專利名稱：一種電子碰撞電離源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種質(zhì)譜以及氣體離子反應(yīng)用的離子源，尤其涉及一種利用電子碰撞產(chǎn)生離子的可控電子束束斑大小及可控連續(xù)電離或脈沖電離的離子源。
背景技術(shù)：
電離源是質(zhì)譜分析、碰撞反應(yīng)及其他原子、分子物理或化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域的一個(gè)重要部件。分子或原子的電離方式有多種方法，其中發(fā)展最早的為電子碰撞電離。目前文獻(xiàn)報(bào)道或儀器廠家使用的電子碰撞電離源大部分都是利用磁場(chǎng)約束電子運(yùn)動(dòng)軌跡，增加碰撞幾率。傳統(tǒng)的離子源有幾個(gè)缺點(diǎn)，第一，因?yàn)橛写艌?chǎng)的存在，電離區(qū)域的溫度必須嚴(yán)格控制，否則可能會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)退磁，電離不穩(wěn)定。第二，離子源先是電離出離子，然后再用電場(chǎng)引出離子，不能實(shí)現(xiàn)原位電離和原位分析。第三，電離輸出不能脈沖輸出。以上幾點(diǎn)原因?qū)е聜鹘y(tǒng)的電子碰撞電離源一般用于四級(jí)桿質(zhì)譜分析系統(tǒng)。而飛行時(shí)間質(zhì)譜系統(tǒng)要想使用該源，就 必須要對(duì)離子流進(jìn)行一系列的壓縮，控制不好，離子流就出現(xiàn)發(fā)散和損耗，嚴(yán)重影響質(zhì)譜的分辨率和靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用電場(chǎng)來(lái)約束電子運(yùn)動(dòng)軌跡，使產(chǎn)生的電子束輸出形成一種高密度、低分散能連續(xù)輸出或脈沖輸出的電子束，同時(shí)可以調(diào)節(jié)壓縮電子束的寬度；并使電子束能直接打到靶向電離空間或物體上，實(shí)現(xiàn)原位電離。本發(fā)明的原理是利用電場(chǎng)形成的電子透鏡對(duì)由燈絲熱發(fā)射形成的電子束進(jìn)行約束、調(diào)整和控制。由于電子質(zhì)量小，所以電子透鏡的電場(chǎng)和空間就可以做的非常簡(jiǎn)潔和小巧。本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)包括燈絲、燈絲支架、加速拉出電極及聚焦電極。其組成結(jié)構(gòu)是在一個(gè)圓形的法蘭盤上方左右各安裝一對(duì)燈絲支架，燈絲支架是由兩個(gè)絕緣陶瓷柱通過(guò)上端的金屬夾來(lái)支撐夾持發(fā)射電子的燈絲；法蘭盤的中間開有狹縫用于引出電子束，法蘭盤中間的上方通過(guò)四個(gè)螺紋柱和陶瓷墊片來(lái)支撐上部的電子加速拉出電極和下部的電子聚焦電極，電子加速拉出電極分為上端電極、下端電極、接地電極，該三種電子加速拉出電極的形狀是中間有一個(gè)長(zhǎng)方型狹縫的長(zhǎng)方體薄金屬片，在電子加速拉出電極的下部設(shè)有聚焦電極，聚焦電極分為上聚焦電極、下聚焦電極，聚焦電極的外形和電子加速拉出電極一致，也帶有長(zhǎng)方型狹縫，其厚度要比電子加速拉出電極厚3-4倍。燈絲位于法蘭盤狹縫和電子加速拉出電極狹縫及聚焦電極狹縫的中心線所形成的平面內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以利用電場(chǎng)來(lái)約束電子運(yùn)動(dòng)軌跡避免了有磁場(chǎng)存在下需要控制電離區(qū)溫度的缺點(diǎn)，通過(guò)控制電場(chǎng)的電壓使產(chǎn)生的電子束既可以連續(xù)輸出，也可以脈沖輸出，而且電子束的寬度可以調(diào)節(jié)壓縮的很窄直接打到想要電離的位置空間，特別適用于飛行時(shí)間質(zhì)譜的原位電離和快速分析需要。另外燈絲的加熱作用不僅可以用來(lái)穩(wěn)定地產(chǎn)生電子束，同時(shí)也使得電極周邊溫度升高，減小吸附帶來(lái)的殘留問題。


