CN218867034U - 一种质谱仪激光光路装置及质谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及质谱仪技术领域，公开了一种质谱仪激光光路装置及质谱仪，所述激光光路装置包括激光器、第一光学机构、第二光学机构、第三光学机构、第四光学机构和离子源机构，激光器用于发射激光，第一光学机构包括透镜一和调节平台，第二光学机构包括反射镜片和承托座，第三光学机构包括衰减片，第四光学机构包括透镜二，离子源机构包括真空腔体，真空腔体中内设有离子源极片和靶片，真空腔体连接有支架，调节平台可上下移动地与支架连接，透镜一安装在调节平台上，承托座与支架连接，反射镜片可沿x轴方向、y轴方向和z轴方向移动地连接在承托座上，衰减片可绕其光轴旋转地连接在真空腔体上，实现了对光斑大小、位置和能量的调节。

Description

一种质谱仪激光光路装置及质谱仪

技术领域

本实用新型涉及质谱仪技术领域，特别是涉及一种质谱仪激光光路装置及质谱仪。

背景技术

质谱仪又称质谱计。分离和检测不同同位素的仪器。即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。

质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使样品在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。

目前，质谱通过采用激光照射到样品表面来实现对样品进行电离。要实现对样品的成功电离，是要有合适光斑大小及能量的激光照射到质谱仪器内的待测样品上，而激光光斑的位置和光斑直径大小以及光斑能量就直接影响到离子的初始分散速度进而影响仪器的分辨率等性能参数。由于待测样品的种类、大小不同，以及待测样品的位置放置有偏差，所以若激光光斑的位置和光斑直径大小以及光斑能量是固定的，那么很有可能激光激发不了待测样品，导致无法分析样品，并且只能测定特定的样品，适用性差，因此，为提高成功率，以及适应不同样品，需要设计一种激光光斑的位置和光斑直径大小以及光斑能量均能调节的光路装置。

现有技术公开了一种激光光学组件，所述激光光学组件包括：激光器，所述激光器用于发射激光；第一反射镜、第一电机，所述第一反射镜用于将所述激光器发射的激光进行反射，所述第一反射镜与所述第一电机的动力转轴相连，所述第一电机的动力转轴设置方向为第一方向，所述第一电机用于驱动所述第一反射镜绕所述第一方向进行摆动；第二反射镜与第二电机，所述第二反射镜用于将所述第一反射镜反射后的激光进行反射，所述第二反射镜反射出的激光用于送入到离子源腔体中，所述第二反射镜与所述第二电机的动力转轴相连，所述第二电机的动力转轴设置方向为第二方向，所述第二电机用于驱动所述第二反射镜绕所述第二方向进行摆动，所述第一方向与所述第二方向为两个不同方向。该专利仅能实现激光光斑位置的调节，对激光光斑的直径大小以及能量无法调节。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光斑可调节的质谱仪激光光路装置及质谱仪。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种质谱仪激光光路装置，包括激光器、第一光学机构、第二光学机构、第三光学机构、第四光学机构和离子源机构，所述激光器用于发射激光，所述第一光学机构包括透镜一和调节平台，所述第二光学机构包括反射镜片和承托座，所述第三光学机构包括衰减片，所述第四光学机构包括透镜二，所述离子源机构包括真空腔体，所述真空腔体中内设有离子源极片和靶片，所述透镜一、所述反射镜片、所述衰减片、所述透镜二、所述离子源极片和所述靶片由上至下依次设置，所述真空腔体连接有支架，所述调节平台可上下移动地与所述支架连接，所述透镜一安装在所述调节平台上，所述承托座与所述支架连接，所述反射镜片可沿x轴方向、y轴方向和z轴方向移动地连接在所述承托座上，所述衰减片可绕其光轴旋转地连接在所述真空腔体上。

作为优选方案，所述第一光学机构还包括螺旋测微器，所述螺旋测微器的尺架与所述支架连接，所述调节平台与所述螺旋测微器的测微螺杆连接。

作为优选方案，所述第一光学机构还包括安装件和第一锁紧件，所述调节平台设有贯穿其顶面和底面的安装孔，所述安装件包括相连接的第一安装部和第二安装部，所述第一安装部的直径均大于所述安装孔和所述第二安装部的直径，所述第二安装部穿过所述安装孔，所述安装件设有贯穿的第一通孔，所述第一通孔为台阶孔，所述透镜一的直径大于所述第一通孔小径段的直径，所述透镜一位于所述第一通孔的大径段中，所述第一锁紧件设有贯穿的第二通孔，所述第一锁紧件的底部伸入所述第一通孔中且与所述第一通孔的大径段螺纹连接。

