CN107910237B - 大气压辉光放电离子源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大气压辉光放电离子源，包括第一螺旋电极和第二螺旋电极。所述第一螺旋电极为带状，且由起始端向外螺旋延伸。所述第二螺旋电极为带状，且由起始端向外螺旋延伸。所述第二螺旋电极与所述第一螺旋电极共面且平行间隔设置。在螺旋状的放电电极之间设置细长连贯的放电沟道，减小了两放电电极之间的间隙。在不增大整体面积的情况下尽量的增大了样品电离的面积，从而使通过的样品流量增加，提高了电离效率。

Description

大气压辉光放电离子源

技术领域

本发明涉及电离技术，特别是涉及一种大气压辉光放电离子源。

背景技术

离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。在样品气体流经放电区时，可以被电场电离成离子。但是，传统的离子源电离面积小，电离效率较低，使用的电压也较大。

发明内容

基于此，有必要针对传统电离源电离面积小、电离效率低的问题，提供一种大气压辉光放电离子源。

一种大气压辉光放电离子源，包括：

第一螺旋电极，所述第一螺旋电极为带状，且由起始端向外螺旋延伸；

第二螺旋电极，所述第二螺旋电极为带状，且由起始端向外螺旋延伸，所述第二螺旋电极与所述第一螺旋电极共面且平行间隔设置。

在其中一个实施例中，所述第一螺旋电极与所述第二螺旋电极互补，并共同构成圆形结构。

在其中一个实施例中，所述第一螺旋电极的起始端与所述第二螺旋电极的起始端为互补的太极头。

在其中一个实施例中，第一螺旋电极包括第一螺旋条状基体，和覆盖所述第一螺旋条状基体的第一导电层；

所述第二螺旋电极包括第二螺旋条状基体，和覆盖所述第二螺旋条状基体的第二导电层；

所述第二螺旋条状基体与所述第一螺旋条状基体平行间隔设置。

在其中一个实施例中，所述第一导电层设置于所述第一螺旋条状基体与所述第二螺旋条状基体相对的侧壁；

所述第二导电层设置于所述第二螺旋条状基体与所述第一螺旋条状基体相对的侧壁。

在其中一个实施例中，所述大气压辉光放电离子源还包括：

第一支撑架，所述第一支撑架与所述第一螺旋电极的螺旋外围端固定连接；

第二支撑架，所述第二支撑架与所述第二螺旋电极的螺旋外围端固定连接。

在其中一个实施例中，所述第一螺旋电极与所述第二螺旋电极之间形成有螺旋放电沟道，所述螺旋放电沟道的延伸方向与所述第一螺旋电极和所述第二螺旋电极的延伸方向相同。

在其中一个实施例中，所述螺旋放电沟道的宽度为10微米-100微米。

在其中一个实施例中，所述螺旋放电沟道的纵宽比大于10:1。

在其中一个实施例中，所述第一螺旋电极和所述第二螺旋电极相对的表面设置有多个第一凸点；

所述第二螺旋电极和所述第一螺旋电极的表面设置有多个第二凸点。

在其中一个实施例中，所述大气压辉光放电离子源进一步包括电源，所述电源分别与所述第二螺旋电极和所述第一螺旋电极电连接。

上述大气压辉光放电离子源，采用共面且平行间隔设置的螺旋状的第一螺旋电极和第二螺旋电极，第一螺旋电极和第二螺旋电极之间的间隔用以通过样品并电离该样品。在螺旋状的放电电极之间设置细长连贯的通道，在不增大整体面积的情况下尽量的增大了样品电离的面积，从而使通过的样品流量增加，提高了电离效率。由于正负放电电极间的距离与外加电压大小正相关，所以上述大气压辉光放电离子源的结构减小了离子源所需的电压，减小了消耗，也避免了过大电压会对离子源周围设备产生影响。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的大气压辉光放电离子源结构的俯视示意图；

图2为本发明一实施例提供的图1圈A部分的局部放大示意图；

图3为本发明一实施例提供的大气压辉光放电离子源结构(有支撑架)的俯视示意图；

图4为本发明一实施例提供的图3圈B部分(有凸点)的局部放大示意图。

标号说明：

10 大气压辉光放电离子源

100 第一螺旋电极

110 第一螺旋条状基体

120 第一导电层

130 第一支撑架

140 第一凸点

200 第二螺旋电极

210 第二螺旋条状基体

220 第二导电层

230 第二支撑架

240 第二凸点

300 放电沟道

400 电源

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，本发明提供一种大气压辉光放电离子源10，包括第一螺旋电极100和第二螺旋电极200。所述第一螺旋电极100为带状，且由起始端向外螺旋延伸。所述第二螺旋电极200为带状，且由起始端向外螺旋延伸。所述第二螺旋电极200与所述第一螺旋电极100共面且平行间隔设置。

