[发明专利]改进飞行时间质谱测量激光烧蚀离子物种的质谱分辨装置

说明书

本发明涉及质谱分析技术领域，提供一种改进飞行时间质谱测量激光烧蚀离子物种的质谱分辨装置，包括：真空系统单元、等离子体产生单元和粒子约束选择及分离单元，其中：所述粒子约束选择及分离单元包括：粒子限制选择器和多个离子脉冲加速电极板；所述粒子限制选择器包括约束器托举块、约束器和约束器选择挡片；所述约束器托举块中开设一个通孔；所述约束器选择挡片上设置不同孔径的多个圆孔，所述约束器和约束器选择挡片设置在约束器托举块中并且可以移动；所述离子脉冲加速电极板设置在粒子前进方向上，并与约束器托举块轴向平行。本发明能够提高飞行时间质谱分辨率，能够选择控制引入等离子体的范围，具有更好的实用性效果。

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，尤其涉及一种改进飞行时间质谱测量激光烧蚀离子物种的质谱分辨装置。

背景技术

质谱仪器技术是当前国际前沿科学与技术发展的热点之一，由于质谱技术涉及到物理、化学、生物、微电子、计算机、工程等多门学科，再加上科研人员可以根据自己的实验要求自主进行设计与组装搭建质谱实验系统，因此，一直被认为是最有挑战的高科技技术之一。

飞行时间质谱法很早之前被作为带电粒子的荷质比的测量及分析方法，直到1955年威利和麦克拉伦完成了质谱仪系统的设计，才成为了近代商品飞行时间质谱仪的原型。飞行时间质谱法利用离子的不同质量，在相同的加速电场作用下离子在无场漂移中的速度分离而进行测量。所以对于等离子体，通过测量飞行时间质谱数据可以探测到粒子种类，也可以获得等离子体演化过程中粒子的物种变化。飞行时间质谱技术探测灵敏度很高，已经被广泛应用于物种分布的分析中，理论及实验研究表明，质谱方法可以一次得到很宽的质量范围内的全谱图。飞行时间质谱技术与激光烧蚀等离子体的结合，可以产生激光烧蚀飞行时间质谱等离子体诊断技术。所以可以利用飞行时间质谱方法离线诊断托卡马克磁约束核聚变实验装置第一壁材料的表面成分变化。

在对托卡马克磁约束核聚变实验装置第一壁材料的各种诊断手段比较可知，飞行时间质谱可以获得激光烧蚀产生等离子体中全部物种的信息。激光烧蚀材料产生物种的横向速度是研究过程中比较重要的参数，在质谱中粒子被探测到的时间直接对应于不同物种粒子的质荷比，而质谱峰的展宽则携带了粒子的横向速度信息。常规飞行时间质谱仪在测量真空中等离子体羽的物种分布时，由于膨胀速度过快，使得不同物种的峰展宽太大区分度较低，这就导致飞行时间质谱仪的分辨率较低，对物种成分的判断造成影响。经粒子限制选择器的限制与选择后使得等离子体中粒子沿垂直于等轴方向的横向速度变小，提高了飞行时间质谱仪的分辨率。通过分析质谱峰的展宽读取出峰的t_min和t_max值即可获得相应的粒子横向运动速度。飞行时间质谱中粒子的回转时间可由以下公式计算：

将实验所得质谱数据中提取出来的质谱峰的展宽信息带入上式，即可计算出相应的初始横向速度u₀。

综上所述，利用激光烧蚀飞行时间质谱技术可以检测磁约束核聚变托卡马克装置第一壁灰尘沉积层成分，也能够研究激光烧蚀等离子体膨胀过程中稳定物种成分及速度分布等信息。

发明内容

本发明主要解决现有技术的激光烧蚀飞行时间质谱技术中检测样品内不同物种时空分布以及初始横向速度展宽太大等技术问题，提出一种改进飞行时间质谱测量激光烧蚀离子物种的质谱分辨装置，采用能够横向速度限制的粒子限制选择器，能够限制、选择出不同延时下的粒子并引入脉冲引出场中加以脉冲电压，经过电场加速的离子，在无场漂移区运动时不同物种会彼此分离，到达最终位置时的时间差被检测到，即获得激光烧蚀样品产生的离子物种组分信息及时间演化分布，适用于多种等离子体环境，实用性强。

本发明提供了一种改进飞行时间质谱测量激光烧蚀等离子体中离子物种的质谱分辨装置，包括：真空系统单元(1)、等离子体产生单元(2)和粒子约束选择及分离单元(3)，其中：

所述真空系统单元(1)包括真空脉冲引出场腔室(11)和真空无场漂移腔室(12)；