作为优选方案，所述承托座设有容纳腔以及与所述容纳腔相通的第三通孔和第四通孔，所述反射镜片设于所述容纳腔中，所述透镜一反射的激光从所述第三通孔射入，经过所述反射镜片反射后经由所述第四通孔射出，所述承托座具有连接侧面，所述连接侧面与z轴方向成一定夹角以使所述连接侧面倾斜设置，所述反射镜片可沿靠近或远离所述连接侧面的方向移动地与所述连接侧面连接。

作为优选方案，所述第二光学机构还包括安装螺套和调节螺栓，所述承托座设有与所述容纳腔相通的连接孔，所述安装螺套安装于所述连接孔中，所述调节螺栓穿设于所述安装螺套中且与所述安装螺套螺纹连接，所述调节螺栓的一端与所述反射镜片连接。

作为优选方案，所述第三光学机构还包括调整舵机，所述调整舵机与所述真空腔体的外壁连接，所述衰减片连接在所述调整舵机的输出端上。

作为优选方案，所述第三光学机构还包括防尘罩，所述防尘罩与所述真空腔体的外壁连接，所述防尘罩罩设于所述衰减片上，所述防尘罩上设有供激光通过的第五通孔。

作为优选方案，所述真空腔体具有与其内部相通的光反射窗口和激光入射口，所述光反射窗口沿z轴方向设置，所述激光入射口的轴线与z轴方向成一定夹角，使所述激光入射口倾斜设置，所述透镜二安装于所述激光入射口中。

作为优选方案，所述第四光学机构包括第二锁紧件，所述第二锁紧件设有贯穿的第六通孔，所述第二锁紧件与所述真空腔体可拆卸连接，且所述第六通孔与所述激光入射口连通，所述透镜二设有一圈挡缘，所述第六通孔为台阶孔，所述挡缘的外径大于所述第六通孔小径段的孔径，所述透镜二位于所述第六通孔的小径段中，所述挡缘位于所述第六通孔的大径段中。

本发明还提供一种质谱仪，包括照明装置、成像装置和上述的质谱仪激光光路装置，所述质谱仪激光光路装置通过所述激光器发射的激光电离所述靶片上的样品，所述照明装置用于发出照射至样品表面的照明光，所述成像装置用于接收由所述样品反射的照明光以用于样品成像。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的第一光学机构通过设置可上下移动的调节平台，在调节平台上设置透镜一，通过调节平台的移动，可调节透镜一与激光器的距离，从而可调节激光光斑的大小；激光经过透镜一后，通过反射镜片反射至透镜二，再射至离子源极片和靶片上，反射镜片可沿x轴、y轴和z轴方向移动，通过调节反射镜片，可调整光斑在靶片x轴和y轴方向的位置。衰减片设置于反射镜片与透镜二之间，反射镜片反射的激光经过衰减片才射至透镜二，衰减片可降低激光的能量，通过衰减片的旋转角度可控制激光的射入样品表面的能量，实现对光斑能量的调节。