在一个实施例中，所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200所使用的材料为导电材料。所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200是由一整片导电材料通过微加工工艺制作而成，因此带状的所述第一螺旋电极100的端面与带状的所述第二螺旋电极200的端面处于同一平面，即所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200共面。在另一个实施例中，所述第一螺旋电极100的侧壁与所述第二螺旋电极200的侧壁一部分相对，另一部分悬空。在一个实施例中，所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200是由一块有掺杂的硅圆片在微机电系统技术(MEMS)工艺下进行纵向深刻蚀制成。

在一个实施例中，带状的所述第一螺旋电极100与带状的所述第二螺旋电极200可以是平滑状。在另一个实施例中，带状的所述第一螺旋电极100与带状的所述第二螺旋电极200也可以是波浪状，并且所述第一螺旋电极100的波峰与所述第二螺旋电极200的波峰对应，所述第一螺旋电极100的波谷与所述第二螺旋电极200的波谷对应。波浪状的电极之间的通道长度可以更长。所述大气压辉光放电离子源10可以将带状的所述第一螺旋电极100和带状的所述第二螺旋电极200的宽度缩小，增加螺旋通道的圈数从而能获得更长的螺旋电离通道，进一步扩大电离面积。所述第一螺旋电极100的起始端与所述第二螺旋电极200的起始端为开放端，并且间隔设置。所述第二螺旋电极200与所述第一螺旋电极100共面是指所述第二螺旋电极200的起始端与螺旋外围端所在的平面和所述第一螺旋电极100的起始端与螺旋外围端所在的平面处于同一平面。所述第二螺旋电极200与所述第一螺旋电极100在共面的情况下平行间隔设置，所述第二螺旋电极200与所述第一螺旋电极100的间隔用于通过样品气体。

在本实施例中，所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200从间隔的起始端向外螺旋延伸，并且共面平行间隔设置。所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200之间的间隔用以通过样品并对样品进行电离。所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200之间的间隔细长且连贯，在同等面积的材料中使电极间用以通过样品的通道更长，从而增大样品电离区的面积同时也增加了样品的流量，进而增大了电离效率。通过微加工工艺制作这种螺旋状结构使得所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200的间隔更小。根据正负放电电极间的距离与外加电压大小正相关的原理，减小了传统的离子源需要的电压，减小了消耗，也避免了过大电压会对离子源周围设备产生影响。

在一个实施例中，所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200互补，并共同构成圆形结构。所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200从起始端向外螺旋延伸时，可以沿着弧形延伸，最后形成圆形的大气压辉光放电离子源10。也可以沿着方形延伸，最后形成方形的大气压辉光放电离子源10。还可以沿着其他形状延伸并最终形成相应形状的大气压辉光放电离子源10，比如三角形、六边形。

在本实施例中，所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200互补，并共同构成圆形结构，使得占用同等的面积的情况下形成的螺旋电离通道更长，从而获得更大的电离区域的面积，提高样品电离的效率。

在一个实施例中，所述第一螺旋电极100的起始端与所述第二螺旋电极200的起始端为互补的太极头。所述第一螺旋电极100的起始端与所述第二螺旋电极200的起始端设置为互补的太极头，可以最大化的利用材料，并且可以保持两电极间的间距处处相等。在另一个实施例中，所述第一螺旋电极100的起始端与所述第二螺旋电极200的起始端还可以并排并且平行地同向向外螺旋延伸。所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200并排的起始端可以在起始端沿方形向外螺旋延伸，可以使得所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200的间距处处相等。

请一并参见图2，在一个实施例中，第一螺旋电极100包括第一螺旋条状基体110，和覆盖所述第一螺旋条状基体110的第一导电层120。所述第二螺旋电极200包括第二螺旋条状基体210，和覆盖所述第二螺旋条状基体210的第二导电层220。所述第二螺旋条状基体210与所述第一螺旋条状基体110平行间隔设置。

所述第一导电层120可以覆盖于所述第一螺旋条状基体110与所述第二螺旋条状基体210相对的侧壁，也可以覆盖所述第一螺旋条状基体110全部表面。所述第二导电层220可以覆盖于所述第二螺旋条状基体210与所述第一螺旋条状基体110相对的侧壁，也可以覆盖所述第二螺旋条状基体210的全部表面。所述第一导电层120的材料不限，只要可以导电即可。比如，可以使用金属，更具体地，可以使用铜、铁、铝或各种合金。所述第二导电层220的材料不限，只要可以导电即可。比如，可以使用金属，更具体地，可以使用铜、铁、铝或各种合金。所述第一螺旋条状基体110与所述第二螺旋条状基体210的材料不限，只要具有导电性并且可以保持形状即可。在一个实施例中，所述第一螺旋条状基体110与所述第二螺旋条状基体210的材料为有掺杂的半导体硅。所述第一螺旋条状基体110与所述第二螺旋条状基体210是由一整片有掺杂的硅片通过MEMS工艺刻蚀出来的。在一个实施例中，所述第一导电层120直接与电源正极电连接。所述第二导电层220直接与电源负极电连接。

