專利名稱：分子光解碎片平動能譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于研究分子光解反應(yīng)動力學(xué)的實驗設(shè)備，特別是涉及一種用以測量 分子光解碎片的平動能的能譜儀。
背景技術(shù)：
目前，業(yè)內(nèi)普遍使用的光解碎片平動能譜儀(簡稱為PTS)，主要有兩大類分
子束可轉(zhuǎn)動的大型PTS和離子成像型PTS。前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，操作困難，檢測器 也很復(fù)雜，且要求超高真空(P10—8 10—9Pa);后者不需超高真空，高真空(P10—4 10—5Pa)即可，但碎片離子飛行距離較長，設(shè)備仍較大，且檢測器需要高度均勻的大型 微通道板和較昂貴的CCD照相機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制造一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉的分子光解碎片平動能 譜儀，但此能譜儀仍具有很高的分辨力。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種分子光解碎片平動能譜儀， 它包括有一源室以及一反應(yīng)室，所述源室內(nèi)設(shè)置有脈沖分子束閥，所述源室與反應(yīng)室 的相接處、且正對準脈沖分子束閥輸出孔的位置設(shè)置有漏斗勺；所述脈沖分子束閥噴 出的氣體， 一部分經(jīng)漏斗勺的小孔準直后，進入反應(yīng)室形成分子束；所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè) 置有一光解激光束以及一 電離激光束，該光解激光束和電離激光束分別經(jīng)透鏡聚焦后 與進入反應(yīng)室的分子束垂直相交于光解點；光解碎片離子自由飛行到達檢測柵網(wǎng)，再 經(jīng)過一弱電場區(qū)以及一強電場區(qū)后到達一微通道板被檢測。
在實際操作中，所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有一接地檢測柵網(wǎng)、 一低電壓柵網(wǎng)以及一高電 壓微通道板檢測器，該接地檢測柵網(wǎng)與低電壓柵網(wǎng)之間加有一弱加速電場，該低電壓 柵網(wǎng)與微通道板檢測器之間加有一強加速電場；該微通道板檢測器還依次連接有反應(yīng) 室外的一預(yù)放大器及一數(shù)據(jù)采集裝置。另外，所述源室和反應(yīng)室的下端，分別設(shè)置有 一套高真空泵。
上述的分子光解碎片平動能譜儀中，所述數(shù)據(jù)采集裝置為多通道計數(shù)器或計算機 配置的數(shù)據(jù)采集卡。所述接地檢測柵網(wǎng)、低電壓柵網(wǎng)為圓柱型的柵網(wǎng)。
本發(fā)明由于采取以上設(shè)計，故具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明中光解碎片電離后自由 飛行，不加電場，故不需要任何加速穩(wěn)壓電源。2、本發(fā)明中，分子光解碎片離子的 自由飛行距離很短，僅為數(shù)厘米(如3厘米或者6厘米)，因此本發(fā)明能譜儀的外型 尺寸要小很多。3、本發(fā)明中，檢測器只需要使用普通的微通道板，并且不需要CCD 照相機，但也能取得高分辨的實驗結(jié)果。4、本發(fā)明中，接地檢測柵網(wǎng)采用圓柱形(圓 柱半徑等于牛頓球6的半徑，僅為數(shù)厘米，如2.5厘米或者5厘米)代替平面形，提 高了分辨力，并增大檢測柵網(wǎng)面積，又提高了檢測靈敏度。5、接地檢測柵網(wǎng)至微通 道板檢測器間，增加一低電壓柵網(wǎng)，這一措施以防止微通道板前的強電場穿透到自由 飛行區(qū)，避免了對分辨力的不利影響。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明所提供的一種分子光解碎片平動能譜儀，它包括有一源室 l及一反應(yīng)室2。
