CN108811293B - 带电粒子加速电场产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带电粒子加速电场产生装置，包括：若干个平行间隔排布的电极片，位于最外一侧的一电极片为圆形电极片，其他电极片为环形电极片；部分环形电极片上设有开口；各电极片上均设有安装通孔；支撑杆，沿若干个电极片排布的方向延伸，且依次贯穿各电极片上的安装通孔；若干个固定环，套置于支撑杆的外围，且位于各相邻电极片之间。本发明的带电粒子加速电场产生装置可以有效避免断路情况的发生，可靠性极高；可以有效避免尖端放电现象的产生，从而确保测量数据具有较高的准确性；相邻电极片之间电压差有固定环电阻均匀过渡，使得加速电场的局部或整体均匀性更好，能够有效提高测量准确性。

Description

带电粒子加速电场产生装置

技术领域

本发明属于质谱分析技术领域，特别是涉及一种带电粒子加速电场产生装置。

背景技术

质谱技术在同位素分析、化学分析、生命科学分析中有广泛的应用，其基本原理是：在真空中，将样品离子化变成带电粒子，通过质量分析器进行分离，检测出各种质量数离子的数量，从而得到样品的定性、定量信息。在质谱技术中，质量分析器是最核心的部件，按其种类可将质谱分为以下五种：

(1) 磁质谱：带电粒子被加速后进入磁场，不同质荷比的粒子偏转情况不同，使各种质荷比的粒子分离。

(2) 四极杆质谱：带电粒子被引入四极杆滤质器，只有与四极杆上所加射频电场发生共振的特定质荷比的粒子可以通过，使各种质荷比的粒子分离。

(3) 飞行时间质谱：带电粒子被加速后，不同质荷比的粒子速度不同，经过一段无场飞行，到达检测器的时间不同，使各种质荷比的粒子分离。

(4) 离子阱质谱：带电粒子被引入离子阱，只有与阱上所加射频电场发生共振的特定质荷比的粒子可以在阱中稳定振荡飞行，使各种质荷比的粒子分离。

(5) 傅立叶变换-回旋振荡质谱：带电粒子被引入电场和磁场共同作用区，在射频电场作用下回旋振荡，产生的象电流信号用傅立叶变换处理，得到各种质荷比的粒子信号。

以上五种质谱，带电粒子要进入质量分析器，都需要用电场加速。但是四极杆质谱、离子阱质谱、傅立叶变换-回旋振荡质谱中，带电粒子进入质量分析器的初速度对质量分析影响很小，可以忽略不计；而磁质谱、飞行时间质谱中，带电粒子进入质量分析器的初速度对质量分析起决定作用，带电粒子加速装置是质量分析器的一部分。

以飞行时间质谱为例。在飞行时间质谱仪中，带电粒子的荷质比可以通过质谱仪几何结构、加速电场参数以及带电粒子飞行时间推算获得。其中质谱仪几何结构为确定参数，加速电场参数可根据不同情形进行设置，只有带电粒子飞行时间是待测量。因此测得飞行时间的准确性和稳定性直接影响最终结果。而飞行时间的测量很大程度上决定于加速电场的稳定性。如果实际产生的加速电场与设计方案有差异，那么在推算荷质比的过程中将会产生错误。而现有的加速电场中相邻各电极片一般均通过带引脚的电阻相连接，采用电阻连接电极片存在如下问题：需要额外的电阻、占用较大的空间、加工组装复杂；可靠性较差，容易出现断路，在真空环境中使用时维修成本较高；电阻引脚处容易产生尖端放电现象，对测量数据的准确性带来极大影响；相邻电极片之间的电压值是突变的，电场均匀性较差；在光子、原子、分子碰撞实验中，带有引脚的电阻会产生二次电子发射，材料的二次电子发射会对结果的分析造成负面影响，也可能影响仪器的分辨率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带电粒子加速电场产生装置，用于解决现有技术中的质谱分析仪的加速电场产生装置中相邻电极片之间采用带有引脚的电阻相连接而导致的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带电粒子加速电场产生装置，所述带电粒子加速电场产生装置包括：

若干个平行间隔排布的电极片，其中，位于最外一侧的所述电极片为圆形电极片，其他所述电极片为环形电极片；部分所述环形电极片上设有开口作为入射口；各所述电极片上均设有安装通孔；

