CN107359104B - 一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置（100），包括：第一静电分析器，通过第一法兰（3）与所述双离子源中的第一离子源（300）相联接，并且所述第一静电分析器的第一物点（1）与所述第一离子源（300）的像点相互重合；第二静电分析器，通过第二法兰（9）与所述双离子源中的第二离子源（400）相联接，并且所述第二静电分析器的第二物点（11）与所述第二离子源（400）的像点相互重合；其中所述第一静电分析器和所述第二静电分析器共同通过第三法兰（13）与所述磁质谱分析器（200）相联接，并且所述第一静电分析器和所述第二静电分析器的共同成像点（14）与所述磁质谱分析器（200）的物点相互重合。

Description

一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置
技术领域
本发明涉及质谱分析领域，特别涉及一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置。
背景技术
磁式质谱仪按离子源分类，可分为热电离质谱仪、稳定同位素质谱仪、电感耦合等离子质谱仪、惰性气体质谱仪等。传统磁质谱仪中每套磁质谱分析器1000和离子接收系统2000都配有单一离子源3000(如图1所示，其中磁质谱分析器1000的功能例如可以为将由离子源发射过来的离子按照质荷比进行分离；而离子接收系统2000的功能例如可以为将磁质谱分析器分离的离子接收(利用法拉第杯、电子倍增器等)并转换为电信号)，而这样一套离子分离(磁质谱分析器和离子接收系统)造价非常昂贵。而且，单一离子源的质谱系统只能完成单一物质(例如固体或气体等)的电离功能，无形中造成一定的资源浪费。
发明内容
本发明提供了一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置，以解决现有技术中存在的以上问题以及其它潜在问题。
根据本公开的一个方面，提供了一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置(100)，其特征在于，所述联接转换装置(100)被联接在所述磁质谱分析器(200)和所述双离子源(300，400)之间，并且所述联接转换装置(100)包括：第一静电分析器，通过第一法兰(3)与所述双离子源中的第一离子源(300)相联接，并且所述第一静电分析器的第一物点(1)与所述第一离子源(300)的像点相互重合；第二静电分析器，通过第二法兰(9)与所述双离子源中的第二离子源(400)相联接，并且所述第二静电分析器的第二物点(11)与所述第二离子源(400)的像点相互重合；其中所述第一静电分析器和所述第二静电分析器共同通过第三法兰(13)与所述磁质谱分析器(200)相联接，并且所述第一静电分析器和所述第二静电分析器的共同成像点(14)与所述磁质谱分析器(200)的物点相互重合；其中来自所述第一离子源(300)的第一离子经所述第一静电分析器偏转并能量聚焦后由所述磁质谱分析器(200)和与所述磁质谱分析器(200)相联接的接收系统(500)进行质谱分析；并且来自所述第二离子源(400)的第二离子经所述第二静电分析器偏转并能量聚焦后由相同的所述磁质谱分析器(200)和所述接收系统(500)进行质谱分析。
根据本公开的实施例，其中：所述第一静电分析器包括第一静电分析器真空腔体(5)、以及位于所述第一静电分析器真空腔体(5)内的曲率相同而半径不同的第一带电外偏转板(4)和第一带电内偏转板(6)；所述第二静电分析器包括第二静电分析器真空腔体(7)、以及位于所述第二静电分析器真空腔体(7)内的曲率相同而半径不同的第二带电外偏转板(8)和第二带电内偏转板(12)。
根据本公开的实施例，其中：所述第一静电分析器真空腔体(5)和所述第二静电分析器真空腔体(7)都呈弯曲的管状，并且在靠近所述第三法兰(13)的位置相互贯通而且朝向第一方向(X)；所述第一静电分析器真空腔体(5)在靠近所述第一法兰(3)的位置处朝向第二方向(Y)，并且所述第二静电分析器真空腔体(7)在靠近所述第二法兰(9)的位置处朝向第三方向(Z)；其中所述第一方向(X)垂直于所述第二方向(Y)和所述第三方向(Z)。
根据本公开的实施例，其中：所述第一静电分析器真空腔体(5)和所述第二静电分析器真空腔体(7)相互对称；并且所述第一方向(X)为竖直方向，所述第二方向(Y)和所述第三方向(Z)方向相反并且都处于水平方向上。
根据本公开的实施例，其中：所述第一带电外偏转板(4)的半径大于所述第一带电内偏转板(6)的半径；所述第二带电外偏转板(8)的半径大于所述第二带电内偏转板(12)的半径。
