CN202034344U - 一种90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器 - Google Patents
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Abstract
一种90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，包括高压电极，微通道板MCP，法拉第盘，信号传输电极。质谱产生的离子流经过高压加速与MCP碰撞产生电子流。法拉第盘收集电子，产生电流信号。信号传输结构的设计符合50Ω阻抗匹配的原理，可以有效消除阻抗不匹配引起信号峰的抖动，改善质谱的性能。本实用新型采用折角的同轴匹配设计，满足了在反射式飞行时间质谱中检测器阻抗匹配和固定安装的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及飞行时间质谱的检测器。所设计的同轴信号传输结构符合50欧阻抗匹配的原理。这种技术有效的消除了高频信号不匹配造成峰的抖动，改善质谱信号的峰形，提高了信噪比。
背景技术
目前广泛应用的飞行时间质谱的检测器多采用微通道板(MCP)来放大离子信号。MCP具有相应快速，高增益的优点。普通的质谱产生的信号峰的上升沿仅为几个纳秒左右。
根据信号传输理论，对于高频信号来说，传输线由于电磁效应产生耦合阻抗。在传输线的阻抗突变的点，引起阻抗不匹配，信号被反射。反射引起接收到的信号产生振铃并且加宽信号峰，影响质谱的性能。因此需要进行阻抗匹配。
目前在飞行时间质谱中，法拉第盘多采用平板式结构。另外为了避免传输线结构发生弯折而导致阻抗的变化，多是直接使信号传输的方向沿MCP安装轴线方向。这给阻抗匹配和固定安装带来不便。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种折角式的飞行时间质谱检测器，满足阻抗匹配的同时又可便于安装固定。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，包括二块微通道板、锥体法拉第盘、法拉第外壳、栅网；电极内芯为具有90°折角的折线形结构；锥体法拉第盘与传输电流信号的电极内芯的一端相连，法拉第外壳与屏蔽上盖相固接。
屏蔽上盖和下盖作为电极内芯的外屏蔽层，避免外部电场的干扰；屏蔽上盖和下盖分别与电极内芯间同轴设置、并设有空隙；屏蔽上盖和下盖间相互固接，形成一以电极内芯为轴心的、径向截面为圆环形结构。圆环内外间隙大小，介电材料满足截面阻抗50Ω。
电极内芯于屏蔽上盖和下盖间所形成的空腔内通过绝缘材料环定位，保证同轴固定；电极内芯的另一端的屏蔽上盖和下盖通过螺钉固定到质谱腔体法兰上，可以使整个检测器可以通过法兰方便的安装。
锥体法拉第盘通过螺纹与电极内芯联结，并通过绝缘材料环与法拉 第外壳同轴固定；电极内芯与屏蔽盖通过绝缘材料环同轴固定。
屏蔽上盖和屏蔽下盖与电极内芯折角相对应的圆槽折角处用球面刀加工，保证电极内芯从圆槽中心穿过。
在屏蔽上盖和/或屏蔽下盖上设置有放气孔，除去间隙内气体；在高压电极的外沿焊接有电容和分压电阻。
所述装置包括二块微通道板、锥体法拉第盘、法拉第外壳、栅网。
相互间隔、同轴、平行设置的二块微通道板、锥体法拉第盘、法拉第外壳，微通道板与锥体法拉第盘依次相互间隔、同轴、平行设置，锥体法拉第盘的锥体底面靠近微通道板；法拉第外壳环绕于锥体法拉第盘外部，并与锥体法拉第盘间同轴设置、它们之间设有空隙；在微通道板上、远离锥体法拉第盘侧同轴、平行设置栅网；
栅网接大地，二块微通道板的上下表面分别通过负高压电极与直流电源相连，且电势向锥体法拉第盘方向逐渐增加。
本实用新型适用于飞行时间质谱的检测器，也可以满足其他类型质谱的离子检测器。
本实用新型为一种90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，质谱产生的离子流经过高压加速与MCP碰撞产生电子流。法拉第盘收集电子，产生电流信号。信号传输结构的设计符合50欧姆阻抗匹配的原理，可以有效消除阻抗不匹配引起信号峰的抖动，改善质谱的性能。本实用新型采用折角的同轴匹配设计，满足了在反射式飞行时间质谱中检测器阻抗匹配和固定安装的要求。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是飞行时间质谱检测器没有采用阻抗匹配设计时ADC卡采集的Xe气同位素的质谱图；
图3是同一飞行时间质谱检测器采用阻抗匹配设计时同样ADC卡采集的Xe气同位素的质谱图；可见峰的振铃现象明显改善。
具体实施方式
如图1所示，5片2mm厚的中空环状高压电极1同轴间隔分布。在第1片接地的高压电极上贴有金属栅网14，在第2，3和4，5片之间分别固定一片直径50mm的微通道板MCP13，分压电阻12由上至下分别取5.8MΩ，4.8MΩ，5.8MΩ，2.8MΩ，电容为2200pF。总高压用-5KV电源供电，分别给每片MCP分压600V-800V，MCP之间加速区电压为500V-600V的，最下面的MCP和锥体法拉第盘3之间为300V-400V。