附图说明

图1是本实用新型实施例的质谱仪激光光路装置的第一视角结构示意图。

图2是本实用新型实施例的质谱仪激光光路装置的第二视角结构示意图。

图3是本实用新型实施例的质谱仪激光光路装置的剖视图。

图4是本实用新型实施例的质谱仪激光光路装置的爆炸图。

图5是本实用新型实施例的第一光学机构的爆炸图。

图6是本实用新型实施例的第二光学机构、第四光学机构、第三光学机构和离子源机构的第一视角爆炸图。

图7是本实用新型实施例的第二光学机构、第四光学机构、第三光学机构和离子源机构的第二视角爆炸图。

图中，100-激光器；200-第一光学机构；210-透镜一；220-调节平台；221-安装孔；230-螺旋测微器；240-安装件；241-第一安装部；242-第二安装部；243-第一通孔；250-第一锁紧件；251-第二通孔；300-第二光学机构；310-反射镜片；320-承托座；321-容纳腔；322-第三通孔；323-第四通孔；324-连接侧面；325-装卸口；326-防尘盖；330-安装螺套；340-调节螺栓；400-第四光学机构；410-透镜二；411-挡缘；420-第二锁紧件；421-第六通孔；500-离子源机构；510-真空腔体；511-光反射窗口；512-激光入射口；520-离子源极片；530-靶片；600-支架；700-第三光学机构；710-衰减片；720-调整舵机；730-防尘罩；731-第五通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“z轴方向”指上下方向，“x轴方向”指左右方向，“y轴方向”指前后；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1至图7所示，本实用新型优选实施例的一种质谱仪激光光路装置，包括激光器100、第一光学机构200、第二光学机构300、第三光学机构700、第四光学机构400和离子源机构500，激光器100用于发射激光，第一光学机构200包括透镜一210和调节平台220，第二光学机构300包括反射镜片310和承托座320，第三光学机构700包括衰减片710，第四光学机构400包括透镜二410，离子源机构500包括真空腔体510，真空腔体中510内设有离子源极片520和靶片530，透镜一210、反射镜片310、衰减片710、透镜二410、离子源极片520和靶片530由上至下依次设置，真空腔体510连接有支架600，调节平台220可上下移动地与支架600连接，透镜一210安装在调节平台220上，承托座320与支架600连接，反射镜片310可沿x轴方向、y轴方向和z轴方向移动地连接在承托座320上，衰减片710可绕其光轴旋转地连接在真空腔体510上。激光器100发出的激光经过透镜一210扩束后，再由反射镜片310反射，经过衰减片710，并射至透镜二410，经过透镜二410聚焦后依次通过离子源极片520和靶片530。靶片530用于放置待测样品。

本实施例的第一光学机构200通过设置可上下移动的的调节平台220，在调节平台220上设置透镜一210，通过调节平台220的移动，可调节透镜一210与激光器100的距离，从而可调节激光光斑的大小；激光经过透镜一210后，通过反射镜片310反射至透镜二410，再射至离子源极片520和靶片530上，反射镜片310可沿x轴、y轴和z轴方向移动，通过调节反射镜片310，可调整光斑在靶片530x轴和y轴方向的位置。衰减片710设置于反射镜片310与透镜二410之间，反射镜片310反射的激光经过衰减片710才射至透镜二410，衰减片710可降低激光的能量，通过衰减片710的旋转角度可控制激光的射入样品表面的能量，实现对光斑能量的调节。因此，本实施例的激光光路装置实现了对光斑大小、位置和能量的调节。

另外，本实施例的激光器100、透镜一210、反射镜片310、衰减片710、透镜二410、离子源极片520和靶片530由上至下依次设置，可充分利用垂向空间，减小装置的占地面积。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，在实施例一的基础上，本实施例对第一光学机构200作进一步的说明。

在本实施例中，第一光学机构200还包括螺旋测微器230，螺旋测微器230的尺架与支架600连接，调节平台220与螺旋测微器230的测微螺杆连接。螺旋测微器230是一种外径螺旋测微器，通过转动螺旋测微器230的旋钮，可带动其测微螺杆伸缩，因此可实现调节平台220的移动，并且可确保调节平台220上下垂直移动。

另外，本实施例的第一光学机构200还包括安装件240和第一锁紧件250，调节平台220设有贯穿其顶面和底面的安装孔221，安装件240包括相连接的第一安装部241和第二安装部242，第一安装部241的直径均大于安装孔221和第二安装部242的直径，第二安装部242穿过安装孔221，安装件240设有贯穿的第一通孔243，第一通孔243为台阶孔，透镜一210的直径大于第一通孔243小径段的直径，透镜一210位于第一通孔243的大径段中，第一锁紧件250设有贯穿的第二通孔252，第一锁紧件250的底部伸入第一通孔243中且与第一通孔243的大径段螺纹连接。通过安装件240和第一锁紧件250安装透镜一210，可实现透镜一210的快速安装和拆卸，且可使透镜一210在调节平台220上放置平稳。

本实施例的其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于，在实施例二的基础上，本实施例对第二光学机构300作进一步的说明。

在本实施例中，承托座320设有容纳腔321以及与容纳腔321相通的第三通孔322和第四通孔323，反射镜片310设于容纳腔321中，透镜一210反射的激光从第三通孔322射入，经过反射镜片310反射后经由第四通孔323射出，承托座320具有连接侧面324，连接侧面324与z轴方向成一定夹角以使连接侧面324倾斜设置，反射镜片310可沿靠近或远离连接侧面324的方向移动地与连接侧面324连接。由于连接侧面324倾斜设置，反射镜片310靠近或远离连接侧面324时，反射镜片310在沿x轴和z轴方向或y轴和z轴方向移动。本实施例的安装件240的底部插入第三通孔322中。

