CN105719942A - 一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞行时间质谱中高动态范围检测器，具体的说是利用静电场偏转透镜控制离子束方向，使得不同丰度的离子进入到不同的探测器中进行检测。检测器由偏转透镜和多个置于不同位置的离子探测器构成。经过飞行时间质谱时间聚焦后，不同质荷比的离子包到达偏转板的时间不同。调节偏转板电压使得离子进入不同放大倍数的探测器中检测。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。

Description

一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器
技术领域
本发明涉及质谱仪的检测器，具体的说是一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器。本发明适用于在真空条件下，利用静电场偏转透镜控制离子束方向，使得不同丰度的离子进入到不同的探测器中进行检测。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。
背景技术
飞行时间质谱的检测器通常由两片到三片微通道板串联构成，将高能离子流转换放大为电子流，并以一块法拉第盘作为电子接收电极。高速的数据采集卡可以将法拉第盘接收到的电流信号采集记录下来，最终形成质谱图。高速数据采集卡分为两种：模拟数字转换(ADC)采集卡和时间数字转换(TDC)采集卡。ADC:模拟数字转换卡(Analog-to-DigitalConveter)，也称为DSA(DigitalSignalAverage)或者ITR(IntergratingTransientRecorder)。ADC卡内部的一个8位的AD芯片把当前循环内的每个时间点采集下来的电压信号转换为0～255内的数值。当进入下一个循环时，AD芯片把对应时间的采集到的电压数值和上一次循环对应的电压值累加起来。循环结束后形成总的质谱图。值得指出的是，其中每一次循环采集的谱图都可以反映着该次不同质荷比离子流的强度，其动态范围由AD芯片位数决定。越高的位数，垂直分辨率更高，可以检测离子流的动态范围更大。例如12位的ADC，其强度动态范围0～4096(212)。然而，AD芯片的位数和采集速度是一个矛盾体。一般来说，在满足采集速度和带宽条件下来配置ADC卡的位数。
TDC：时间数字转换卡(Time-to-DigitalConvert)相当于一个记录两个事件发生时刻的“秒表”，不同的是它的时间精度很高，且可以连续把触发的时刻都记录到特定内存地址里。将它的这个特点和统计的概念结合，可以作为飞行时间质谱的信号采集卡。TDC采集卡通过设置合适的阈值来区别当前循环下的信号和噪音，超过阈值的在内存地址中(对于飞行时间)记为“1”，反之记为“0”。进入下一循环后，TDC把新记录下来的“1”或“0”累加起来。循环结束后形成总的累计谱图。其中每一次循环中，内存中记录下来的只是离子流的有和无，而无法反应离子流的强弱。这意味着当多个离子同一采集间隔内到达MCP，这时采集卡仍然只能纪录为一个“1”。因此TDC卡的动态范围很窄，当强的离子流时容易产生饱和问题。
可见，无论质谱检测器采用ADC还是TDC，当分析物浓度范围相差较大时，质谱的检测器会出现信号饱和的现象，从而导致较大的测量误差。因此可以通过设计一种新型的检测器来满足高动态范围测量的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器。本发明适用于在真空条件下，利用静电场偏转透镜控制离子束方向，使得不同丰度的离子进入到不同的探测器中进行检测。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器，其特征在于：包括一对平板状平行设置的前屏蔽电极、一对平板状平行设置的偏转电极、一对平板状平行设置的后屏蔽电极，前屏蔽电极、偏转电极和后屏蔽电极从左至右依次顺序设置，于远离偏转电极的后屏蔽电极右侧设有三个以上的离子探测器；入射离子束依次从前屏蔽电极、偏转电极和后屏蔽电极的二平板状极板之间通过，撞击到离子探测器后产生电流信号。
三个以上的离子探测器的接收面法线处于同一平面A上，平面A与偏转电极的极板垂直。
一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极和平板状上偏转电极，下偏转电极和上偏转电极之间由绝缘陶瓷隔开；前屏蔽电极和后屏蔽电极都是对称间隔分布的两块平板状电极构成，且前屏蔽电极和后屏蔽电极分别位于偏转电极的两侧，沿从左到右对称间隔分布；前屏蔽电极、偏转电极、后屏蔽电极的上部极板与下部极板相互平行；前屏蔽电极、偏转电极、后屏蔽电极的上部极板相互平行或处于同一平面上；前屏蔽电极、偏转电极、后屏蔽电极的下部极板相互平行或处于同一平面上。
