[发明专利]一种新型电子轰击离子源的试验装置及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于电子轰击领域，具体涉及一种新型电子轰击离子源的试验装置及其设计方法。

背景技术

离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。在质谱仪中，离子源的作用是使被分析的物质电离为正离子或者负离子，同时把离子会聚成具有一定几何形状并给予一定能量以进入质量分析进行分离。电子轰击式离子源是利用灯丝发射的具有一定动能的电子去轰击进入离子源的样品气体，中性分子或原子在电子轰击作用下，失去一个电子，变为正离子。电子轰击式离子源发明较早，技术成熟，结构简单，电离效率高、最重要离子束能量分散小(±0.5eV)

EI源主要由以下几个部分：电离室，灯丝，磁铁，电子接收极，推斥极，聚焦透镜等，如图1所示。

传统离子源电离室设计中主要采用双极场引出离子，电离室与拉出极之间由几十伏到几百伏的电压，电子在加速场的作用被引出。同时由于边缘场的作用，离子被快速会聚至电离室出口位置。离子束被引出后需要一组或多组透镜进行进一步的准直与会聚。

传统离子源有以下几点缺陷需要提及：

1.由于离子束在短距离内就被会聚，所以会聚状态不佳——会聚点较大，离子出射的角度较大。

2.离子被引出电离室后需要多组透镜进行调整，多组透镜电压调整过程较为繁琐，也增加了机械加工与装配上的难度。

3.电离室内只有近轴区域离子被引出，离中心轴较远的离子因为会聚状态不佳而被挡住。

发明内容：

本发明为了克服现有技术中的不足，首次提出一种新型电子轰击离子源的设计方法，用于提高离子源的离子引出效率，同时改善离子的引出状态，包括离子位置分散和角度分散。

本发明采用的技术方案是：

所述设计方法以提出在离子源的电离室内构建四极场，四极场对发散离子具有非常优秀的会聚能力，离子在电离室产生后即可受到四极场的约束，因此离子会聚效果，出射状态都得到很大提升。并通过环形灯丝的设计进一步提高离子产率，电离室的机械机构设计不仅可以提高样品气体的密度同时还可以降低仪器的记忆效应。该离子源可用于惰性气体质谱，气体同位素质谱等磁式质谱，也可以用于四级杆质谱和飞行时间质谱。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型电子轰击离子源的设计方法，其特征在于，所述设计方法利用离子在四极场中运动具有良好的会聚特性来对离子源的结构进行改进，具体包括：

1)在电离室空间内引入四极场，进而改善电离室的空间分布，提高离子源的引出效率，改善离子束出射状态；

2)降低样品气体流失，提高电离室气体的密度，并降低仪器的记忆效应；

3)改进电子发射单元，提高其发射效率及稳定性。

优先地，所述改善电离室的空间分布包括：电离室采用两个端盖电极、一个中间电极，三者之间用来绝缘环来进行绝缘。

优先地，所述中间电极为电离室的腔体，中间电极左右两端分别为端盖电极作为电离室的左右两端的端面，中间电极与左右两端的端盖电极通过绝缘环连接。

优先地，所述降低样品气体流失采用将进气管路直接贯穿所述电离室的一个端面电极，使得近期管路与所述电离室相连；所述降低仪器的记性效应采用所述与进气管路贯穿的端面电极受控于马达，排气时，马达带动所述端面电极，保证气体很快消散。

优先地，所述改进电子发射单元，电子发射单元包括灯丝、电子收集极及磁铁，灯丝采用环形灯丝。

一种新型电子轰击离子源的试验装置，所述实验装置包括电子发射单元、电离室、拉出电极、二次会聚系统和出口狭缝，电子发射单元发射出离子，经过电离室两次聚焦穿出电离室，经过拉出电极，再次经过聚焦透镜组，最终通过出口狭缝，其特征在于，所述电离室引入四极场，所述离子在电离室内实现两次聚焦，从而可以获取更好的离子会聚和更小的离子发散角；所述电离室对其进行改进，提升气体密度，提升接收信号的稳定性，降低仪器的记忆效应；所述电子发射单元采用环形灯丝，从而提高其发射效率及稳定性。

优先地，所述中间电极为电离室的腔体，中间电极左右两端分别为端盖电极作为电离室的左右两端的端面，中间电极与左右两端的端盖电极通过绝缘环连接；所述左右两端的端盖电极，右侧的端盖电极设有圆孔用于离子射出电离室，左侧的端盖电极中心出进气管路直接穿过，提升气体密度，提升接收信号的稳定性，及该左侧端盖电极受控与马达，排气时，马达带动该端盖电极远离电离室。

优先地，所述电离室左右两端的端盖电极为圆柱体或长方体等形状；中间电极为筒状电极，内壁为圆柱面，外壁为圆柱体或其他形状；绝缘环为空心圆柱体；