CN202948899U - 一种基于vuv灯电离源的静电透镜装置 - Google Patents

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李海洋
赵无垛
陈平
花磊
陈文东
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Abstract

本实用新型公开了一种基于VUV灯电离源的静电透镜装置，主要由离子聚焦透镜，skimmer电极和离子传导透镜组成。离子聚焦透镜对电离区的离子进行收集并聚焦通过skimmer电极。在传导透镜的作用下，经过skimmer的离子被调节后传输到真空室。skimmer电极的小孔不仅对进入电离区的离子进行了筛选，同时使电离区筒上端和下端的气压相差1~3个数量级，提高了仪器的灵敏度。

Description

一种基于VUV灯电离源的静电透镜装置
技术领域
本实用新型主要涉及质谱领域中的电离源离子的聚焦和离子束的调节。
背景技术
随着社会的发展，便携式现场快速检测越来越迫切。质谱是一种常见的检测仪器，被广泛应用于环境的检测。
由于质谱的检测器和分析器对真空要求较高，而真空的获得一般是通过体积较大的分子泵获得的，这限制了便携式质谱的发展。为了缩小质谱的体积，将电离区和分析器做在一个腔体内，虽然可以减小分子泵的数目，从而减小质谱仪的体积，但为了保持腔体的高真空，样品的进样量会大大减小，从而限制了仪器的灵敏度。
如果将电离区和分析器分开，虽然可以提高一起的灵敏度，但需要一个与电离源相匹配的静电透镜装置，将电离区产生的离子传输到真空室中进行检测。
静电透镜，是一种电子透镜，一般是由中心开孔金属薄板或圆筒电极构成，在金属板或圆筒中施加一定的电位，就能够影响离子在透镜中的运动轨迹。在静电透镜的电极上面施加特定的电势时，可以把分散的离子或电子聚焦到特定的位置或整成一定形状。
通常离子源产生的离子流，不像激光那样是一个点电离源，激光电离时离子产生于激光焦点，离子流的强度高，空间分散小。对于大多数离子源，离子产生时的空间分散比较大，离子流比较弱，例如VUV灯电离源、化学电离源、以及辉光放电电离源。弱的离子流和大的空间分散给离子的检测造成了一定的困难。当将化学电离源、VUV灯电离源、以及辉光放电电离源同静电透镜结合起来时就可以减小空间分散和提高离子流的强度。
本实用新型的主要目的是提供一种静电场透镜装置，对空间分散大的离子进行聚焦调节，形成高密度的离子流。同时，在离子的传导过程中添加了一个skimmer电极，将电离区分为上下两部分，通过skimmer的小孔的流阻提高了电离区上端的气压，增加在电离区被电离的分子或原子数目，提高仪器的灵敏度。
通过skimmer小孔的气体和真空室内被分子泵排出的气体相同，有以下近似计算公式：
Q=P1*U1=P2*U2
P1为真空室的压强，U1可近似为真空室分子泵的流导。P2为电离区上端的压强，U2为skimmer的流导。U1的值要大于U2的值，所以电离区的压强P2要大于真空室的压强P1。通过控制skimmer锥形孔的尺寸，在电离区即使不添加抽气的真空泵，也可以使电离区的压强高于腔体1~3数量级左右，大大缩小了装置的体积。
本实用新型结构简单，体积小，加工装配方便，可靠性高，成本低。
实用新型内容
本实用新型的目的是在于提供一种基于VUV灯电离源的静电透镜装置，其作用是对电离区的离子进行收集和整形，同时提高电离区的压强，提高电离区离子的产生数目，从而提高仪器的灵敏度。
为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种差分式电离区装置包括电离区筒，盖板，电离区，离子聚焦透镜，skimmer电极和离子传导透镜。
所述的电离区筒为二端开口的中空筒状结构，电离区筒内沿轴向依次设置有离子聚焦透镜、skimmer电极、离子传导透镜和整形电极；
所述的电离区筒的中部径向设有中部带有通孔的隔板，隔板将电离区筒分成上、下二个腔室，skimmer电极放置于隔板上，skimmer电极与隔板上的通孔同轴；
所述的电离区筒的上开口端设有一盖板，盖板的中部设置有电离源的紫外光入射孔或入射窗；于靠近上开口端的电离区筒的侧壁上设置有进气口；于电离区筒的下开口端设有一真空室，真空室与电离区筒相连接处设有通孔，真空室通过通孔与电离区筒的下开口端相连通；整形电极覆盖于真空室的通孔上方；真空室与外界的真空泵相连。
所述的离子聚焦透镜由同轴设置的2片以上的圆孔状电极构成，圆孔状电极的轴截面为长方形、等腰梯形或“凸”字型。离子传导透镜由同轴设置的2片以上的圆孔状电极构成，圆孔状电极的轴截面为长方形。整形电极为圆孔状电极，圆孔状电极中心位置的小孔为离子通过孔，于整形电极的电极板面上设置有轴向的通孔作为偏心位置的透气孔。所述的skimmer电极为中空的圆柱状结构，于圆柱的上端侧壁上沿径向设置有圆环状凸台，圆柱的中空部分的轴截面为等腰梯形，即圆柱的中心通孔从上至下径向截面的内径逐渐增大。
所述的电离源的紫外光入射孔或入射窗、离子聚焦透镜、Skimmer电极、离子传导透镜、整形电极均为同轴设置。于远离电离区筒的紫外光入射孔或入射窗一侧的盖板上设有用于放置电离源的电离源筒，电离源发出的紫外光光路通过紫外光入射孔或入射窗沿离子聚焦透镜的轴线传递，紫外光入射孔或入射窗与离子聚焦透镜间的区域为电离区。
所述的离子聚焦透镜置于电离区筒的上腔室内；离子传导透镜和整形电极置于电离区筒的下腔室内。
所述的电离区筒开口端与盖板通过第一密封圈密封；skimmer电极与隔板通过第二密封圈密封；电离区筒的下开口端与真空室通过第三密封圈密封；电离区筒的上腔室和下腔室通过skimmer电极中心轴线上的小孔相连通。
所述的盖板上面的电离源筒内设置有电离源，气体样品通过进气口扩散到电离区并被电离，在电场的作用下离子经过聚焦、调焦、整形后到达离子探测器；离子探测器通过导线与外部的信号分析仪相连接。
附图说明
图1为装置示意图：1—电离区筒；2—盖板；3—电离区；4—离子聚焦透镜；5—Skimmer电极；6—离子传导透；7—第一密封圈；8—第二密封圈；9—真空室；10—第三密封圈；11—整形电极；12—进气口；
具体实施方式
本实用新型应用于质谱领域。利用skimmer电极5的小孔和真空室9的通孔将电离区3到真空室9分为三级，从而实现提高电离区气压的同时，不影响真空室9的高真空。在电离区筒1上腔室和电离区筒1下腔室内分别放置有离子聚焦透镜4和离子传导透镜6，对电离源产生的离子束的强度和速度进行调节。
如图1所示，气体样品通过电离区筒1上端壁上的进气口12进入电离区筒1中，当到达电离区3时，样品原子或分子发生电离，离子在电场的作用下经离子聚焦透镜4和skimmer电极5，然后进入电离区筒1下腔室，离子在电场的作用下通过离子传导透镜6，经过调焦后的离子束子具有一定的速度分布和能量分布，同时离子束的强度得到了提高。经过聚焦、调焦、整形后到达离子探测器。离子探测器通过导线与外部的信号分析仪相连接。
skimmer电极5放置在电离区筒1中间的隔板上，通过密封圈8进行密封，将电离区筒1分为上下两个腔室。电离区筒1的上腔室和电离区筒1的下腔室通过skimmer电极5轴线上的小孔相连通。
在盖板2的电离源筒中放置有电离源，电离区筒1上端与盖板2通过密封圈7密封；skimmer电极5与电离区筒1中的隔板通过密封圈8密封；电离区筒1下端与真空室9通过密封圈10密封。