根据本公开的实施例，其中：当所述第一带电外偏转板(4)和所述第二带电外偏转板(8)上施加正电压时，所述第一带电内偏转板(6)和所述第二带电内偏转板(12)上施加负电压，以偏转正离子；当所述第一带电外偏转板(4)和所述第二带电外偏转板(8)上施加负电压时，所述第一带电内偏转板(6)和所述第二带电内偏转板(12)上施加正电压，以偏转负离子。
根据本公开的实施例，其中：所述第一法兰(3)与所述第一离子源(300)之间还设有第一闸板阀(2)，以用于在所述第二离子源(400)工作时将所述第一离子源(300)与所述第一静电分析器相互真空隔离；所述第二法兰(9)与所述第二离子源(400)之间还设有第二闸板阀(10)，以用于在所述第一离子源(300)工作时将所述第二离子源(400)与所述第二静电分析器相互真空隔离。
根据本公开的实施例，其中：所述第一闸板阀(2)在所述第二离子源(400)工作时关闭，并在所述第一离子源(300)工作时打开；所述第二闸板阀(10)在所述第一离子源(300)工作时关闭，并在所述第二离子源(400)工作时打开。
根据本公开的实施例，所述第一静电分析器和所述第二静电分析器共同通过第三法兰(13)与所述磁质谱分析器(200)的飞行管道法兰相联接。
根据本公开的另一方面，还提供了一种磁质谱仪，包括以上所述的磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置(100)。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的磁质谱仪的结构示意图；
图2为根据本公开实施例的磁质谱仪的结构示意图；
图3为图2中的磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置的结构示意图；以及
图4为图2中的磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2-图4所示，本发明实施例提供了一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置100，其特征在于，联接转换装置100被联接在磁质谱分析器200和双离子源300，400之间，并且联接转换装置100包括：第一静电分析器，通过第一法兰3与双离子源中的第一离子源300相联接，并且第一静电分析器的第一物点1与第一离子源300的像点相互重合；第二静电分析器，通过第二法兰9与双离子源中的第二离子源400相联接，并且第二静电分析器的第二物点11与第二离子源400的像点相互重合；其中第一静电分析器和第二静电分析器共同通过第三法兰13与磁质谱分析器200相联接，并且第一静电分析器和第二静电分析器的共同成像点14与磁质谱分析器200的物点相互重合；其中来自第一离子源300的第一离子经第一静电分析器偏转并能量聚焦后由磁质谱分析器200和与磁质谱分析器(200)相联接的接收系统(500)进行质谱分析；并且来自第二离子源400的第二离子经第二静电分析器偏转并能量聚焦后由相同的磁质谱分析器200和与磁质谱分析器(200)相联接的接收系统(500)进行质谱分析。
例如，本公开可以通过两个静电分析器(ESA，比如第一静电分析器和第二静电分析器)，将磁质谱分析器200分别与两个不同的离子源(例如第一离子源300和第二离子源400)联接起来。这里，静电分析器(ESA)本身有将离子偏转并能量聚焦的作用。本公开可以利用静电分析器(ESA)偏转离子的这一特性，将来源于不同离子源(例如，单位时间内只能一个离子源工作)的离子偏转至同一磁质谱分析器200进行质谱分析。
本公开的联接转换装置100在设计时可以将离子源的像点与ESA的物点(图3中1、11)相重合，两个ESA的像点(图3中14)可以与磁质谱分析器200的物点相重合，这样可以使得来自两个离子源的离子都能够在经过磁质谱分析器200之后在质谱仪的离子接收系统(例如离子接收系统500)上生成电信号。与传统的质谱系统相比，本公开可在一套离子分离(例如磁质谱分析器200)和离子接收系统(例如离子接收系统500)上联接两个离子源(例如第一离子源300和第二离子源400)，做到一机双用途，并可节省大量购置资金。
根据本公开的实施例，其中：第一静电分析器包括第一静电分析器真空腔体5、以及位于第一静电分析器真空腔体5内的曲率相同而半径不同的第一带电外偏转板4和第一带电内偏转板6(可以合称为第一带电偏转板(4，6))；第二静电分析器包括第二静电分析器真空腔体7、以及位于第二静电分析器真空腔体7内的曲率相同而半径不同的第二带电外偏转板8和第二带电内偏转板12(可以合称为第二带电偏转板(8，12))。
