專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器。
背景技術(shù)：
飛行時(shí)間質(zhì)量分析器(time-of-flight mass analyzer)原理為真空環(huán)境下，獲得相同加速能量的不同離子，將擁有不同的飛行速度，則通過(guò)一定長(zhǎng)度無(wú)場(chǎng)飛行后，離子將按照其質(zhì)荷比的大小得以分離檢測(cè)。這種質(zhì)量分離技術(shù)分辨率、靈敏度高，無(wú)質(zhì)量檢測(cè)上限，具有微秒級(jí)檢測(cè)速度，且能在一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)完成全譜檢測(cè)，被廣泛應(yīng)用于化工、能源、 醫(yī)藥、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域。基于其原理及特點(diǎn)可知，單極性的飛行時(shí)間質(zhì)量分析器只能檢測(cè)一種極性的離子，如果要實(shí)現(xiàn)雙極性離子同時(shí)檢測(cè)，就需要完整的兩套飛行時(shí)間質(zhì)量分析器。常規(guī)直線式雙極性飛行時(shí)間質(zhì)量分析器中，由于直線式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，正負(fù)離子分析系統(tǒng)只能正對(duì)排列，空間利用率不高；同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高分辨和高質(zhì)量檢測(cè)范圍，需要較長(zhǎng)的離子有效飛行長(zhǎng)度，造成了直線式雙極飛行時(shí)間質(zhì)量分析器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但性能不高，體積大，重量重，進(jìn)一步影響了真空系統(tǒng)及電系統(tǒng)的配置，使真空及電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作、維護(hù)更為復(fù)雜且增加了儀器成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，提高了分析器的空間利用率，縮小了分析器的體積。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，包括電離引出區(qū)、正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，所述電離引出區(qū)位于正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器與負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的之間，電離引出區(qū)及正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器呈“Z”型組合排列，形成反射式結(jié)構(gòu)。所述電離引出區(qū)位于整個(gè)裝置對(duì)稱(chēng)中心，正離子及負(fù)離子由此區(qū)域同時(shí)電離產(chǎn)生。電離引出區(qū)電離方式可以是脈沖式激光電離，也可以是其它電離方式如電子轟擊源等。所述正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器由正離子加速區(qū)、正離子聚焦透鏡、正離子反射區(qū)、正離子漂移區(qū)及正離子檢測(cè)區(qū)相連接組成。所述負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器由負(fù)離子加速區(qū)、負(fù)離子聚焦透鏡、負(fù)離子反射區(qū)、負(fù)離子漂移區(qū)及負(fù)離子檢測(cè)區(qū)相連接組成。所述正離子聚焦透鏡、負(fù)離子聚焦透鏡分別置于正離子漂移區(qū)、負(fù)離子漂移區(qū)內(nèi)， 用于調(diào)節(jié)離子束寬度。所述正離子反射區(qū)、負(fù)離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負(fù)離子加速區(qū)成大于0° 且小于45°的夾角放置，以控制離子飛行路徑，保證檢測(cè)效率；所述正離子反射區(qū)、負(fù)離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負(fù)離子加速區(qū)成4. 5°夾角，偏轉(zhuǎn)方向相反，使離子成相反方向偏轉(zhuǎn)約9°反射。所述正離子檢測(cè)區(qū)和負(fù)離子檢測(cè)區(qū)分別置于正、負(fù)離子的反射路徑上。所述正、負(fù)離子加速區(qū)及反射區(qū)可以是有網(wǎng)的或無(wú)網(wǎng)的。所述正、負(fù)離子聚焦透鏡是常規(guī)的一維或二維靜電透鏡。所述正、負(fù)離子聚焦透鏡可分別由正離子加速區(qū)和負(fù)離子加速區(qū)通過(guò)在極片上施加聚焦透鏡電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述正、負(fù)離子檢測(cè)區(qū)為常規(guī)的雙片微通道板組成的離子檢測(cè)器。所述正、負(fù)離子檢測(cè)區(qū)分別與正、負(fù)離子加速區(qū)成5度夾角放置。所述正、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器施加相反極性電壓。所述電離引出區(qū)施加電壓可以直流的，也可以是脈沖式的。本發(fā)明的工作原理是電離引出區(qū)產(chǎn)生的正負(fù)離子，在引出區(qū)強(qiáng)靜電場(chǎng)或脈沖電場(chǎng)的作用下，分別朝相反的方向飛出，針對(duì)其中任一極性的離子而言，離子經(jīng)加速區(qū)后獲得相同的動(dòng)能，則不同質(zhì)荷比的離子將擁有不同的飛行速度，質(zhì)荷比小的離子飛行速度快，質(zhì)荷比大的離子飛行速度慢，通過(guò)一定距離的無(wú)場(chǎng)飛行，再經(jīng)反射區(qū)反射后，按其質(zhì)荷比大小進(jìn)行分離；最終質(zhì)荷比小的離子先聚焦到達(dá)檢測(cè)區(qū)得以檢測(cè)，質(zhì)荷比大的離子后聚焦到達(dá)檢測(cè)區(qū)，得以檢測(cè)形成飛行時(shí)間質(zhì)量譜。本發(fā)明的原理還在于瞬時(shí)電離生成的正負(fù)離子得以同時(shí)檢測(cè)，一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)即可得到完整正負(fù)離子質(zhì)量譜。通過(guò)靜電聚焦透鏡可以控制離子束寬度，來(lái)保證離子的傳輸效率。通過(guò)調(diào)節(jié)反射區(qū)放置角度來(lái)控制離子飛行路徑，在保證性能的前提下優(yōu)化整個(gè)分析器結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)節(jié)各加速及反射電極電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸過(guò)程中相同質(zhì)荷比離子的空間聚
焦ο與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果本結(jié)構(gòu)在離子產(chǎn)生后，可同時(shí)進(jìn)行正負(fù)離子檢測(cè)，真實(shí)反映樣品成分信息；所采用的反射式結(jié)構(gòu)，并呈“Z”字型結(jié)構(gòu)排列，不僅增加離子的有效飛行長(zhǎng)度，提高了分析器性能，并且使結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，大幅提高空間利用率。同時(shí)，采用靜電聚焦透鏡技術(shù)提高離子的傳輸效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可見(jiàn)，本裝置包括電離引出區(qū)和正、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器三部分。所述的電離引出區(qū)2位于整個(gè)裝置對(duì)稱(chēng)中心，正離子6，負(fù)離子12由此區(qū)域同時(shí)電