支撑杆，沿若干个所述电极片排布的方向延伸，且依次贯穿各所述电极片上的所述安装通孔；

若干个固定环，套置于所述支撑杆的外围，且位于各相邻所述电极片之间。

作为本发明的一种优选方案，各所述环形电极片上均设有缺口，所述缺口沿所述环形电极片径向的尺寸等于所述环形电极片的外径与所述环形电极片的内径之差。

作为本发明的一种优选方案，所述支撑杆的直径与所述安装通孔的直径相同。

作为本发明的一种优选方案，所述固定环的长度与相邻所述电极片之间的间距相同。

作为本发明的一种优选方案，所述支撑杆的数量为多个，多个所述支撑杆沿所述电极片的周向间隔排布。

作为本发明的一种优选方案，所述电极片包括不锈钢电极片，所述支撑杆包括金属支撑杆，所述固定环包括陶瓷环。

作为本发明的一种优选方案，所述带电粒子加速电场产生装置还包括绝缘环，所述绝缘环套置于所述支撑杆的外围，且位于所述支撑杆与所述电极片及所述固定环之间。

作为本发明的一种优选方案，相邻部分所述电极片两侧均设有所述开口。

作为本发明的一种优选方案，所述带电粒子加速电场产生装置包括多对所述入射口。

作为本发明的一种优选方案，所述带电粒子加速电场产生装置还包括连接导线，所述连接导线位于各所述开口处，并将所述电极片中被所述开口分割开的相邻两部分电连接。

作为本发明的一种优选方案，所述带电粒子加速电场产生装置还包括加压装置，所述加压装置与位于外侧的两所述电极片相连接。

作为本发明的一种优选方案，所述带电粒子加速电场产生装置还包括若干个加压装置，若干个所述加压装置分别与各所述电极片一一对应连接。

作为本发明的一种优选方案，所述固定环的外部还设有碳膜，所述碳膜包覆于所述固定环的外表面。

如上所述，本发明的带电粒子加速电场产生装置，具有以下有益效果：

本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，无需额外的电阻，更加节约空间，加工和组装也更简便易行；

本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，可以有效避免断路情况的发生，可靠性极高；

本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，可以有效避免尖端放电现象的产生，从而确保测量数据具有较高的准确性；

本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，相邻电极片之间电压差有固定环电阻均匀过渡，使得加速电场的局部或整体均匀性更好，能够有效提高测量准确性；

本发明的带电粒子加速电场产生装置中的固定环外表面包覆有碳膜，碳的第一电离能（11.3电子伏）较高，在光子、原子或分子碰撞过程中不易产生二次电子发射，从而不会对结果的分析产生负面影响，确保仪器具有较高的分辨率；

本发明的带电粒子加速电场产生装置通过将环形电极片最外一侧的电极片设置为圆形电极片，由于圆形电极片整体的电势相同，可以有效防止所述带电粒子加速电场产生装置产生的电场外凸，可以确保产生的电场具有更好的均匀性。

附图说明

图1及图2显示为本发明实施例一中提供的带电粒子加速电场产生装置的立体结构示意图。

元件标号说明

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一

请参阅图1至图2，本发明提供一种带电粒子加速电场产生装置，所述带电粒子加速电场产生装置包括：

若干个平行间隔排布的电极片10，其中，位于最外一侧的所述电极片10为圆形电极片101，其他所述电极片10为环形电极片102，优选地，所述环形电极片102为圆环形电极片；部分所述环形电极片102上设有开口103以作为入射口104；各所述电极片10上均设有安装通孔（未示出）；

支撑杆11，所述支撑杆11沿若干个所述电极片10排布的方向延伸，且依次贯穿各所述电极片10上的所述安装通孔；所述支撑杆11用于固定支撑各所述电极片10；

若干个固定环12，所述固定环12套置于所述支撑杆11的外围，且位于各相邻所述电极片10之间。

本发明的带电粒子加速电场产生装置通过将所述环形电极片102最外一侧的所述电极片10为圆形电极片101，由于圆形电极片整体的电势相同，可以有效防止所述带电粒子加速电场产生装置产生的电场外凸，可以确保产生的电场具有更好的均匀性。

作为示例，各所述电极片10的参数可以相同，也可以不同，即所述圆形电极片101的直径可以与所述环形电极片102的直径相同，也可以不同；所述圆形电极片101的厚度可以与所述环形电极片102的厚度相同，也可以不同；各所述环形电极片102的外径可以相同，也可以不同，内径可以相同，也可以不同，厚度可以相同，也可以不同。