源室1內(nèi)設(shè)置有脈沖分子束閥11，源室1與反應(yīng)室2的相接處、且正對準脈沖分 子束閥11輸出孔的位置設(shè)置有中心帶小孔的漏斗勺12，樣品氣體由脈沖分子束閥11 噴出，經(jīng)漏斗勺12的小孔，進入反應(yīng)室形成分子束20。
反應(yīng)室2內(nèi)設(shè)置有一光解激光束21及一電離激光束22，該光解激光束21和電離 激光束22分別經(jīng)透鏡聚焦后與分子束20垂直相交于光解點0;光解碎片離子自由飛 行到達檢測柵網(wǎng)，再經(jīng)過一弱電場區(qū)以及一強電場區(qū)后到達一微通道板檢測器25被 檢測。該光解激光束21及電離激光束22可以由YAG激光器泵浦染料激光器出光，再 經(jīng)倍頻系統(tǒng)倍頻后產(chǎn)生。YAG激光器、染料激光器及倍頻系統(tǒng)都可以直接從市場外直 接購買，在此不做過多贅述。
具體來說，反應(yīng)室2內(nèi)設(shè)置有一接地檢測柵網(wǎng)23、低電壓柵網(wǎng)24以及一高電壓 微通道板檢測器25，該接地檢測柵網(wǎng)23與低電壓柵網(wǎng)24之間加有一弱加速電場(圖
中未顯示)，該低電壓柵網(wǎng)24與微通道板檢測器25之間加有一強加速電場(圖中未 顯示)；該微通道板檢測器25還依次連接有反應(yīng)室外的一預(yù)放大器3及一數(shù)據(jù)采集 裝置4。
在源室1和反應(yīng)室2的下端，還分別各設(shè)置有一套高真空泵5。另外，數(shù)據(jù)采集 裝置4可以為多通道計數(shù)器(MCS)或計算機配置的數(shù)據(jù)采集卡。
在本發(fā)明中，接收離子的接地檢測柵網(wǎng)23采用圓柱形柵網(wǎng)，圓柱半徑等于牛頓 球6的半徑，這樣可以提高分辨力，并可以加大柱形柵網(wǎng)面積以提高檢測靈敏度。檢 測柵網(wǎng)23至微通道板檢測器25間，設(shè)置了圓柱形的低電壓柵網(wǎng)24，以減小微通道板 檢測器25前的強電場穿透到自由飛行區(qū)對分辨力的影響。本發(fā)明可以通過選取圓柱 形低電壓柵網(wǎng)24的適當圓柱半徑和適當?shù)牡碗妷?，以使到達接地檢測柵網(wǎng)23不同部 位的離子在檢測系統(tǒng)中的飛行時間相同。
上述實施例中，光解激光束21和電離激光束22分別經(jīng)透鏡聚焦后與進入反應(yīng)室 的分子束垂直相交于光解點，光解激光使分子光解，電離激光使光解碎片電離，也可 以用同一激光束既使分子光解、又使光解碎片電離；另外，在離子自由飛行區(qū)周圍還 設(shè)置有無磁不銹鋼板和空心板，用以屏蔽雜散電場。
本發(fā)明工作的時候，實驗樣品氣體由源室1內(nèi)的脈沖分子束閥11噴出后，沿中
心軸線的一部分氣體，經(jīng)過漏斗勺12的小孔準直后進入反應(yīng)室2，形成脈沖分子束。
在光解點0處，分子束與光解激光和電離激光垂直相交，光解激光使分子光解裂成兩
個碎片，電離激光使一種碎片電離成離子。產(chǎn)生的碎片離子向各方向飛散，形成牛頓
球6。碎片離子具有原來分子束速度7^ 7和光解分裂時產(chǎn)生的在質(zhì)心系中的速度&'"
l，所g離^的飛行速度實際是上述兩種速度的矢量和，稱之為實驗室速度<formula>formula see original document page 5</formula>。本發(fā)明關(guān)鍵是不加任何加速電場，使光解光電離產(chǎn)生的碎片離子，
自由飛行一段距離，如3厘米或者6厘米，由光解點0到達接地檢測柵網(wǎng)23。然后在 檢測系統(tǒng)中先以弱電場加速碎片離子，飛行至低電壓柵網(wǎng)24，再以強電場加速，飛行 到達微通道板檢測器25并被檢測，離子產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)預(yù)放大器3放大后，用多 通道計數(shù)器(MCS)或微機配置數(shù)據(jù)采集卡4采集記錄，由于分子光解碎片，具有不 同的^cm，所以大量碎片離子自由飛行到達檢測柵網(wǎng)的時間不同，分布在不同時間段 內(nèi)，經(jīng)上萬次激光脈沖實驗的積累，不同時間段內(nèi)，各積累有不同的碎片離子數(shù)，得 到離子的飛行時間譜，然后經(jīng)計算轉(zhuǎn)換成碎片的平動能譜。