本实施例中，在所述第一螺旋条状基体110与所述第二螺旋条状基体210相对的侧壁分别覆盖一层所述第一导电层120和所述第二导电层220，电流可以直接通过所述第一导电层120和所述第二导电层220对处于电离区域的样品进行电离。导电层可以选用金属层，可以更快的导电，从而提高电离效率。

请一并参见图3，在一个实施例中，所述大气压辉光放电离子源10还包括第一支撑架130和第二支撑架230。所述第一支撑架130与所述第一螺旋电极100的螺旋外围端固定连接。所述第二支撑架230与所述第二螺旋电极200的螺旋外围端固定连接。

具体地，所述第一支撑架130包括支撑臂和底座。所述支撑臂一端与所述第一螺旋电极100的螺旋外围端固定连接。所述支撑臂远离所述第一螺旋电极100的螺旋外围端的另一端与底座固定连接。在一个实施例中，所述支撑臂的一端与所述第一螺旋电极100的螺旋外围端焊接或通过卡扣连接。所述支撑臂远离所述第一螺旋电极100的螺旋外围端的另一端与底座焊接或通过螺栓连接。所述第二支撑架230可以与所述第一支撑架130结构相同并且相对于所述大气压辉光放电离子源10对称设置。所述第一支撑架130和所述第二支撑架230的材料可以选用绝缘材料。在一个实施例中，所述第一支撑架130和所述第二支撑架230的材料可以选用陶瓷或者镀有绝缘层的金属，比如镀有树脂或塑料的铁合金。

在本实施例中，所述第一支撑架130和所述第二支撑架230分别与所述第一螺旋电极100的螺旋外围端和所述第二螺旋电极200的螺旋外围端固定连接。从而固定了所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200的相对位置，使所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200可以保持共面且平行间隔设置的结构。

在一个实施例中，所述第一螺旋电极100与所述第二螺旋电极200之间形成有螺旋放电沟道300。所述螺旋放电沟道300的延伸方向与所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200的延伸方向相同。在一个实施例中，所述螺旋放电沟道300是由于所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200之间通过MEMS工艺被刻蚀贯通而形成的。所述螺旋放电沟道300即为样品气体的电离区。样品气体从垂直于所述第一螺旋电极100的起始端与螺旋外围端所在的平面的方向流经所述螺旋放电沟道300被电离。样品气体中可以加入惰性气体或完全使用惰性气体，从而使所述大气压辉光放电离子源10所需的气压仅需大气压即可。

在一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的宽度为10微米-100微米。在另一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的宽度为30微米-80微米。在又一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的宽度为50微米。通过MEMS工艺得到的所述螺旋放电沟道300宽度更窄，与放电沟道宽度正相关的外加电压也得以降低，从而减小耗电并避免过大电压对周围环境的影响。所述大气压辉光放电离子源10的外加电压只需要200V-300V就可以将样品充分电离。在一个实施例中，所述大气压辉光放电离子源10的外加电压为220V。

在一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的纵宽比大于10:1。在一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的纵宽比为10:1。在另一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的纵宽比为12:1。所述螺旋放电沟道300的纵宽比指所述螺旋放电沟道300的深度与宽度的比值。在一个实施例中，所述螺旋放电沟道300的纵宽比为15:1。在本实施例中，所述螺旋放电沟道300的深度与宽度的比值大于10:1可以使所述螺旋放电沟道300的侧壁的面积更大，从而使样品被电离的时间增长，增强电离效果。

请一并参见图4，在一个实施例中，所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200相对的表面设置有多个第一凸点130。所述第二螺旋电极200和所述第一螺旋电极100的表面设置有多个第二凸点230。在一个实施例中，所述第一螺旋电极100包括表面覆盖的第一导电层120，所述多个第一凸点130可以设置于所述第一导电层120朝向所述第二螺旋电极200的一面。在一个实施例中，多个所述第一凸点130与所述第一导电层120一体成型。所述第二螺旋电极200包括表面覆盖的第二导电层220，所述多个第二凸点230设置于所述第二导电层220朝向所述第一螺旋电极100的一面。在一个实施例中，多个所述第二凸点230与所述第二导电层220一体成型。在一个实施例中，每个所述第一凸点130的顶点对应于对面的一个所述第二凸点230的顶点。在另一个实施例中，所述第一凸点130的顶点与所述第二凸点230的顶点也可以不对应。在所述第一凸点130和所述第二凸点230的形状不局限于半球形，也可以成棒状、针状或其他规则或不规则形状。