作为示例，所述圆形电极片101上可以形成有切口。

作为示例，所述电极片10可以为各种金属电极片，优选地，本实施例中，所述电极片10可以为不锈钢电极片。

作为示例，各所述环形电极片102上形成的所述开口103沿所述环形电极片102径向的尺寸不尽相同，但至少一所述环形电极片102上形成的所述开口103沿所述环形电极片102径向的尺寸等于所述环形电极片102的外径与所述环形电极片102的内径之差，以确保激光束、原子或分子可以经由所述入射口104注入至所述带电粒子加速电场产生装置内。

作为示例，相邻部分所述电极片10两侧均设有所述开口103。

作为示例，所述带电粒子加速电场产生装置包括多对所述入射口104，优选地，本实施例中，所述带电粒子加速电场产生装置可以包括七个所述入射口104，其中三对所述入射口104两两垂直，另一所述入射口104不做限制。七个所述入射口104中有一个所述入射口104用于作为原子束或分子束的入射口，以向所述带电粒子加速电场产生装置内注入原子或分子，七个所述入射口104均作为激光束的入射口用于向所述带电粒子加速电场产生装置内注入激光。

作为示例，所述带电粒子加速电场产生装置还包括连接导线（未示出），所述连接导线位于各所述开口处，并将所述电极片10中被所述开口分割开的相邻两部分电连接；具体为，各所述电极片10包括若干个所述开口，所述电极片10被所述开口分成若干个部分，所述连接导线将相邻两部分连接起来，所述连接导线的两端分别于相邻的两部分相连接，这样就可以确保各所述电极片10除了所述缺口105之外的各个部分均为相连接的，这样就可以保证所述电极片10上各个区域均具有相同的电势。

作为示例，各所述环形电极片102上均设有缺口105，所述缺口105沿所述环形电极片102径向的尺寸等于所述环形电极片102的外径与所述环形电极片102的内径之差，即所述缺口105将所述环形电极片102切断，以使得所述环形电极片102不能形成闭合回路，可以有效防止涡旋电流的产生。

作为示例，所述支撑杆11的直径与所述安装通孔的直径相同，以确保所述支撑安11插入所述安装通孔内将各所述电极片10串连之后不会发生晃动。

作为示例，所述支撑杆11的数量可以为多个，多个所述支撑杆11沿所述电极片10的周向间隔排布。所述支撑杆11的数量可以根据实际需要进行设定，图1及图2中均以所述支撑杆11的数量为四个作为示例，在实际示例中，所述支撑杆11的数量并不以此为限。

作为示例，所述支撑杆11可以为任意一种可以支撑所述电极片10的支撑杆，优选地，本实施例中，所述支撑杆11可以为金属支撑杆。

作为示例，所述带电粒子加速电场产生装置还包括绝缘环（未示出），所述绝缘环套置于所述支撑杆11的外围，且位于所述支撑杆11与所述电极片10及所述固定环12之间，以将所述支撑杆11与各所述电极片10绝缘隔离。

作为示例，所述固定环12的长度与相邻所述电极片10之间的间距相同，以确保所述固定环12在相邻所述电极片10之间被卡紧，以免所述固定环12滑动而对所述电极片10造成损坏。

作为示例，所述固定环12可以任意一种可将相邻所述电极片10固定的固定环，优选地，本实施例中，所述固定环12可以为陶瓷环。

作为示例，所述固定环12的外部还设有碳膜（未示出），所述碳膜包覆于所述固定环12的外表面，优选地，所述碳膜均匀地包覆于所述固定环12的表面。本发明的带电粒子加速电场产生装置中的所述固定环12外表面包覆有所述碳膜，碳的第一电离能（11.3电子伏）较高，在光子、原子或分子碰撞过程中不易产生二次电子发射，从而不会对结果的分析产生负面影响，确保仪器具有 较高的分辨率。

在一示例中，所述带电粒子加速电场产生装置还包括加压装置（未示出），所述加压装置与位于外侧的两所述电极片10相连接。当需要产生均匀电场时，所述加压装置向位于外侧的两所述电极片10施加相同的电压，又相邻所述电极片10之间为相同的所述固定环12，所述带电粒子加速电场产生装置会产生均匀电场。

在另一示例中，所述带电粒子加速电场产生装置还包括若干个加压装置（未示出），若干个所述加压装置分别与各所述电极片10一一对应连接。当需要产生非均匀电场时，可以根据需要在不同的所述电极片10上施加不同的电压，即可以得到特定所需的非均匀电场。