例如，图3中第一带电偏转板(4，6)、第二带电偏转板(8，12)分别为曲率相同而半径不同的带电偏转板，组成两个静电分析器(ESA)。例如，图3中第一静电分析器的第一物点1是第一带电偏转板(4，6)组成的ESA的物点，也是相对应离子源的像点，这两点重合可以实现在共同成像点14位置成像。第二静电分析器的第二物点11是第二带电偏转板(8，12)组成的ESA的物点，也是相对应离子源的像点，这两点重合可以实现在共同成像点14位置成像。共同成像点14是两个ESA的共同成像点，该共同成像点与磁质谱分析器200的物点相重合，可以实现在质谱仪的离子接收器(例如离子接收系统500)上成像(本文中的“成像”从质谱分析的角度来看，指的是离子撞击到接收器(例如法拉第杯、电子倍增器等)上转变为电信号)。
根据本公开的实施例，其中：第一静电分析器真空腔体5和第二静电分析器真空腔体7都呈弯曲的管状，并且在靠近第三法兰13的位置相互贯通而且朝向第一方向X；第一静电分析器真空腔体5在靠近第一法兰3的位置处朝向第二方向Y，并且第二静电分析器真空腔体7在靠近第二法兰9的位置处朝向第三方向Z；其中第一方向X垂直于第二方向Y和第三方向Z。
如图3所示，第一静电分析器真空腔体5是静电分析器ESA的真空腔体；第二静电分析器真空腔体7是另一端静电分析器ESA的真空腔体；第一法兰3是联接ESA真空腔体与离子源腔体的法兰；而第二法兰9是另一端联接ESA真空腔体与离子源腔体的法兰。
根据本公开的实施例，其中：第一静电分析器真空腔体5和第二静电分析器真空腔体7相互对称；并且第一方向X为竖直方向，第二方向Y和第三方向Z方向相反并且都处于水平方向上。
如图3所示，第一方向X可以为竖直方向(例如如图2所示的竖直方向上朝上，从而使得联接转换装置100与磁质谱分析器200相互联接)，第二方向Y在水平方向上朝左(例如如图2所示的在水平方向上朝左，从而使得联接转换装置100与第一离子源300相互联接)，而第三方向Z在水平方向上朝右(例如如图2所示的在水平方向上朝右，从而使得联接转换装置100与第二离子源400相互联接)，其中第一方向X、第二方向Y和第三方向Z可以设置为都处于同一个平面内。
根据本公开的实施例，其中：第一带电外偏转板4的半径大于第一带电内偏转板6的半径；并且第二带电外偏转板8的半径大于第二带电内偏转板12的半径。
例如，图3中第一带电偏转板(4，6)、第二带电偏转板(8，12)分别为曲率相同而半径不同的带电偏转板，组成两个静电分析器(ESA)，第一带电外偏转板4、第二带电外偏转板8为外偏转板，第一带电内偏转板6、第二带电内偏转板12为内偏转板。
根据本公开的实施例，其中：当第一带电外偏转板4和第二带电外偏转板8上施加正电压时，第一带电内偏转板6和第二带电内偏转板12上施加负电压，以偏转正离子；当第一带电外偏转板4和第二带电外偏转板8上施加负电压时，第一带电内偏转板6和第二带电内偏转板12上施加正电压，以偏转负离子。
例如，图3中第一带电外偏转板4、第二带电外偏转板8若施加正电压，则第一带电内偏转板6、第二带电内偏转板12施加负电压，ESA偏转正离子。第一带电外偏转板4、第二带电外偏转板8若施加负电压，则第一带电内偏转板6、第二带电内偏转板12施加正电压，ESA偏转负离子。
根据本公开的实施例，其中：第一法兰3与第一离子源300之间还设有第一闸板阀2，以用于在第二离子源400工作时将第一离子源300与第一静电分析器相互真空隔离；第二法兰9与第二离子源400之间还设有第二闸板阀10，以用于在第一离子源300工作时将第二离子源400与第二静电分析器相互真空隔离。
根据本公开的实施例，其中：第一闸板阀2在第二离子源400工作时关闭，并在第一离子源300工作时打开；第二闸板阀10在第一离子源300工作时关闭，并在第二离子源400工作时打开。
例如，如图3所示，第一闸板阀2是闸板阀，其作用是用到另一端离子源时此闸板阀关闭，起到真空密闭的作用；第二闸板阀10是另一端闸板阀，其作用是用到另一端离子源时此闸板阀关闭，起到真空密闭的作用。
根据本公开的实施例，第一静电分析器和第二静电分析器共同通过第三法兰13与磁质谱分析器200的飞行管道法兰相联接(例如，飞行管道是一种与磁质谱分析器偏转半径相同的真空管道，飞行管道放置在磁质谱分析器形成的均匀磁场内，而离子可以在真空状态下有效地偏转分离)。
根据本公开的另一方面，还提供了一种磁质谱仪，包括以上所述的磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置100。
这里，由于本公开是一种可用于磁质谱分析器与双离子源之间的联接装置，因此，若质谱系统(例如磁质谱仪)安装这样的联接装置，则可一套磁质谱分析器和离子接收系统中通过该联接装置而转换联接不同类型的离子源，从而做到一机双用途(如图2所示)，并可节省大量购置资金。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明还可以通过其他结构来实现，本发明的特征并不局限于上述较佳的实施例。任何熟悉该项技术的人员在本发明的技术领域内，可轻易想到的变化或修饰，都应涵盖在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置(100)，其特征在于，所述联接转换装置(100)被联接在所述磁质谱分析器(200)和所述双离子源(300，400)之间，并且所述联接转换装置(100)包括：