權(quán)利要求
1、一種分子光解碎片平動能譜儀，它包括有一源室以及一反應(yīng)室，其特征在于所述源室內(nèi)設(shè)置有脈沖分子束閥，所述源室與反應(yīng)室的相接處、且正對脈沖分子束閥輸出端的位置設(shè)置有漏斗勺；所述脈沖分子束閥噴出的氣體，一部分經(jīng)漏斗勺的小孔準直后，進入反應(yīng)室形成分子束；所述反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有一光解激光束以及一電離激光束，該光解激光束和電離激光束分別經(jīng)透鏡聚焦后與進入反應(yīng)室的分子束垂直相交于光解點；光解碎片離子自由飛行到達檢測柵網(wǎng)，再經(jīng)過一弱電場區(qū)以及一強電場區(qū)后到達一微通道板檢測器被檢測。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光解碎片平動能譜儀，其特征在于所述反應(yīng)室 內(nèi)設(shè)置有一接地檢測柵網(wǎng)、 一低電壓柵網(wǎng)以及一高電壓微通道板檢測器，該接地檢測 柵網(wǎng)與低電壓柵網(wǎng)之間加有一弱加速電場，該低電壓柵網(wǎng)與微通道板檢測器之間加有 一強加速電場；該微通道板檢測器還依次連接有反應(yīng)室外的一預(yù)放大器及一數(shù)據(jù)采集 裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分子光解碎片平動能譜儀，其特征在于所述源室和 反應(yīng)室的下端，分別設(shè)置有一套高真空泵。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分子光解碎片平動能譜儀，其特征在于所述源室和 反應(yīng)室的下端，分別設(shè)置有一套高真空泵。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的分子光解碎片平動能譜儀，其特征在于所述數(shù) 據(jù)采集裝置為多通道計數(shù)器或計算機配置的數(shù)據(jù)采集卡。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的分子光解碎片平動能譜儀，其特征在于所述接 地檢測柵網(wǎng)、低電壓柵網(wǎng)為圓柱形的柵網(wǎng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分子光解碎片平動能譜儀，其特征在于所述接地檢 測柵網(wǎng)、低電壓柵網(wǎng)為圓柱形的柵網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分子光解碎片平動能譜儀，它包括有一源室以及一反應(yīng)室；源室內(nèi)設(shè)置有脈沖分子束閥，源室與反應(yīng)室的相接處、且正對脈沖分子束閥輸出端的位置設(shè)置有漏斗勺；脈沖分子束閥噴出的氣體，一部分經(jīng)漏斗勺的小孔準直后，進入反應(yīng)室形成分子束；反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置有一光解激光束以及一電離激光束，該光解激光束和電離激光束分別經(jīng)透鏡聚焦后與進入反應(yīng)室的分子束垂直相交于光解點；光解碎片離子自由飛行到達檢測柵網(wǎng)，再經(jīng)過一弱電場區(qū)以及一強電場區(qū)后到達一微通道板檢測器被檢測。本發(fā)明中光解碎片電離后自由飛行，不加電場，故不需要任何加速穩(wěn)壓電源；另外，分子光解碎片離子的自由飛行距離很短，因此本發(fā)明能譜儀的外型尺寸要小很多。
文檔編號G01N27/64GK101191785SQ20061014433
公開日2008年6月4日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者余紫鈞, 唐紫超, 徐西玲, 朱起鶴, 畢渭濱 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所