在本实施例中，所述多个第一凸点130和多个第二凸点230可以将所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200的电流聚集起来利用尖端放电的远离，增强样品的电离效果。

在一个实施例中，所述大气压辉光放电离子源10还包括电源400。所述电源400分别与所述第二螺旋电极200和所述第一螺旋电极100电连接。在一个实施例中，所述第一螺旋电极100与所述电源400的正极连接。所述第二螺旋电极200与所述电源400的负极连接。在一个实施例中，所述电源400的正极与所述第一螺旋电极100的螺旋外围端电连接。所述电源400的负极与所述第二螺旋电极200的螺旋外围端电连接。在一个实施中，所述电源400正极与所述第一螺旋条状基体110电连接。所述电源400负极与所述第二螺旋条状基体210电连接。在一个实施例中，所述电源400正极与所述第一导电层120电连接。所述电源400负极与所述第二导电层220电连接。所述电源400可以选用直流电，也可以选用交流电或脉冲电压。所述电源400的电压范围为200V-300V。在一个实施例中，所述大气压辉光放电离子源10的外加电压为220V。

本发明通过MEMS工艺或其他微加工工艺，得到共面且平行间隔设置的所述第一螺旋电极100和所述第二螺旋电极200。两个电极间的通槽即为螺旋放电沟道300。所述螺旋放电沟道300的宽度可以做到10微米-100微米，与所述螺旋放电沟道300的宽度正相关的外加电压也会减小，从而降低电消耗，并避免大电压对周围环境造成影响。所述大气压辉光放电离子源10的螺旋形结构在同等面积下可以获得更长的螺旋放电沟道300，从而获得更大的电离面积。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大气压辉光放电离子源，其特征在于，包括：

第一螺旋电极(100)，所述第一螺旋电极(100)为带状，且由起始端向外螺旋延伸；

第二螺旋电极(200)，所述第二螺旋电极(200)为带状，且由起始端向外螺旋延伸，所述第二螺旋电极(200)与所述第一螺旋电极(100)共面且平行间隔设置；

其中，所述第一螺旋电极(100)与所述第二螺旋电极(200)之间形成有螺旋放电沟道(300)，所述螺旋放电沟道(300)的延伸方向与所述第一螺旋电极(100)和所述第二螺旋电极(200)的延伸方向相同；螺旋放电沟道(300)的宽度为10微米-100微米，所述螺旋放电沟道(300)的纵宽比大于10:1；

所述带状为波浪形带状，且所述第一螺旋电极(100)的波峰与所述第二螺旋电极(200)的波峰对应，所述第一螺旋电极(100)的波谷与所述第二螺旋电极(200)的波谷对应。

2.根据权利要求1所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，所述第一螺旋电极(100)与所述第二螺旋电极(200)互补，并共同构成圆形结构。

3.根据权利要求2所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，所述第一螺旋电极(100)的起始端与所述第二螺旋电极(200)的起始端为互补的太极头。

4.根据权利要求1所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，第一螺旋电极(100)包括第一螺旋条状基体(110)，和覆盖所述第一螺旋条状基体(110)的第一导电层(120)；

所述第二螺旋电极(200)包括第二螺旋条状基体(210)，和覆盖所述第二螺旋条状基体(210)的第二导电层(220)；

所述第二螺旋条状基体(210)与所述第一螺旋条状基体(110)平行间隔设置。

5.根据权利要求4所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，所述第一导电层(120)设置于所述第一螺旋条状基体(110)与所述第二螺旋条状基体(210)相对的侧壁；

所述第二导电层(220)设置于所述第二螺旋条状基体(210)与所述第一螺旋条状基体(110)相对的侧壁。

6.根据权利要求1所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，还包括：

第一支撑架(130)，所述第一支撑架(130)与所述第一螺旋电极(100)的螺旋外围端固定连接；

第二支撑架(230)，所述第二支撑架(230)与所述第二螺旋电极(200)的螺旋外围端固定连接。

7.根据权利要求1所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，所述第一螺旋电极(100)和所述第二螺旋电极(200)相对的表面设置有多个第一凸点(130)；

所述第二螺旋电极(200)和所述第一螺旋电极(100)的表面设置有多个第二凸点(230)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，进一步包括电源(400)，所述电源(400)分别与所述第二螺旋电极(200)和所述第一螺旋电极(100)电连接。

9.根据权利要求1所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，所述螺旋放电沟道(300)的宽度为50微米。

10.根据权利要求8所述的大气压辉光放电离子源，其特征在于，所述第一螺旋电极(100)与电源(400)正极电连接，所述第二螺旋电极(200)与电源(400)负极电连接。