具体地，本实施例的第二光学机构300还包括安装螺套330和调节螺栓340，承托座320设有与容纳腔321相通的连接孔，安装螺套330安装于连接孔中，调节螺栓340穿设于安装螺套330中且与安装螺套330螺纹连接，调节螺栓340的一端与反射镜片310连接。通过转动调节螺栓340，可实现反射镜片310的移动。

此外，本实施例的承托座320的一侧设置装卸口325，装卸口325盖设有防尘盖326，防尘盖326与承托座320通过螺栓可拆卸连接。

本实施例的其他结构与实施例二相同，此处不再赘述。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于，在实施例三的基础上，本实施例对第三光学机构700作进一步的说明。

本实施例的第三光学机构700包括衰减片710，衰减片710位于反射镜片310与透镜二410之间。通过衰减片710可控制激光进入靶片530表面的能量。在本实施例中，激光经过透镜一210扩束在通过衰减片710，可保护衰减片710不被强激光能量所损坏。衰减片710为圆形渐进衰减片，具体地，本实施例的衰减片710采用圆形渐变中性密度滤光片，激光通过衰减片710的不同位置时，激光的衰减程度不同。

进一步地，本实施例的第三光学机构700还包括调整舵机720，调整舵机720与真空腔体510的外壁连接，衰减片710连接在调整舵机720的输出端上。通过控制调整舵机720转动的角度就可以控制激光进入芯片表面的能量。

另外，第三光学机构还包括防尘罩730，防尘罩730与真空腔体510的外壁连接，防尘罩730罩设于衰减片710上，防尘罩730上设有供激光通过的第五通孔731。设置防尘罩730的目的是防止灰尘落入到衰减片710上。

本实施例的其他结构与实施例三相同，此处不再赘述。

实施例五

本实施例与实施例四的区别在于，在实施例四的基础上，本实施例对第四光学机构400作进一步的说明。

在本实施例中，真空腔体510具有与其内部相通的光反射窗口511和激光入射口512，光反射窗口511沿z轴方向设置，激光入射口512的轴线与z轴方向成一定夹角，使激光入射口512倾斜设置，透镜二410安装于激光入射口512中。

另外，第四光学机构400包括第二锁紧件420，第二锁紧件420设有贯穿的第六通孔421，第二锁紧件420与真空腔体510可拆卸连接，且第六通孔421与激光入射口512连通，透镜二410设有一圈挡缘411，第六通孔421为台阶孔，挡缘411的外径大于第六通孔421小径段的孔径，透镜二410位于第六通孔421的小径段中，挡缘411位于第六通孔421的大径段中。设置挡缘411，方便透镜二410的定位安装和拆卸。

本实施例的其他结构与实施例四相同，此处不再赘述。

实施例六

本实施例提供一种质谱仪，质谱仪包括照明装置、成像装置和实施例一或实施例二或实施例三或实施例四或实施例五提供的质谱仪激光光路装置，质谱仪激光光路装置通过激光器(100)发射的激光电离靶片(530)上的样品，照明装置用于发出照射至样品表面的照明光，成像装置用于接收由所述样品反射的照明光以用于样品成像。

综上，本实用新型实施例提供一种质谱仪激光光路装置，其第一光学机构200通过设置可沿z轴方向设置的调节平台220，在调节平台220上设置透镜一210，通过调节平台220的移动，可调节透镜一210与激光器100的距离，从而可调节激光光斑的大小；激光经过透镜一210后，通过反射镜片310反射至透镜二410，再射至离子源极片520和靶片530上，反射镜片310可沿x轴、y轴和z轴方向移动，通过调节反射镜片310，可调整光斑在靶片530x轴和y轴方向的位置；并且，通过调整舵机720的转动，可带动衰减片710转动，控制激光进入靶片530表面的能量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种质谱仪激光光路装置，其特征在于，包括激光器(100)、第一光学机构(200)、第二光学机构(300)、第三光学机构(700)、第四光学机构(400)和离子源机构(500)，所述激光器(100)用于发射激光，所述第一光学机构(200)包括透镜一(210)和调节平台(220)，所述第二光学机构(300)包括反射镜片(310)和承托座(320)，所述第三光学机构(700)包括衰减片(710)，所述第四光学机构(400)包括透镜二(410)，所述离子源机构(500)包括真空腔体(510)，所述真空腔体(510)内设有离子源极片(520)和靶片(530)，所述透镜一(210)、所述反射镜片(310)、所述衰减片(710)、所述透镜二(410)、所述离子源极片(520)和所述靶片(530)由上至下依次设置，所述真空腔体(510)连接有支架(600)，所述调节平台(220)可上下移动地与所述支架(600)连接，所述透镜一(210)安装在所述调节平台(220)上，所述承托座(320)与所述支架(600)连接，所述反射镜片(310)可沿x轴方向、y轴方向和z轴方向移动地连接在所述承托座(320)上，所述衰减片(710)可绕其光轴旋转地连接在所述真空腔体(510)上。