一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极和平板状上偏转电极，下偏转电极和上偏转电极分别施加电压Va和Vb的电位；(Va-Vb)为透镜两个偏转电极电位差，用于控制离子偏转；当(Va-Vb)＝0时，离子束不偏转；当(Va-Vb)＞0时，离子束往上偏电极一侧偏转；当(Va-Vb)＜0时，离子束往下偏电极一侧偏转。
平行于偏转电极极板的离子从左向右的方向为z轴，离子探测器包括第一离子探测器、第二离子探测器、第三离子探测器，它们都是由微通道板(MCP)构成的相同结构的探测器；离子探测器施加放大电压V1，位于z轴线上，接收面垂直z轴且位置恰好位于离子包的焦面上；离子探测器施加放大电压V2，位于z轴线上方，且角度和位置使得接收面恰好位于偏转后离子包的焦面上；离子探测器施工作放大电压V3，位于z轴线下方，且角度和位置使得接收面恰好位于偏转后离子包的焦面上；
其中电压大小符合V1＞V2＞V3，使得探测器的放大倍数依次降低，如100:10:1。
离子束从质量分析器的焦平面沿焦平面的法线方向入射进入前屏蔽电极，焦平面的位置由飞行时间质量分析器将离子一次聚焦的位置确定。前屏蔽电极和后屏蔽电极接地电位，用于屏蔽电场；该检测器工作于真空下(小于等于10-3Pa)。
附图说明
图1为本发明用于飞行时间质谱的高动态范围检测器的结构示意图。
图2是采用SIMION软件模拟检测器中偏转透镜在不同工作条件下的离子束入射到不同的探测器上。离子束能量为2500eV，当偏转电压Va＝150V，Vb＝-150V时，离子束偏向上方探测器，如图离子束轨迹为红色；当偏转电压Va＝-150V，Vb＝150V时，离子束偏向下方探测器，如图离子束轨迹为绿色；当偏转电压Va＝Vb＝0V时，离子束不发生偏转，如图离子束轨迹为黑色。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明的用于飞行时间质谱的高动态范围检测器，其特征在于：
包括一对平板状平行设置的前屏蔽电极1、一对平板状平行设置的偏转电极、一对平板状平行设置的后屏蔽电极4，前屏蔽电极1、偏转电极和后屏蔽电极4从左至右依次顺序设置，于远离偏转电极的后屏蔽电极4右侧设有三个以上的离子探测器；入射离子束依次从前屏蔽电极1、偏转电极和后屏蔽电极4的二平板状极板之间通过，撞击到离子探测器5后产生电流信号。
三个以上的离子探测器5的接收面法线处于同一平面A上，平面A与偏转电极的极板垂直。一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极2和平板状上偏转电极3，下偏转电极2和上偏转电极3之间由绝缘陶瓷隔开；前屏蔽电极1和后屏蔽电极4都是对称间隔分布的两块平板状电极构成，且前屏蔽电极1和后屏蔽电极4分别位于偏转电极的两侧，沿从左到右对称间隔分布；前屏蔽电极1、偏转电极、后屏蔽电极4的上部极板与下部极板相互平行；前屏蔽电极1、偏转电极、后屏蔽电极4的上部极板相互平行或处于同一平面上；前屏蔽电极1、偏转电极、后屏蔽电极4的下部极板相互平行或处于同一平面上。
一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极2和平板状上偏转电极3，下偏转电极2和上偏转电极3分别施加电压Va和Vb的电位；(Va-Vb)为透镜两个偏转电极电位差，用于控制离子偏转；当(Va-Vb)＝0时，离子束不偏转；当(Va-Vb)＞0时，离子束往上偏电极3一侧偏转；当(Va-Vb)＜0时，离子束往下偏电极2一侧偏转。
平行于偏转电极极板的离子从左向右的方向为z轴，离子探测器包括第一离子探测器5、第二离子探测器6、第三离子探测器7，它们都是由微通道板(MCP)构成的相同结构的探测器；离子探测器5施加放大电压V1，位于z轴线上，接收面垂直z轴且位置恰好位于离子包的焦面上；离子探测器7施加放大电压V2，位于z轴线上方，且角度和位置使得接收面恰好位于偏转后离子包的焦面上；离子探测器6施工作放大电压V3，位于z轴线下方，且角度和位置使得接收面恰好位于偏转后离子包的焦面上；
其中电压大小符合V1＞V2＞V3，使得探测器的放大倍数依次降低，如100:10:1。离子束9从质量分析器的焦平面8沿焦平面8的法线方向入射进入前屏蔽电极1，焦平面8的位置由飞行时间质量分析器将离子一次聚焦的位置确定。前屏蔽电极1和后屏蔽电极4接地电位，用于屏蔽电场；该检测器工作于真空下(小于等于10-3Pa)。
离子束能量为2500eV，当偏转电压Va＝150V，Vb＝-150V时，离子束偏向上方探测器，如图2离子束轨迹为红色；当偏转电压Va＝-150V，Vb＝150V时，离子束偏向下方探测器，如图2离子束轨迹为绿色；当偏转电压Va＝Vb＝0V时，离子束不发生偏转，如图2离子束轨迹为黑色。探测器的放大倍数由施加的电压控制。

