[发明专利]一种小型高性能空间探测质谱计

说明书

本发明公开了一种小型高性能空间探测质谱计，包括离子源、电场分析器、磁场分析器和离子流检测器；电场分析器产生的电场和磁场分析器产生的磁场相互正交嵌套；其中，电场分析器产生1/4圆环形的电场，电场方向为径向，磁场力Fsubgt;B/subgt;是电场力Fsubgt;E/subgt;的2倍，离子源出口至电场入口的距离lsubgt;0/subgt;，电场出口至离子流检测器的距离lsubgt;1/subgt;，lsubgt;0/subgt;＝lsubgt;1/subgt;，且等于离子束偏转半径r的0.35倍；本发明能够在改善质谱计性能的同时实现质谱计的小型化。

技术领域

本发明属于仪器仪表的技术领域，具体涉及一种小型高性能空间探测质谱计。

背景技术

随着航天技术的不断发展，对空间质谱计提出了更高的要求，例如要求在空间探测的质谱计首先满足质量轻、体积小的要求，同时还要保证质谱计的工作性能能够满足需求(灵敏度高、分辨率高、质量范围宽)。

通常，空间探测磁偏转质谱计由离子源、质量分析器和离子流检测器组成，虽然相对其他类型的质谱计而言，具有结构简单、质谱峰形和定量性好的优点，但由于离子源离子能量的发散和质量分析器存在的能量色散，使得质谱计的工作性能无法得到本质性改善。另外，质谱计的工作性能依赖于它的质量和体积，两者相互影响、相互制约。目前，现有双聚焦质谱计的尺寸较大，大部分应用于地面科学实验研究，占据整个实验室面积，仪器长度超过1米。现有质谱仪的技术指标如下：1)分辨率：3000；2)质量数范围：12-100amu；3)灵敏度：10-7A/Pa；4)重量：约16kg。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型高性能空间探测质谱计，能够在改善质谱计性能的同时实现质谱计的小型化。

实现本发明的技术方案：

一种小型高性能空间探测质谱计，包括离子源、电场分析器、磁场分析器和离子流检测器；电场分析器产生的电场和磁场分析器产生的磁场相互正交嵌套；其中，电场分析器产生1/4圆环形的电场，电场方向为径向，磁场力F_B是电场力F_E的2倍，离子源出口至电场入口的距离l₀，电场出口至离子流检测器的距离l₁，l₀＝l₁，且等于离子束偏转半径r的0.35倍。

进一步地，所述离子源为基于对称磁场和双灯丝结构的电子碰撞型电离源。

进一步地，所述离子流检测器采用电子倍增器接收离子流。

进一步地，所述磁场分析器包括磁铁、极靴和轭铁；其中，磁铁选择高磁能积(48MGO)的钕铁硼(NdFeB)永磁材料，极靴和轭铁选用高磁导率的软磁合金(1J22)材料。

有益效果：

(1)本发明质谱计能够消除高级像差，形成完善的二级聚焦离子光学系统，使得质谱计具有能量和方向双重聚焦的能力，在提高质谱计分辨率的同时不损失仪器的灵敏度，从而实现仪器的高性能。

(2)本发明电场分析器和磁场分析器采用正交嵌套的结构，能够最大程度减小质谱计的重量和体积，实现空间质谱计的小型化质谱计的重量约4.3kg，体积尺寸为180mm×185mm×220mm。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中，1-离子源，2-电场分析器，3-磁场分析器，4-离子流检测器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明主要采用了理论计算和软件模拟仿真相结合的方法实现高性能小型化空间质谱计的设计。如图1所示，本发明的质谱计包括：