離產(chǎn)生。所述的正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器由正離子加速區(qū)3、正離子聚焦透鏡4、正離子漂移區(qū)5、正離子反射區(qū)7、正離子檢測(cè)區(qū)1組成。所述的負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器由負(fù)離子加速區(qū)9、負(fù)離子聚焦透鏡10、負(fù)離子漂移區(qū)11、負(fù)離子反射區(qū)13、負(fù)離子檢測(cè)區(qū)8組成。所述的飛行時(shí)間質(zhì)量分析器采用反射式結(jié)構(gòu)，并呈“Z”型組合排列；正離子聚焦透鏡4和負(fù)離子聚焦透鏡10分別置于正離子漂移區(qū)5和負(fù)離子漂移區(qū)11內(nèi)，用于調(diào)節(jié)離子束寬度；正離子反射區(qū)7和負(fù)離子反射區(qū)13與正離子加速區(qū)3和負(fù)離子加速區(qū)9成約 4.5°夾角，偏轉(zhuǎn)方向相反，使離子成相反方向偏轉(zhuǎn)約9°反射；正離子檢測(cè)區(qū)1和負(fù)離子檢測(cè)區(qū)8分別置于正、負(fù)離子的反射路徑上。正離子檢測(cè)區(qū)1與正離子加速區(qū)成5度夾角放置，負(fù)離子檢測(cè)區(qū)8與負(fù)離子加速區(qū)成5度夾角放置。所述的電離引出區(qū)電場(chǎng)約為4X105V/m，正、負(fù)離子加速電壓約為-/+4000V，整個(gè)裝置置于真空環(huán)境優(yōu)于1 X IO-4Pa0電離引出區(qū)2生成的正離子6經(jīng)正離子加速區(qū)3加速后，穿過(guò)正離子聚焦透鏡4 及正離子漂移區(qū)5，再由正離子反射區(qū)7偏轉(zhuǎn)反射至正離子檢測(cè)區(qū)1得以分離檢測(cè)。電離引出區(qū)2生成的負(fù)離子12經(jīng)負(fù)離子加速區(qū)9加速后，穿過(guò)負(fù)離子聚焦透鏡10 及負(fù)離子漂移區(qū)11，再由負(fù)離子反射區(qū)13偏轉(zhuǎn)反射至負(fù)離子檢測(cè)區(qū)8得以分離檢測(cè)。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，包括電離引出區(qū)、正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述電離引出區(qū)位于正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器與負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的之間；電離引出區(qū)及正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、 負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器呈“Z”型組合排列，形成反射式結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述電離引出區(qū)位于整個(gè)裝置對(duì)稱(chēng)中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器由正離子加速區(qū)、正離子聚焦透鏡、正離子反射區(qū)、正離子漂移區(qū)及正離子檢測(cè)區(qū)相連接組成；所述負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器由負(fù)離子加速區(qū)、負(fù)離子聚焦透鏡、負(fù)離子反射區(qū)、負(fù)離子漂移區(qū)及負(fù)離子檢測(cè)區(qū)相連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正離子聚焦透鏡、負(fù)離子聚焦透鏡分別置于正離子漂移區(qū)、負(fù)離子漂移區(qū)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正離子反射區(qū)、負(fù)離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負(fù)離子加速區(qū)成大于0°且小于45°的夾角放置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正離子反射區(qū)、負(fù)離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負(fù)離子加速區(qū)成4. 5°夾角，偏轉(zhuǎn)方向相反， 使離子成相反方向偏轉(zhuǎn)約9°反射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正離子檢測(cè)區(qū)和負(fù)離子檢測(cè)區(qū)分別置于正、負(fù)離子的反射路徑上；正離子檢測(cè)區(qū)與正離子加速區(qū)成5度夾角放置，負(fù)離子檢測(cè)區(qū)與負(fù)離子加速區(qū)成5度夾角放置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正、負(fù)離子加速區(qū)及反射區(qū)是有網(wǎng)的或無(wú)網(wǎng)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正、負(fù)離子聚焦透鏡是一維或二維靜電透鏡，或?yàn)殡p片微通道板組成的離子檢測(cè)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極性反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述正、 負(fù)離子聚焦透鏡分別由正離子加速區(qū)和負(fù)離子加速區(qū)通過(guò)在極片上施加聚焦透鏡電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙極性飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，包括電離引出區(qū)、正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器，其特征在于所述電離引出區(qū)位于正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器與負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的之間；電離引出區(qū)及正離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、負(fù)離子飛行時(shí)間質(zhì)量分析器呈“Z”型組合排列，形成反射式結(jié)構(gòu)。不僅增加離子的有效飛行長(zhǎng)度，提高了分析器性能，并且使結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，大幅提高空間利用率。同時(shí)，采用靜電聚焦透鏡技術(shù)提高離子的傳輸效率。
文檔編號(hào)H01J49/40GK102568997SQ20121000741
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者周振, 朱輝, 李梅, 李磊, 董俊國(guó), 高偉, 黃正旭 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 廣州禾信分析儀器有限公司