的下游侧的屏蔽罩，该屏蔽罩与所述第二电极间隔开。

5.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，其中所述第一电极具有环状的形状。

6.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，其中所述第二电极具有环状的形状。

7.根据权利要求4所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，还包括：

设置在所述第二电极的离子迁移方向的下游侧的第二绝缘件，该屏蔽罩与所述第二电极通过所述第二绝缘件间隔开。

8.根据权利要求4所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，

其中所述离子收集件还包括与该离子收集部分连接的信号输出部分；并且

其中所述屏蔽罩适于与同轴电缆的芯线外侧的第一导电层连接，该同轴电缆的芯线与该离子收集件的信号输出部分连接，用于从信号输出部分输出信号。

9.根据权利要求6所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，其中所述第一电极具有环状的形状，并且所述第一电极和第二电极同轴设置。

10.根据权利要求3所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，其中所述第一绝缘件具有板状的形状或盘状的形状。

11.根据权利要求10所述的离子迁移谱仪的离子收集装置，其中所述第一绝缘件具有多个通孔。

12.一种离子迁移谱仪，包括：

用于收集离子的离子收集区部分；以及

设置在所述离子收集区部分的离子收集装置，

其中该离子收集装置包括：

用于抑制迁移区离子迁移运动对离子收集影响的抑制栅网；

设置在抑制栅网的、离子迁移方向的下游侧的第一电极，该第一电极与抑制栅网机械连接并且电连接；以及

用于收集离子的离子收集件，该离子收集件包括离子收集部分，

其中该第一电极在其内部形成空间，所述离子收集件的离子收集部分设置在该第一电极的内部形成的空间内，并且抑制栅网与第一电极处于等电位，与离子收集件之间形成聚焦电场，

所述的离子迁移谱仪的离子收集装置还包括：

设置在所述第一电极的、离子迁移方向的下游侧的第二电极，该第二电极构成用于使离子在离子迁移谱仪中进行迁移运动的迁移电极中的接地电极。

13.根据权利要求12所述的离子迁移谱仪，还包括：

其中所述抑制栅网具有扁平的形状。

14.根据权利要求12所述的离子迁移谱仪，还包括：

设置在该第一电极的和第二电极之间的第一绝缘件，该离子收集件连接于所述第一绝缘件。

15.根据权利要求12所述的离子迁移谱仪，还包括：

设置在所述第二电极的、离子迁移方向的下游侧的屏蔽罩，该屏蔽罩与所述第二电极间隔开。

16.根据权利要求12所述的离子迁移谱仪，其中所述第一电极具有环状的形状。

17.根据权利要求15所述的离子迁移谱仪，其中所述离子收集件还包括与该离子收集部分连接的信号输出部分，并且

其中所述屏蔽罩与同轴电缆的芯线外侧的第一导电层连接，该同轴电缆的芯线与该离子收集件的信号输出部分连接，用于从信号输出部分输出信号。

18.根据权利要求17所述的离子迁移谱仪，还包括：

放大电路，该放大电路的输入端通过所述同轴电缆的芯线接收从所述信号输出部分输出的信号，所述屏蔽罩通过所述同轴电缆的第一导电层与放大电路的模拟地连接。

19.根据权利要求18所述的离子迁移谱仪，其中：

所述第二电极在所述放大电路的输出端侧连接到放大电路的模拟地。

20.根据权利要求18所述的离子迁移谱仪，还包括：

用于屏蔽放大电路的放大电路屏蔽外壳；以及

离子收集区部分的导电外壳，

其中所述同轴电缆包括设置在第一导电层外侧的第二导电层，该第二导电层连接放大电路屏蔽外壳和离子收集区部分的导电外壳。

21.根据权利要求18所述的离子迁移谱仪，还包括：

用于为迁移电极提供电源的迁移电极电源，所述迁移电极电源具有接地的输出端子，该接地输出端子与第二电极连接，并在放大电路的输出端侧连接到所述放大电路的模拟地。