圖I為離子源結(jié)構(gòu)圖 圖2為離子源結(jié)構(gòu)俯視圖
圖3a為燈絲支架金屬夾墊片圖 圖3b為圖3a的A-A剖視圖 圖4為燈絲結(jié)構(gòu)圖 圖5a為電子加速拉出電極圖 圖5b為電子加速拉出電極的側(cè)視圖 圖6a為電子聚焦電極圖 圖6b為電子聚焦電極的側(cè)視圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)內(nèi)容。在圓形的法蘭盤I的上方左右各安裝一對(duì)燈絲支架2，見圖I、圖2，燈絲支架2是陶瓷柱體，該柱體的上端設(shè)有金屬夾3，夾持燈絲4的金屬夾3分上下兩片，見圖3，上片為壓片，下片為墊片，墊片的特點(diǎn)是中間帶有一個(gè)定位槽，使燈絲4準(zhǔn)確定位在中間位置。燈絲在加熱的過(guò)程中會(huì)變形，為了保持燈絲在任何時(shí)候都是直線狀態(tài)，燈絲4的一頭與帶有彈性的鋼圈點(diǎn)焊連接，見圖4，這樣對(duì)燈絲就產(chǎn)生一個(gè)彈性力使其始終保持緊繃狀態(tài)，以達(dá)到電場(chǎng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。發(fā)射電子的燈絲可為鎢絲或鑰絲或涂有稀土元素的復(fù)合電子發(fā)射燈絲。法蘭盤I的中間開有狹縫用于引出電子束，法蘭盤同時(shí)接地作為一個(gè)地極使用。法蘭盤I中間的上方依靠四個(gè)螺紋柱10和陶瓷墊片11由上到下來(lái)支撐三個(gè)電子加速拉出電極，即上端電極5、下端電極6、接地電極7和兩個(gè)聚焦電極即上聚焦電極8和下聚焦電極9。上述電子加速拉出電極和聚焦電極與法蘭盤皆采用耐高溫不銹鋼或鎢或鑰金屬材質(zhì)，且表面要做鏡面拋光處理，以達(dá)到良好的電場(chǎng)均勻性和較小的氣體吸附效應(yīng)。每一個(gè)電子加速拉出電極的中間都開有一個(gè)長(zhǎng)方形的狹縫，由于電子的質(zhì)量非常小，所以對(duì)電場(chǎng)的均勻性及邊緣效應(yīng)要求非常高，電子加速拉出電極都要做成非常薄的片子，厚度不大于O. 5毫米，其中上端電極5中間部位帶有長(zhǎng)方形的凸臺(tái)，見圖5，凸臺(tái)的目的是避免電離或熱揮發(fā)物質(zhì)對(duì)絕緣陶瓷的污染，并能使上端電極5和相對(duì)的下端電極6之間形成均勻穩(wěn)定的電場(chǎng)。電極7是接地電極，通過(guò)對(duì)上端電極5和下端電極6施加不同的負(fù)壓來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)電場(chǎng)電壓使電子獲得加速并形成初步聚焦出射。上端電極5和下端電極6之間的距離是下端電極6和接地電極7的距離的兩倍。兩個(gè)聚焦電極，即上聚焦電極8、下聚焦電極9的形狀和電子加速拉出電極相同，見圖6，電極的中間部位帶有同樣的一個(gè)長(zhǎng)方型狹縫，不同的就是聚焦電極的厚度要比加速拉出電極厚3-4倍。原因就是其上加的是正電壓，要在接地電極7和法蘭盤I之間形成一個(gè)較長(zhǎng)的電子透鏡，這樣形成的電子透鏡焦距長(zhǎng)，壓縮的電子密度大。燈絲位于法蘭盤狹縫和電子加速拉出電極狹縫及聚焦電極狹縫的中心線所形成的平面內(nèi)。根據(jù)具體要求也可以將本發(fā)明的整體裝置安裝在方形或橢圓形或多邊形的法蘭盤上。
權(quán)利要求