在微通道板下方设有锥体法拉第盘3，锥底面的直径为15mm，锥面的夹角57.6°。传输电流信号电极内芯7的直径4.3mm，两端分别为M2内外螺纹，总体呈90°折角，通过M2内螺纹一端连接锥体法拉第盘5，另一端通过外径10mm，内径2.3mm的PEEK环固定。保证电极内 芯部分的阻抗匹配。
法拉第外壳2环绕于锥体法拉第盘3的外层，法拉第外壳与法拉第盘对应的部分也是锥面，底面内径34.5mm，锥面夹角34.4°。并通过导线接地。保证法拉第盘部分的阻抗匹配。阻抗计算的公式：
其中，Zo为输出阻抗，εr为填充绝缘介质的介电常数，绝缘介质是真空或者PEEK。在锥体法拉第盘段，a为锥体法拉第盘外径，b为法拉第外壳锥体内径；在屏蔽上盖5和下盖6段，a为电极内芯外径，b为屏蔽上盖和下盖圆槽的直径。
在锥体法拉第盘3和电极内芯7的外层是法拉第外壳2及屏蔽上盖5，下盖6；屏蔽上盖5，屏蔽下盖6与电极内芯7构成径向截面为同心圆环形结构，外径10mm。为避免此空间中气体通过缝隙缓慢渗气，在外壳上开有两个直径3mm的放气孔9。并通过连线接地。
检测器整体通过螺钉4固定到质谱腔体侧壁11的法兰10上。产生的信号最后经过50ΩBNC线引出到示波器。
图1是本实用新型的结构示意图。离子经过加速后与MCP碰撞产生二次电子，这些电子经过加速再次碰撞在第二片MCP上产生更多的电子，增大了电流强度。这些电子被锥体法拉第盘3接收，再经过50Ω阻抗匹配传输结构，最后通过50ΩBNC接头接入示波器。实验中采用了纯Xe气通过毛细管进样，通过激光电离产生离子检测。图2，图3的质谱图是Xe气的七个同位素峰。实验条件控制在同等气压，相同激光强度，改造后每片MCP工作电压更低。可见，经过阻抗匹配后，信号强度相同下，峰的振铃现象明显改善，信号弱的峰从振铃抖动中分离出来。
Claims (7)
1.一种90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，包括二块微通道板(13)、锥体法拉第盘(3)、法拉第外壳(2)、栅网(14)；其特征在于：
电极内芯(7)为具有90°折角的折线形结构；锥体法拉第盘(3)与传输电流信号的电极内芯(7)的一端相连，法拉第外壳(2)与屏蔽上盖(5)相固接；
屏蔽上盖(5)和下盖(6)作为电极内芯(7)的外屏蔽层，屏蔽上盖(5)和下盖(6)分别与电极内芯(7)间同轴设置、并设有空隙；屏蔽上盖(5)和下盖(6)间相互固接，形成一以电极内芯(7)为轴心的、径向截面为圆环形结构。
2.根据权利要求1所述90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，其特征在于：电极内芯(7)与屏蔽上盖(5)和下盖(6)间所形成的空腔内通过绝缘材料环(8)定位；电极内芯(7)的另一端的屏蔽上盖(5)和下盖(6)通过螺钉(4)固定到质谱腔体法兰(10)上。
3.根据权利要求1所述90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，其特征在于：
锥体法拉第盘(3)通过螺纹与电极内芯(7)联结，并通过绝缘材料环(8)与法拉第外壳(2)同轴固定；电极内芯(7)与屏蔽盖(5)(6)通过绝缘材料环(8)同轴固定。
4.根据权利要求1所述90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，其特征在于：
屏蔽上盖(5)和屏蔽下盖(6)与电极内芯(7)折角相对应的圆槽折角处用球面刀加工，保证电极内芯(7)从圆槽中心穿过。
5.根据权利要求1所述90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，其特征在于：
在屏蔽上盖(5)和/或屏蔽下盖(6)上设置有放气孔(9)，释放间隙内气体。
6.根据权利要求1所述90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，其特征在于：
在高压电极的外沿焊接有分压电阻和电容(12)。
7.根据权利要求1所述90°折角式阻抗匹配的飞行时间质谱检测器，其特征在于：
所述装置包括二块微通道板(13)、锥体法拉第盘(3)、法拉第外壳(2)、栅网(14)；
相互间隔、同轴、平行设置的二块微通道板(13)、锥体法拉第盘(3)、 法拉第外壳(2)，微通道板(13)与锥体法拉第盘(3)依次相互间隔、同轴、平行设置，锥体法拉第盘(3)的锥体底面靠近微通道板(13)；法拉第外壳(2)环绕于锥体法拉第盘(3)外部，并与锥体法拉第盘(3)间同轴设置、它们之间设有空隙；在微通道板(13)上、远离锥体法拉第盘(3)侧同轴、平行设置栅网(14)；
栅网(14)接大地，二块微通道板(13)的上下表面分别通过高压电极(1)与直流电源相连，且电势向锥体法拉第盘方向逐渐增加。
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