一种小型飞行时间质谱计

摘要

本发明公开了一种小型飞行时间质谱计。本发明包括真空腔、离子源、离子传输系统、加速区、无场飞行区、反射区和离子检测器；其中，加速区和反射区分别位于无场飞行区的两侧；无场飞行区的电场为0，反射区的电场方向与加速区的电场方向相反；离子检测器与加速区位于无场飞行区的同一侧。本发明采用垂直引入反射式结构，极大减小了离子的空间分散和能量分散，提高了仪器的分辨率，同时未采用四极杆结构对离子在传输过程中进行调制，这大大减小了质谱计的质量、体积和功耗。

说明书

技术领域

本发明涉及真空测量和仪器仪表技术领域，具体涉及一种小型飞行时间质谱计。

背景技术

自从飞行时间质谱计发明以来，人们对其进行了深入而广泛的研究，飞行时间和磁偏转、四极杆和离子阱等其他类型质谱计相比，具有分析速度快，理论上无质量上限，被广泛应用环境监测、食品安全、司法部门以及航空航天等领域。

飞行时间质谱计主要由离子源、飞行时间质量分析器、离子检测器和电子学部分组成。现有的飞行时间质谱计普遍存在的缺点为功耗高、体积大、质量重，因此不适合便携式气体成分检测以及空间环境的探测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型飞行时间质谱计，功耗低、体积小、质量轻，通过垂直引入反射式结构，减小离子的空间分散和能量分散，提高仪器的性能。

本发明的小型飞行时间质谱计，包括真空腔，以及安装在真空腔内的离子源、离子传输系统、加速区、无场飞行区、反射区和离子检测器；其中，加速区和反射区分别位于无场飞行区的两侧；无场飞行区的电场为0，加速区的电场方向与离子进入加速区时的速度方向成90度；反射区的电场方向与加速区的电场方向相反；离子检测器与加速区位于无场飞行区的同一侧。

离子源出射的离子经离子传输系统进入加速区，在加速区转下的加载下近垂直进入无场飞行区，离子在无场飞行区中依靠惯性飞行并进入反射区；由于反射区的电场方向与加速区的电场方向相反，离子进入反射区后减速至0后转向，反向飞回无场飞行区并穿出，被离子检测器所检测。

有益效果：

本发明由于采用了垂直引入反射式结构，因而极大减小了离子的空间分散和能量分散，提高了仪器的分辨率。同时未采用四极杆结构对离子在传输过程中进行调制，这大大减小了质谱计的质量、体积和功耗。

附图说明

图1为本发明小型飞行时间质谱计结构示意图。

其中，1-真空腔，2-离子源，3-离子传输系统，4-加速区，5无场飞行区，6-反射区，7-离子检测器。

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。

本发明提供了一种小型飞行时间质谱计，如图1所示，包括真空腔1、离子源2、离子传输系统3、加速区4、无场飞行区5、反射区6和离子检测器7。其中，离子源2、离子传输系统3、加速区4、无场飞行区5、反射区6和离子检测器7都安装在真空腔1内，离子传输系统3分别与离子源2与加速区4相连，无场飞行区5与加速区4和反射区6相连，离子检测器7与无场飞行区5相连。其中，加速区4和反射区6分别位于无场飞行区5的两侧；无场飞行区5的电场为0，加速区4的电场方向与离子进入加速区4时的速度方向成90度；反射区6的电场方向与加速区4的电场方向相反；离子检测器7与加速区4位于无场飞行区的同一侧。

其中，离子源采用电子轰击离子源，主要由电离室、灯丝、引出电极和聚焦电极组成。所述的加速区4为双场加速区。所述的反射区6为二级反射区。

该小型飞行时间质谱计的飞行时间质量分析器为反射式质量分析器，由加速区(4)、无场飞行区(5)和反射区(6)组成，以记录离子的飞行时间来反应离子的质谱，利用质量大的离子飞行时间长、质量小的离子飞行时间短来检测不同质荷比的离子。其反射式结构又能补偿离子的能量分散，即相同质荷比的离子，能量大的进入反射区的深度要比能量小的要深，在反射区停留的时间更长些，最后有可能同时到达检测器。

该小型飞行时间质谱计的离子检测器采用双层微通道板检测器，增大了离子流的检测范围。

本发明的工作原理为：当一组m/q(质荷比)不同的带电离子通过同一个静电场区(加速区)后，都得到了相同的动能KE，如公式(1)，然后凭惯性再进入一段长L的无场区自由飞行，最后到达同一终点，被检测。因为离子的速度与其m/q(质荷比)的平方根成反比，m/q大的离子的飞行得比m/q小的离子慢，飞到终点的时间就更长。如果终点安放一个离子检测器，就可以记录下离子的飞行时间(Time-of-flight)，通过公式(2)计算，可以得到离子的质荷比。

公式中的U代表加速电压，V代表加速后的离子速度，L代表飞行长度，某种离子的质量为m，带电荷量为q，则根据电场力的简单计算，可以得到飞行时间T

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。