CN2143779Y

CN2143779Y - 双轨道磁式扇形质谱计

Info

Publication number: CN2143779Y
Application number: CN 92245215
Authority: CN
Inventors: 季欧; 游龙翔; 郭光真; 陈新
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 1992-12-12
Filing date: 1992-12-12
Publication date: 1993-10-13
Anticipated expiration: 2002-12-12

Abstract

本实用新型提供一种双轨道磁式扇形质谱计，包括离子源、双轨道扇形磁分析器、离子检测器等，设有供离子偏转角分别为90°和60°的小轨道和大轨道运动的真空室中管和右管，分别与检测器连接。其加速电压变化范围远小于单轨道仪器，不仅便于电源部件的制作，而且减小由于加速电压大幅度变化引起的质量歧视，另外离子的入、出射臂长短，仪器结构紧凑，分辨本领提高，可用于检测H₂、He、O₂、CO等常见气体和其他多种蒸气分子。

Description

本实用新型涉及一种磁式质谱计。

在磁式质谱计中，通常设置单一的离子检测器，采用电扫描或磁扫描方式顺序测量不同质荷比的离子流；根据离子加速电压或磁场强度得出定性结果，根据离子流强度得出定量结果。

已有的磁式质谱计包括离子源、质量分析器、离子检测器、真空系统与电测系统。

实行磁扫描时，加速电压恒定，仪器的灵敏度与分辨本领的变化较小；然而，需采用直流电磁铁及高稳定度的励磁电源，且离子质量与磁场强度呈现平方关系，难以准确测定。电扫描方式只需采用永久磁铁，且离子质量与加速电压呈线性关系，便于准确测量；然而，存在着由于加速电压变化引起的质量歧视效应，即离子质量与加速电压呈反比关系，测定大质量时，仪器的灵敏度与分辨本领随着加速电压的降低而下降。

本实用新型的目的在于提供一种双轨道检测，减小加速电压变化范围与质量歧视效应的磁式扇形质谱计。

双轨道磁式扇形质谱计包括离子源、双轨道扇形磁分析器、离子检测器、真空系统与电测系统等部分。离子源的输入端与进样管道连接。双轨道扇形磁分析器包括连接管道、真空室和永久磁铁，双轨道扇形磁分析器真空室的左管与离子源的输出端连接；供离子偏转角φ₁＝90°小轨道运动的真空室中管与小轨道离子检测器连接；供离子偏转角φ₂＝60°大轨道运动的真空室右管与大轨道离子检测器连接。真空系统可采用机械泵与油扩散泵分别对整个扇形磁分析器内部抽低、高真空。被检测的离子电流分别经直流放大器后由记录仪记录。真空室采用非磁性金属材料。

本实用新型对质谱计的核心部件——质量分析器进行改进，采用永久磁铁产生扇形均匀磁场，以电扫描方式记录多质量离子的质谱；利用双轨道分别测量不同质量的离子，其中，大轨道的离子偏转角φ₁＝60°，小轨道的离子偏转角φ₂＝90°，由于双轨道仪器的加速电压变化范围远小于常见的单轨道仪器，不仅便于电源部件的制作，而且在很大程度上减小由于加速电压大幅度变化引起的质量歧视；采用倾斜出射、入射方式，使得离子的入射与出射臂长比已有的离子偏转角φ为60°的直射式质谱计的臂长短，因此仪器结构较为紧凑，虽然质量色散相应减小，但由于消灭了二级径向球形象差，其分辨本领可高于已有的直射式仪器。另外，减小了磁极面积。本实用新型可用于检测H₂、H_e、N_e、N₂、O₂、CO、CO₂、CH₄、Ar等常见气体和其他多种蒸汽分子，广泛应用于教学、科研和生产等领域。

图1为双轨道磁式扇形质谱计的结构示意图。

图2为扇形磁分析器的离子光学系统。

图3为扇形磁分析器的真空室结构示意图。

实施例：如图1所示，本实用新型包括离子源（4）、双轨道扇形磁分析器（6）、离子检测器（7，9）、真空系统（14～19）与电测系统（10～13）等。储样器（1）中的气体样品（设含有空心的圆形与三角形表示两种气体分子）通过阀门（2）与进样管道（3）输入到离子源的电离室中，气体分子被直热式阴极发射的电子轰击后，失去价电子而成为正离子（分别用实心的圆形与三角形表示），利用静电透镜将离子加速并聚焦成矩形离子束，通过出口缝S₁进入磁分析器真空室的左管（5），在永久磁铁（61）产生的扇形磁场作用下，离子进行圆周运动，小质量的离子沿着小轨道进入检测器（7）的入口缝S₂₁，大质量的离子沿着大轨道运动，并且通过真空室的右管（8）进入检测器（9）的入口缝S₂₂，被检测的离子电流分别由直流放大器（10）与（11）进行放大，然后由记录仪（12）与（13）分别记录大、小质量范围的质谱。

为了避免离子与气体分子碰撞产生散射效应，必须保证离子在高真空条件下运行，因此，采用机械泵（14）与油扩散泵（15）分别对整个分析器内部抽低、高真空，并用热偶规（16）与热偶真空计（17）以及电离规（18）与电离真空计（19）测量真空度。另由离子源供电部件（20）提供阴极与静电透镜所需电能。

如图2所示的分析器离子光学系统，采用永久磁铁产生扇形均匀磁场，利用双轨道分别测量不同质量的离子，大轨道的离子轨道半径为R₁，离子偏转角φ₁＝60°，离子源出口缝S₁，离子检测器入口缝S₂₂，入射臂长L₁等于出射臂长L₂；小轨道半径为R₂，离子偏转角φ₂≈90°，入射臂长L₁，出射臂长≈0，离子检测器入口缝S₂₁。常见的φ₁＝60°的直射式（ε₁＝ε₂＝0）仪器的磁极边界如图2的a₁b₁c₁d₁所示，臂长L₁＝L₂＝

R₁。本设计采用倾斜出射、入射方式（取ε₁＝ε₂＝－16.1°），磁极边界为a₂b₂c₂d₂，臂长L₁＝L₂＝2

R₁／3。

为提供离子束在高真空条件下运动的空间，设计了图3所示真空室（6）其中结构件均采用非磁性不锈钢制成，所有固定连接处均采用氩弧焊确保密封性；左管（5）接通离子源，右管（8）接通大轨道检测器，中管（21）接通小轨道检测器；真空室由整块厚板制成，上、下位于置放磁铁的中部厚度减小，以便配合磁极产生所需的磁场强度；采用上、下薄板实现中部挖空面积与大气之间的隔离。

Claims

1、一种双轨道磁式扇形质谱计，包括离子源、磁分析器、离子检测器、真空系统和电测系统，离子源的输入端与进样管道连接，磁分析器包括连接管道、真空室和永久磁铁，其特征在于采用双轨道扇形磁分析器，其真空室的左管与离子源的输出端连接，供离子偏转角Φ₁=90°小轨道运动的真空室中管与小轨道离子检测器连接，供离子偏转角Φ₂=60°大轨道运动的真空室右管与大轨道离子检测器连接。

2、如权利要求1所述的质谱计，其特征在于所说的真空室采用非磁性金属材料。

3、如权利要求1或2所述的质谱计，其特征在于真空室采用整块板材，中部放置磁极。

4、如权利要求2所述的质谱计，其特征在于所说的非磁性金属材料采用不锈钢。