1.一種電子碰撞電離源，包括燈絲、燈絲支架、加速拉出電極及聚焦電極，其特征是在一個(gè)圓形的法蘭盤上方左右各安裝一對(duì)燈絲支架，燈絲支架是由兩個(gè)絕緣陶瓷柱通過(guò)上端的金屬夾來(lái)支撐夾持發(fā)射電子的燈絲；法蘭盤的中間開有狹縫，法蘭盤中間的上方通過(guò)四個(gè)螺紋柱和陶瓷墊片來(lái)支撐上部的電子加速拉出電極和下部的電子聚焦電極，電子加速拉出電極分為上端電極、下端電極、接地電極，該三種電子加速拉出電極的形狀是中間有一個(gè)長(zhǎng)方型狹縫的長(zhǎng)方體薄金屬片，在電子加速拉出電極的下部設(shè)有聚焦電極，聚焦電極分為上聚焦電極、下聚焦電極，聚焦電極的外形和電子加速拉出電極一致，也帶有長(zhǎng)方型狹縫，其厚度要比電子加速拉出電極厚3-4倍，燈絲位于法蘭盤狹縫和電子加速拉出電極狹縫及聚焦電極狹縫的中心線所形成的平面內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的燈絲支架絕緣陶瓷柱上端的金屬夾(3)分上下兩片，上片為壓片，下片為墊片，墊片的中間帶有一個(gè)定位槽，使燈絲(4)準(zhǔn)確定位在中間位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的燈絲(4)的一頭與帶有彈性的鋼圈點(diǎn)焊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的燈絲(4)可為鎢絲或鑰絲或涂有稀土元素的復(fù)合電子發(fā)射燈絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的電子加速拉出電極和聚焦電極與法蘭盤采用耐高溫不銹鋼或鎢或鑰金屬材質(zhì)，表面做鏡面拋光處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的電子加速拉出電極厚度不大于O. 5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的電子加速拉出電極，其中上端電極(5)中間部位帶有長(zhǎng)方形的凸臺(tái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的電子加速拉出電極的上端電極(5)和下端電極(6)之間的距離，是下端電極(6)和接地電極(7)的距離的兩倍。
9.根據(jù)權(quán)利I要求所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的法蘭盤為方形或橢圓形或多邊形的法蘭盤。
10.根據(jù)權(quán)利I或9要求所述的電子碰撞電離源，其特征是所述的法蘭盤同時(shí)接地作為一個(gè)地極使用。
全文摘要
一種電子碰撞電離源是屬于質(zhì)譜以及氣體離子反應(yīng)用的離子源，利用熱陰極發(fā)射電子，再用電場(chǎng)使產(chǎn)生的電子束輸出形成一種高密度、低分散能連續(xù)輸出或脈沖輸出的電子束，同時(shí)可以調(diào)節(jié)壓縮電子束的寬度；并使電子束能直接打到靶向電離空間或物體上，實(shí)現(xiàn)原位電離。本發(fā)明包括燈絲、燈絲支架、加速拉出電極及聚焦電極和安裝框架。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以利用電場(chǎng)來(lái)約束電子運(yùn)動(dòng)軌跡，避免了有磁場(chǎng)存在下需要控制電離區(qū)溫度的缺點(diǎn)，特別適用于飛行時(shí)間質(zhì)譜的原位電離和快速分析需要。
文檔編號(hào)H01J49/06GK102881552SQ201210361879
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者張盛, 梁峰, 夏元?dú)J 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)