CN103558628A - 一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，用于检测原子或分子团簇。系统结构包括激光溅射离子源、飞行时间质谱和负离子光电子速度成像系统。利用激光溅射离子源可以产生质量范围较宽的团簇；利用飞行时间质谱对产生的团簇离子进行快速、实时、原位的检测，并且能有效的考察团簇离子形成和分布的规律；利用负离子光电子速度成像系统能够得到中性物种的电子亲和势和负离子的垂直脱附能等信息。本发明与现有技术相比的优点在于：负离子光电子速度成像系统脱附区质谱分辨率高，能谱分辨率高，可以用于各种原子或分子团簇的检测。
Description
技术领域
本发明属于质谱及能谱分析领域，具体涉及一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪。
背景技术
原子或者分子团簇，通常简称为团簇（cluster）或微团簇（Microcluster），是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的微观或亚微观体系，其空间尺寸一般在几埃到几百埃的范围内。对于这个尺寸，用固体描述显得太小，用原子或分子描述又显得太大，而且其物理和化学性质随所含的原子数目的多少而发生变化。所以说，团簇的许多性质既不同于单个的原子或分子，也不同于宏观意义上的固体或液体。很多情况下，人们把团簇看作为介于原子、分子和宏观物质结构之间的新层次，也看成是原子、分子的微观尺寸向宏观尺寸的过渡阶段。
团簇广泛存在于自然界和人类的社会实践活动中，其中有许多物质运动过程和现象参与到其中，如燃烧、催化、凝固、临界现象、相变、溶胶、晶体生长等，这些构成物理学和化学两大学科一些奇妙的现象。不仅如此，团簇会出现一些新现象，如前面所述的幻数等，还有气相、液相和固相并存和转化，同位素效应以及团簇引起的聚变等，这些都涉及到原子分子物理，表面界面物理，天体物理和生命科学等。研究团簇的意义不仅仅是上面提到的内容，团簇的一些理论研究将促进理论物理和量子化学的发展，而且团簇的微观结构和奇特的物理化学性质为制造和发展特殊性能的新材料开辟了一个新途径。团簇具有极大的比表面积，催化活性较好。在能源研究，团簇可用于制造高效燃料催化剂。在微电子和光电子学研究中，团簇构成超原子具有很好的时间特性，是未来量子计算机理想的功能单元。总之，随着团簇研究的进一步发展以及新现象和新规律的不断出现，团簇必然有更加广阔的应用前景。因此，人们正进入到团簇的制备，结构和性质的研究当中，一方面向小尺寸发展，研究团簇原子和电子结构和特性，弄清团簇的一些基本规律；另一面向大尺寸发展，研究团簇构成各种材料的结构和性质。
随着实验技术的飞速发展，当前研究气相团簇离子有许多实验方法。目前来讲，气相团簇离子的研究主要集中在传统的质谱领域。质谱能给出团簇离子质量数的信息。虽然这些气相团簇离子的质谱研究提供了大量的热力学性质，在确定离子成分和反应活性方面取得重要的成果，但单纯的质谱方式不能直接给出物质的结构信息和光谱数据，而这些数据却是揭示化学物种的存在和性质的重要根据。因此我们需要通过光谱以及能谱手段来研究团簇的组态和电子结构的信息。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪。
本发明提供了一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，该装置包括激光溅射离子源、飞行时间质谱和负离子光电子速度成像系统；激光溅射离子源与飞行时间质谱相连，飞行时间质谱与负离子光电子速度成像系统相连；
首先利用激光溅射离子源生成团簇离子，产生的团簇离子被加速场垂直加速进入飞行时间质谱，通过质谱探测获得产生团簇离子的强度分布；分析质谱后，选择感兴趣的特定团簇负离子，使其与脱附激光相互作用，产生中性分子和光电子；最后利用负离子光电子速度成像系统对出射光电子进行探测，得到中性团簇电子结构的光电子能谱。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的激光溅射离子源包括喷嘴、离子管道、固体样品区、激光器、激光口和脉冲阀。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的喷嘴一端直径1.5mm，另一端直径5.45mm，锥形角为15°
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的激光器采用Nd：YAG型激光器，波长532nm，频率为10Hz。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的激光口直径小于0.1mm。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的脉冲阀采用General Valve，Series9型脉冲阀，触发脉宽为40-150μs。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的飞行时间质谱包括加速器、离子透镜、反射器和离子检测器。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的飞行时间质谱采用双反射式飞行时间质谱，分辨率可达2000。
本发明提供的新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，所述的负离子光电子速度成像系统包括磁屏蔽筒、激光器、加速电场、微通道板、荧光屏和CCD相机；该负离子光电子速度成像系统采用共线式负离子光电子速度成像系统，即光电子成像仪与离子飞行方向在同一直线上。
附图说明
图1是本发明一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪的结构示意图；其中，（1）为激光溅射离子源；（2）为飞行时间质谱；（3）为负离子光电子速度成像系统；