Claims (8)

1.一种基于VUV灯电离源的静电透镜装置，其特征在于：
包括二端开口的中空筒状的电离区筒（1），于电离区筒（1）内沿轴向依次设置有离子聚焦透镜（4）、skimmer电极（5）、离子传导透镜（6）和整形电极（11）；
于电离区筒（1）的中部径向设有中部带有通孔的隔板，隔板将电离区筒（1）分成上、下二个腔室，skimmer电极（5）放置于隔板上，skimmer电极（5）与隔板上的通孔同轴；
于电离区筒（1）的上开口端设有一盖板(2)，盖板(2)的中部设置有电离源的紫外光入射孔或入射窗；
于靠近上开口端的电离区筒（1）的侧壁上设置有进气口（12）；
于电离区筒（1）的下开口端设有一真空室（9），真空室（9）与电离区筒（1）相连接处设有通孔，真空室（9）通过通孔与电离区筒（1）的下开口端相连通；整形电极（11）覆盖于真空室（9）的通孔上方；真空室（9）与外界的真空泵相连。
2.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
离子聚焦透镜（4）由同轴设置的2片以上的圆孔状电极构成，圆孔状电极的轴截面为长方形、等腰梯形或“凸”字型；
离子传导透镜（6）由同轴设置的2片以上的圆孔状电极构成，圆孔状电极的轴截面为长方形；
整形电极（11）为圆孔状电极，圆孔状电极中心位置的小孔为离子通过孔，于整形电极（11）的电极板面上设置有轴向的通孔作为偏心位置的透气孔。
3.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
所述的电离源的紫外光入射孔或入射窗、离子聚焦透镜（4）、Skimmer电极（5）、离子传导透镜（6）、整形电极（11）均为同轴设置。
4.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
于远离电离区筒（1）的紫外光入射孔或入射窗一侧的盖板（2）上设有用于放置电离源的电离源筒，电离源发出的紫外光光路通过紫外光入射孔或入射窗沿离子聚焦透镜（4）的轴线传递，紫外光入射孔或入射窗与离子聚焦透镜（4）间的区域为电离区（3）。
5.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
离子聚焦透镜（4）置于电离区筒（1）的上腔室内；离子传导透镜（6）和整形电极（11）置于电离区筒（1）的下腔室内。
6.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
电离区筒（1）上开口端与盖板通过第一密封圈（7）密封；skimmer电极（5）与隔板通过第二密封圈（8）密封；电离区筒（1）的下开口端与真空室（9）通过第三密封圈（10）密封；电离区筒（1）的上腔室和下腔室通过skimmer电极（5）中心轴线上的小孔相连通。
7.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
skimmer电极（5）为中空的圆柱状结构，于圆柱的上端侧壁上沿径向设置有圆环状凸台，圆柱的中空部分的轴截面为等腰梯形，即圆柱的中心通孔从上至下径向截面的内径逐渐增大。
8.根据权利要求1所述的静电透镜装置，其特征在于：
盖板（2）上面的电离源筒内设置有电离源，气体样品通过进气口（12）扩散到电离区（3）并被电离，在电场的作用下离子经过聚焦、调焦、整形后到达离子探测器；离子探测器通过导线与外部的信号分析仪相连接。
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