第一静电分析器，通过第一法兰(3)与所述双离子源中的第一离子源(300)相联接，并且所述第一静电分析器的第一物点(1)与所述第一离子源(300)的像点相互重合；
第二静电分析器，通过第二法兰(9)与所述双离子源中的第二离子源(400)相联接，并且所述第二静电分析器的第二物点(11)与所述第二离子源(400)的像点相互重合；
其中所述第一静电分析器和所述第二静电分析器共同通过第三法兰(13)与所述磁质谱分析器(200)相联接，并且所述第一静电分析器和所述第二静电分析器的共同成像点(14)与所述磁质谱分析器(200)的物点相互重合；
其中来自所述第一离子源(300)的第一离子经所述第一静电分析器偏转并能量聚焦后由所述磁质谱分析器(200)和与所述磁质谱分析器(200)相联接的接收系统(500)进行质谱分析；并且来自所述第二离子源(400)的第二离子经所述第二静电分析器偏转并能量聚焦后由相同的所述磁质谱分析器(200)和所述接收系统(500)进行质谱分析。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一静电分析器包括第一静电分析器真空腔体(5)、以及位于所述第一静电分析器真空腔体(5)内的曲率相同而半径不同的第一带电外偏转板(4)和第一带电内偏转板(6)；
所述第二静电分析器包括第二静电分析器真空腔体(7)、以及位于所述第二静电分析器真空腔体(7)内的曲率相同而半径不同的第二带电外偏转板(8)和第二带电内偏转板(12)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一静电分析器真空腔体(5)和所述第二静电分析器真空腔体(7)都呈弯曲的管状，并且在靠近所述第三法兰(13)的位置相互贯通而且朝向第一方向(X)；
所述第一静电分析器真空腔体(5)在靠近所述第一法兰(3)的位置处朝向第二方向(Y)，并且所述第二静电分析器真空腔体(7)在靠近所述第二法兰(9)的位置处朝向第三方向(Z)；
其中所述第一方向(X)垂直于所述第二方向(Y)和所述第三方向(Z)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一静电分析器真空腔体(5)和所述第二静电分析器真空腔体(7)相互对称；并且
所述第一方向(X)为竖直方向，所述第二方向(Y)和所述第三方向(Z)方向相反并且都处于水平方向上。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一带电外偏转板(4)的半径大于所述第一带电内偏转板(6)的半径；
所述第二带电外偏转板(8)的半径大于所述第二带电内偏转板(12)的半径。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，其中：
当所述第一带电外偏转板(4)和所述第二带电外偏转板(8)上施加正电压时，所述第一带电内偏转板(6)和所述第二带电内偏转板(12)上施加负电压，以偏转正离子；
当所述第一带电外偏转板(4)和所述第二带电外偏转板(8)上施加负电压时，所述第一带电内偏转板(6)和所述第二带电内偏转板(12)上施加正电压，以偏转负离子。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一法兰(3)与所述第一离子源(300)之间还设有第一闸板阀(2)，以用于在所述第二离子源(400)工作时将所述第一离子源(300)与所述第一静电分析器相互真空隔离；
所述第二法兰(9)与所述第二离子源(400)之间还设有第二闸板阀(10)，以用于在所述第一离子源(300)工作时将所述第二离子源(400)与所述第二静电分析器相互真空隔离。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一闸板阀(2)在所述第二离子源(400)工作时关闭，并在所述第一离子源(300)工作时打开；
所述第二闸板阀(10)在所述第一离子源(300)工作时关闭，并在所述第二离子源(400)工作时打开。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述第一静电分析器和所述第二静电分析器共同通过第三法兰(13)与所述磁质谱分析器(200)的飞行管道法兰相联接。
10.一种磁质谱仪，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的磁质谱分析器与双离子源的联接转换装置(100)。
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