[发明专利]一种紧凑型带电粒子探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧凑型带电粒子探测器，可以实现真空系统中带正/负电荷的粒子的探测，属于带电粒子探测技术领域。

背景技术

飞行时间质谱作为一种重要的分析手段，在环境监测、医学诊断、药物合成研发、半导体制造业以及食品安全等方方面面均发挥着重要的作用。飞行时间质谱作为质谱仪的一种，其基本原理仍然是根据待分析物的质量来确定待分析物的成份，相对含量，有的还可以给出化合物的结构分析。具体而言，首先将待分析物进行离子化，而后利用荷质比将待分析物进行分离，从而确定待分析物的成份以及相对含量。飞行时间质谱的特点在于利用待分析物成份离子的飞行时间不同来实现对待分析物的定量或者定性分析。首先待分析物成份离子在飞行时间质谱仪中被电场加速，从而获取等同的动能。而对于不同荷质比的离子而言，其由于此相同动能而获得的速度会不同。上述不同荷质比的离子经过一段无场的自由飞行区域之后，便会在时间上分离开来。最终，最轻的离子便会首先到达探测器。以时间为坐标，则可以依次获得离子的成份信息，以及其相应的强度。

飞行时间质谱具有结构相对简单、性价比高、并且可以分析的样品质量理论上可以达到无线大的范围。特别的，飞行时间质谱在每一次对电离事件的测量中可以同时将该电离事件中的所有的不同荷质比的质谱峰同时获取，因而使其在分析较大荷质比的有机分子时具有极高的灵敏度，而这是传统的磁场质谱等所无法比拟的。飞行时间质谱主要包括离子源，加速电极组，无场飞行区和探测器等主要部分。随着分析市场的快速发展，尤其是飞行时间质谱在地质诊断、公共卫生以及火灾监测等需要实时现场监测等行业的应用，便携易用的飞行时间质谱成为飞行时间质谱发展的一个主要方向。为了使飞行时间质谱做到高分辨并且实现便携式，对于仪器的尺寸、重量以及功耗方面均需要作出非常之大的改进。随着对离子在质谱仪中飞行时间路径的改进并且缩短至5厘米之下，低成本的真空系统才得以得到真正的实现。正是基于上述技术的发展，使得微型飞行时间质谱的研制成为可能。遗憾的是传统的带电粒子探测器目前还很难实现微型化设计。

目前，飞行时间质谱的探测器主要包括法拉第杯、离散打拿极倍增器、单通道电子倍增器和微通道板探测器。其中，法拉第杯具有很好的线性，却对信号不具有放大的能力。离散打拿极倍增器体积较大，无法实现微型化。单通道电子倍增器具有紧凑、高捕获率等特点，但是，当真空环境高于10-4托时噪声的影响变得非常明显。微通道板探测器高信噪比、高灵敏度、可以实现微型化设计等优点成为当今微型带电粒子探测器设计的首要考虑探测器。微通道板探测器具有很好的时间分辨特性，但是紧凑型的基于微通道板探测器的设计仍然面临诸多问题，除了微型化的设计方面，另外一个重要的问题在于经过微通道板探测器如何获得完美的质谱信号谱峰，因为在信号采集与传输过程中很容易出现阻抗不匹配而导致质谱谱峰信号的失真。

发明内容

本发明是鉴于以上的事实而做出的，其目的在于提供一种紧凑型带电粒子探测器。

一种紧凑型带电粒子探测器，包括屏蔽电极、微通道板组、电子收集极、电子收集极屏蔽筒、电路分压系统以及装配法兰。其中，屏蔽电极、微通道板组、电子收集极、电子收集极屏蔽筒依次平行并且同轴的装配在装配法兰上。

（a）屏蔽电极用于屏蔽施加在探测器一侧的电场对所要进行探测的离子在飞行过程中的时间所带来的影响；

（b）微通道板组起到对所要探测的离子信号进行放大的作用；

（c）电子收集极和电子收集极屏蔽筒用于接收经过微通道板组放大后的电子信号并转化为可以直接测量的电子信号输出给外界采集系统；

（d）电路分压系统为微通道板组和各级电极提供可供工作的电压；

（e）装配法兰为一可装配在质谱仪装置的用于承载屏蔽电极、微通道板组、电子收集极、电子收集极屏蔽筒和电路分压系统的经过改造的标准法兰。

本发明的上述任一技术方案，屏蔽电极位于质谱仪内离子无场飞行区域的末端，并且电极端面与飞行方向垂直放置。屏蔽电极为一中间为金属栅网的圆形电极，金属栅网材质为金、镍、银、铜等金属导体材料，离子透过率10%至99%。屏蔽电极半径尺寸为5毫米至200毫米。

本发明的上述任一技术方案，微通道板组包括两片重叠的微通道板和两片固定微通道板的圆环电极。微通道板平面平行于屏蔽电极，并且与屏蔽电极同轴放置。两片微通道板重叠且调整轴向方向使微通道板内部的微通道呈现对立方向排列，从而使离子信号经过微通道板组后获得的增益达到最大。

上述的圆环电极材料可以是不锈钢、铜或铝等导电金属材料。