2.根据权利要求1所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述第一光学机构(200)还包括螺旋测微器(230)，所述螺旋测微器(230)的尺架与所述支架(600)连接，所述调节平台(220)与所述螺旋测微器(230)的测微螺杆连接。

3.根据权利要求1所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述第一光学机构(200)还包括安装件(240)和第一锁紧件(250)，所述调节平台(220)设有贯穿其顶面和底面的安装孔(221)，所述安装件(240)包括相连接的第一安装部(241)和第二安装部(242)，所述第一安装部(241)的直径均大于所述安装孔(221)和所述第二安装部(242)的直径，所述第二安装部(242)穿过所述安装孔(221)，所述安装件(240)设有贯穿的第一通孔(243)，所述第一通孔(243)为台阶孔，所述透镜一(210)的直径大于所述第一通孔(243)小径段的直径，所述透镜一(210)位于所述第一通孔(243)的大径段中，所述第一锁紧件(250)设有贯穿的第二通孔(251)，所述第一锁紧件(250)的底部伸入所述第一通孔(243)中且与所述第一通孔(243)的大径段螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述承托座(320)设有容纳腔(321)以及与所述容纳腔(321)相通的第三通孔(322)和第四通孔(323)，所述反射镜片(310)设于所述容纳腔(321)中，所述透镜一(210)反射的激光从所述第三通孔(322)射入，经过所述反射镜片(310)反射后经由所述第四通孔(323)射出，所述承托座(320)具有连接侧面(324)，所述连接侧面(324)与z轴方向成一定夹角以使所述连接侧面(324)倾斜设置，所述反射镜片(310)可沿靠近或远离所述连接侧面(324)的方向移动地与所述连接侧面(324)连接。

5.根据权利要求4所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述第二光学机构(300)还包括安装螺套(330)和调节螺栓(340)，所述承托座(320)设有与所述容纳腔(321)相通的连接孔，所述安装螺套(330)安装于所述连接孔中，所述调节螺栓(340)穿设于所述安装螺套(330)中且与所述安装螺套(330)螺纹连接，所述调节螺栓(340)的一端与所述反射镜片(310)连接。

6.根据权利要求1所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述第三光学机构(700)还包括调整舵机(720)，所述调整舵机(720)与所述真空腔体(510)的外壁连接，所述衰减片(710)连接在所述调整舵机(720)的输出端上。

7.根据权利要求1所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述第三光学机构(700)还包括防尘罩(730)，所述防尘罩(730)与所述真空腔体(510)的外壁连接，所述防尘罩(730)罩设于所述衰减片(710)上，所述防尘罩(730)上设有供激光通过的第五通孔(731)。

8.根据权利要求1所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述真空腔体(510)具有与其内部相通的光反射窗口(511)和激光入射口(512)，所述光反射窗口(511)沿z轴方向设置，所述激光入射口(512)的轴线与z轴方向成一定夹角，使所述激光入射口(512)倾斜设置，所述透镜二(410)安装于所述激光入射口(512)中。

9.根据权利要求8所述的质谱仪激光光路装置，其特征在于，所述第四光学机构(400)包括第二锁紧件(420)，所述第二锁紧件(420)设有贯穿的第六通孔(421)，所述第二锁紧件(420)与所述真空腔体(510)可拆卸连接，且所述第六通孔(421)与所述激光入射口(512)连通，所述透镜二(410)设有一圈挡缘(411)，所述第六通孔(421)为台阶孔，所述挡缘(411)的外径大于所述第六通孔(421)小径段的孔径，所述透镜二(410)位于所述第六通孔(421)的小径段中，所述挡缘(411)位于所述第六通孔(421)的大径段中。

10.一种质谱仪，其特征在于，包括照明装置、成像装置和权利要求1-9任一项所述的质谱仪激光光路装置，所述质谱仪激光光路装置通过所述激光器(100)发射的激光电离所述靶片(530)上的样品，所述照明装置用于发出照射至样品表面的照明光，所述成像装置用于接收由所述样品反射的照明光以用于样品成像。

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