Claims (8)

1.一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器，其特征在于：包括一对平板状平行设置的前屏蔽电极(1)、一对平板状平行设置的偏转电极、一对平板状平行设置的后屏蔽电极(4)，前屏蔽电极(1)、偏转电极和后屏蔽电极(4)从左至右依次顺序设置，于远离偏转电极的后屏蔽电极(4)右侧设有三个以上的离子探测器；入射离子束依次从前屏蔽电极(1)、偏转电极和后屏蔽电极(4)的二平板状极板之间通过，撞击到离子探测器(5)后产生电流信号。
2.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：三个以上的离子探测器(5)的接收面法线处于同一平面A上，平面A与偏转电极的极板垂直。
3.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极(2)和平板状上偏转电极(3)，下偏转电极(2)和上偏转电极(3)之间由绝缘陶瓷隔开；前屏蔽电极(1)和后屏蔽电极(4)都是对称间隔分布的两块平板状电极构成，且前屏蔽电极(1)和后屏蔽电极(4)分别位于偏转电极的两侧，沿从左到右对称间隔分布；前屏蔽电极(1)、偏转电极、后屏蔽电极(4)的上部极板与下部极板相互平行；前屏蔽电极(1)、偏转电极、后屏蔽电极(4)的上部极板相互平行或处于同一平面上；前屏蔽电极(1)、偏转电极、后屏蔽电极(4)的下部极板相互平行或处于同一平面上。
4.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极(2)和平板状上偏转电极(3)，下偏转电极(2)和上偏转电极(3)分别施加电压Va和Vb的电位；(Va-Vb)为透镜两个偏转电极电位差，用于控制离子偏转；当(Va-Vb)＝0时，离子束不偏转；当(Va-Vb)＞0时，离子束往上偏电极(3)一侧偏转；当(Va-Vb)＜0时，离子束往下偏电极(2)一侧偏转。
5.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：平行于偏转电极极板的离子从左向右的方向为z轴，离子探测器包括第一离子探测器(5)、第二离子探测器(6)、第三离子探测器(7)，它们都是由微通道板(MCP)构成的相同结构的探测器；离子探测器(5)施加放大电压V1，位于z轴线上，接收面垂直z轴且位置恰好位于离子包的焦面上；离子探测器(7)施加放大电压V2，位于z轴线上方，且角度和位置使得接收面恰好位于偏转后离子包的焦面上；离子探测器(6)施工作放大电压V3，位于z轴线下方，且角度和位置使得接收面恰好位于偏转后离子包的焦面上；
其中电压大小符合V1＞V2＞V3，使得探测器的放大倍数依次降低，如100:10:1。
6.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：离子束(9)从质量分析器的焦平面(8)沿焦平面(8)的法线方向入射进入前屏蔽电极(1)，焦平面(8)的位置由飞行时间质量分析器将离子一次聚焦的位置确定。
7.根据权利要求1所述静电透镜，其特征在于：前屏蔽电极(1)和后屏蔽电极(4)接地电位，用于屏蔽电场。
8.根据权利要求1所述静电透镜，其特征在于：该检测器工作于真空下(小于等于10-3Pa)。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444947A (zh) * 2019-01-08 2019-03-08 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种x射线辐射流诊断系统
CN109742007A (zh) * 2019-01-18 2019-05-10 西藏大学 一种紧凑型带电粒子检测器
CN110471116A (zh) * 2019-08-21 2019-11-19 电子科技大学 一种基于信号差分检测的被动式静电探测系统及其方法
CN112799120A (zh) * 2019-11-13 2021-05-14 中国科学院国家空间科学中心 一种离子和电子同步测量的双通道静电分析器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000082439A (ja) * 1998-09-03 2000-03-21 Jeol Ltd 飛行時間型質量分析計
CN102945786A (zh) * 2012-11-09 2013-02-27 清华大学 具有减噪功能的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪
CN102956428A (zh) * 2011-08-17 2013-03-06 日新离子机器株式会社 离子注入设备
CN103954699A (zh) * 2014-04-01 2014-07-30 聚光科技(杭州)股份有限公司 一种色谱质谱联用仪检测装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000082439A (ja) * 1998-09-03 2000-03-21 Jeol Ltd 飛行時間型質量分析計
CN102956428A (zh) * 2011-08-17 2013-03-06 日新离子机器株式会社 离子注入设备
CN102945786A (zh) * 2012-11-09 2013-02-27 清华大学 具有减噪功能的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪
CN103954699A (zh) * 2014-04-01 2014-07-30 聚光科技(杭州)股份有限公司 一种色谱质谱联用仪检测装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444947A (zh) * 2019-01-08 2019-03-08 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种x射线辐射流诊断系统
CN109444947B (zh) * 2019-01-08 2023-08-18 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种x射线辐射流诊断系统
CN109742007A (zh) * 2019-01-18 2019-05-10 西藏大学 一种紧凑型带电粒子检测器
CN110471116A (zh) * 2019-08-21 2019-11-19 电子科技大学 一种基于信号差分检测的被动式静电探测系统及其方法
CN110471116B (zh) * 2019-08-21 2020-07-28 电子科技大学 一种基于信号差分检测的被动式静电探测系统及其方法
CN112799120A (zh) * 2019-11-13 2021-05-14 中国科学院国家空间科学中心 一种离子和电子同步测量的双通道静电分析器
CN112799120B (zh) * 2019-11-13 2024-03-22 中国科学院国家空间科学中心 一种离子和电子同步测量的双通道静电分析器

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