图2是本发明激光溅射离子源的结构示意图；其中，（4）为喷嘴；（5）为离子管道；（6）为固体样品区；（7）为激光器；（8）为激光口；（9）为脉冲阀；
图3是本发明双反射式飞行时间质谱的结构示意图；其中，（10）为加速器；（11）为透镜；（12）为反射器a；（13）为反射器b；（14）为检测器；
图4是本发明负离子光电子速度成像仪的结构示意图；其中，（15）为磁屏蔽筒；（16）为激光器；（17）为加速电场；（18）为微通道板；（19）为荧光屏；（20）为CCD相机。
具体实施方式
下面结合图1和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明是一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，结构主要包括激光溅射离子源（1）、飞行时间质谱（2）和负离子光电子速度成像系统（3）。激光溅射离子源（1）产生团簇离子后进入飞行时间质谱（2）检测，得到团簇离子的强度分布；对于特定团簇负离子，可以通过关闭飞行时间质谱的反射器（13）电压，使其从飞行时间质谱（2）中引出，通过与脱附激光的相互作用，产生中性分子和光电子。最后利用负离子光电子速度成像系统（3）对出射光电子进行探测，得到反映对应中性团簇电子结构的光电子能谱。
如图2所示，本发明一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪的激光溅射离子源（1），结构主要包括喷嘴（4）、离子管道（5）、固体样品区（6）、激光器（7）、激光口（8）、和脉冲阀（9）。激光器（7）发射出波长为532nm，频率10Hz的激光束，激光束通过激光口（8）的微孔照射到固体样品区（6）的样品上，在离子管道内产生大量的团簇离子，通过控制脉冲阀（9）使载气进入到离子管道（5）内，最终使团簇离子经过喷嘴（4）进入飞行时间质谱。
如图3所示，本发明一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪的飞行时间质谱（2），结构主要包括加速器（10）、透镜（11）、反射器a（12）、反射器b（13）和检测器（14）。离子经加速器（10）加速后进入飞行时间质谱的无场区，经过透镜（11）的聚焦到达反射器a（12）和反射器b（13），经反射器b（13）反射后到达检测器（14），得到质谱谱图。
如图4所示，本发明一种新型反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪的负离子光电子速度成像系统（3），结构主要包括磁屏蔽筒（15）、激光器（16）、加速电场（17）、微通道板（18）、荧光屏（19）和CCD相机（20）。当激光溅射离子源（1）产生的离子束到达飞行时间质谱（2）的反射器（13）时，关闭反射器（13）的电压，使离子束穿过飞行时间质谱进入负离子光电子速度成像系统（3），并与激光器（16）产生的脱附激光碰撞，产生电子束。电子束经加速电场（17）后到达微通道板（18），并在荧光屏（19）上显示特征，最终经过CCD相机的拍摄形成图像。
Claims (9)
1.一种新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：该装置包括激光溅射离子源、飞行时间质谱和负离子光电子速度成像系统；
激光溅射离子源与飞行时间质谱相连，飞行时间质谱与负离子光电子速度成像系统相连；
首先利用激光溅射离子源生成团簇离子，产生的团簇离子被加速场垂直加速进入飞行时间质谱，通过质谱探测获得产生团簇离子的强度分布；分析质谱后，选择特定的团簇负离子，使其与脱附激光相互作用，产生中性分子和光电子；最后利用负离子光电子速度成像系统对出射光电子进行探测，得到中性团簇电子结构的光电子能谱。
2.按照权利要求1所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的激光溅射离子源包括喷嘴、离子管道、固体样品区、激光器、激光口和脉冲阀。
3.按照权利要求2所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的喷嘴一端直径1.5mm，另一端直径5.45mm，锥形角为15°
4.按照权利要求2所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的激光器采用Nd：YAG型激光器，波长532nm，频率为10Hz。
5.按照权利要求2所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的激光口直径小于0.1mm。
6.按照权利要求2所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的脉冲阀采用General Valve，Series9型脉冲阀，触发脉宽为40-150μs。
7.按照权利要求1所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的飞行时间质谱包括加速器、离子透镜、反射器和离子检测器。
8.按照权利要求1或7所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的飞行时间质谱采用双反射式飞行时间质谱，分辨率可达2000。
9.按照权利要求1所述新型双反射式飞行时间质谱光电子速度成像仪，其特征在于：所述的负离子光电子速度成像系统包括磁屏蔽筒、激光器、加速电场、微通道板、荧光屏和CCD相机；
该负离子光电子速度成像系统采用共线式负离子光电子速度成像系统，即光电子成像仪与离子飞行方向在同一直线上。
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