下面具体说明一种可以用于铷离子的反冲动量谱仪的带电粒子加速电场产生装置，所述带电粒子加速电场产生装置可以包括34片不锈钢电极片，34片所述电极片10依次间隔排布，除了第一片所述电极片10为所述圆形电极片101之外，其余33片所述电极片10均为所述环形电极片102位基础做适当切割加工。第一片所述电极片10（即所述圆形电极片101）的厚度可以为1mm，直径可以为100mm；其余33片所述电极片10（即所述环形电极片102）每片的厚度可以为1mm，外径可以为100mm，内径可以为75mm。可以在第一、二、三、四、十、十一、十二、十八、十九、二十、二十一、二十二及二十三片所述电极片10上形成有所述开口103，以在第一、二、三、四片所述电极片10处、第十、十一、十二片所述电极片10处及第十八、十九、二十、二十一、二十二、二十三片所述电极片10处形成三对至四对所述入射口104。所述支撑杆11的数量为四根，所述支撑杆11的直径及安装通孔的直径可以均为3mm，相邻所述电极片10之间的所述固定环12的内径可以为3.1mm，外径可以为5mm。

本发明的所述带电粒子加速电场产生装置的工作原理为：原子束或分子束及激光束从所述入射口104射入所述带电粒子加速电场产生装置内发生作用而形成离子和电子，所述带电粒子加速电场产生装置产生电场以将所述离子和电子引出至位于所述带电粒子加速电场产生装置一端的探测器进行探测。

综上所述，本发明提供一种带电粒子加速电场产生装置，所述带电粒子加速电场产生装置包括：若干个平行间隔排布的电极片，其中，位于最外一侧的所述电极片为圆形电极片，其他所述电极片为环形电极片；部分所述环形电极片上设有开口，以在部分所述电极片上形成与所述环形电极片内侧相连通的入射口；各所述电极片上均设有安装通孔；支撑杆，沿若干个所述电极片排布的方向延伸，且依次贯穿各所述电极片上的所述安装通孔；若干个固定环，套置于所述支撑杆的外围，且位于各相邻所述电极片之间。本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，无需额外的电阻，更加节约空间，加工和组装也更简便易行；本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，可以有效避免断路情况的发生，可靠性极高；本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，可以有效避免尖端放电现象的产生，从而确保测量数据具有较高的准确性；本发明的带电粒子加速电场产生装置通过支撑杆及固定环将各电极片相连接，相邻电极片之间电压差有固定环电阻均匀过渡，使得加速电场的局部或整体均匀性更好，能够有效提高测量准确性；本发明的带电粒子加速电场产生装置中的固定环外表面包覆有碳膜，碳的第一电离能（11.3电子伏）较高，在光子、原子或分子碰撞过程中不易产生二次电子发射，从而不会对结果的分析产生负面影响，确保仪器具有较高的分辨率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述带电粒子加速电场产生装置包括：

若干个平行间隔排布的电极片，其中，位于最外一侧的所述电极片为圆形电极片，其他所述电极片为环形电极片；部分所述环形电极片上设有开口作为入射口；各所述电极片上均设有安装通孔；

支撑杆，沿若干个所述电极片排布的方向延伸，且依次贯穿各所述电极片上的所述安装通孔；所述支撑杆包括金属支撑杆；

若干个固定环，套置于所述支撑杆的外围，且位于各相邻所述电极片之间；所述固定环包括陶瓷环。

2.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，各所述环形电极片上均设有缺口，所述缺口沿所述环形电极片径向的尺寸等于所述环形电极片的外径与所述环形电极片的内径之差。

3.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述支撑杆的直径与所述安装通孔的直径相同。

4.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述固定环的长度与相邻所述电极片之间的间距相同。

5.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述支撑杆的数量为多个，多个所述支撑杆沿所述电极片的周向间隔排布。

6.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述电极片包括不锈钢电极片。

7.根据权利要求6所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述带电粒子加速电场产生装置还包括绝缘环，所述绝缘环套置于所述支撑杆的外围，且位于所述支撑杆与所述电极片及所述固定环之间。

8.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，相邻部分所述电极片两侧均设有所述开口。

9.根据权利要求8所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述带电粒子加速电场产生装置包括多对所述入射口。

10.根据权利要求8所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述带电粒子加速电场产生装置还包括连接导线，所述连接导线位于各所述开口处，并将所述电极片中被所述开口分割开的相邻两部分电连接。

11.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述带电粒子加速电场产生装置还包括加压装置，所述加压装置与位于外侧的两所述电极片相连接。

12.根据权利要求1所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述带电粒子加速电场产生装置还包括若干个加压装置，若干个所述加压装置分别与各所述电极片一一对应连接。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的带电粒子加速电场产生装置，其特征在于，所述固定环的外部还设有碳膜，所述碳膜包覆于所述固定环的外表面。