專利名稱：一種雙極性反射式飛行時間質量分析器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器檢測技術，特別涉及一種雙極性反射式飛行時間質量分析器。
背景技術：
飛行時間質量分析器(time-of-flight mass analyzer)原理為真空環(huán)境下，獲得相同加速能量的不同離子，將擁有不同的飛行速度，則通過一定長度無場飛行后，離子將按照其質荷比的大小得以分離檢測。這種質量分離技術分辨率、靈敏度高，無質量檢測上限，具有微秒級檢測速度，且能在一個檢測周期內完成全譜檢測，被廣泛應用于化工、能源、 醫(yī)藥、材料科學、環(huán)境科學、生命科學等領域?；谄湓砑疤攸c可知，單極性的飛行時間質量分析器只能檢測一種極性的離子，如果要實現(xiàn)雙極性離子同時檢測，就需要完整的兩套飛行時間質量分析器。常規(guī)直線式雙極性飛行時間質量分析器中，由于直線式的結構特點，正負離子分析系統(tǒng)只能正對排列，空間利用率不高；同時，為實現(xiàn)高分辨和高質量檢測范圍，需要較長的離子有效飛行長度，造成了直線式雙極飛行時間質量分析器雖然結構簡單，但性能不高，體積大，重量重，進一步影響了真空系統(tǒng)及電系統(tǒng)的配置，使真空及電系統(tǒng)設計、制作、維護更為復雜且增加了儀器成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種雙極性反射式飛行時間質量分析器，提高了分析器的空間利用率，縮小了分析器的體積。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是一種雙極性反射式飛行時間質量分析器，包括電離引出區(qū)、正離子飛行時間質量分析器、負離子飛行時間質量分析器，所述電離引出區(qū)位于正離子飛行時間質量分析器與負離子飛行時間質量分析器的之間，電離引出區(qū)及正離子飛行時間質量分析器、負離子飛行時間質量分析器呈“Z”型組合排列，形成反射式結構。所述電離引出區(qū)位于整個裝置對稱中心，正離子及負離子由此區(qū)域同時電離產(chǎn)生。電離引出區(qū)電離方式可以是脈沖式激光電離，也可以是其它電離方式如電子轟擊源等。所述正離子飛行時間質量分析器由正離子加速區(qū)、正離子聚焦透鏡、正離子反射區(qū)、正離子漂移區(qū)及正離子檢測區(qū)相連接組成。所述負離子飛行時間質量分析器由負離子加速區(qū)、負離子聚焦透鏡、負離子反射區(qū)、負離子漂移區(qū)及負離子檢測區(qū)相連接組成。所述正離子聚焦透鏡、負離子聚焦透鏡分別置于正離子漂移區(qū)、負離子漂移區(qū)內， 用于調節(jié)離子束寬度。所述正離子反射區(qū)、負離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負離子加速區(qū)成大于0° 且小于45°的夾角放置，以控制離子飛行路徑，保證檢測效率；所述正離子反射區(qū)、負離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負離子加速區(qū)成4. 5°夾角，偏轉方向相反，使離子成相反方向偏轉約9°反射。所述正離子檢測區(qū)和負離子檢測區(qū)分別置于正、負離子的反射路徑上。所述正、負離子加速區(qū)及反射區(qū)可以是有網(wǎng)的或無網(wǎng)的。所述正、負離子聚焦透鏡是常規(guī)的一維或二維靜電透鏡。所述正、負離子聚焦透鏡可分別由正離子加速區(qū)和負離子加速區(qū)通過在極片上施加聚焦透鏡電場來實現(xiàn)。所述正、負離子檢測區(qū)為常規(guī)的雙片微通道板組成的離子檢測器。所述正、負離子檢測區(qū)分別與正、負離子加速區(qū)成5度夾角放置。所述正、負離子飛行時間質量分析器施加相反極性電壓。所述電離引出區(qū)施加電壓可以直流的，也可以是脈沖式的。本發(fā)明的工作原理是電離引出區(qū)產(chǎn)生的正負離子，在引出區(qū)強靜電場或脈沖電場的作用下，分別朝相反的方向飛出，針對其中任一極性的離子而言，離子經(jīng)加速區(qū)后獲得相同的動能，則不同質荷比的離子將擁有不同的飛行速度，質荷比小的離子飛行速度快，質荷比大的離子飛行速度慢，通過一定距離的無場飛行，再經(jīng)反射區(qū)反射后，按其質荷比大小進行分離；最終質荷比小的離子先聚焦到達檢測區(qū)得以檢測，質荷比大的離子后聚焦到達檢測區(qū)，得以檢測形成飛行時間質量譜。本發(fā)明的原理還在于瞬時電離生成的正負離子得以同時檢測，一個檢測周期內即可得到完整正負離子質量譜。通過靜電聚焦透鏡可以控制離子束寬度，來保證離子的傳輸效率。通過調節(jié)反射區(qū)放置角度來控制離子飛行路徑，在保證性能的前提下優(yōu)化整個分析器結構。通過調節(jié)各加速及反射電極電壓來實現(xiàn)傳輸過程中相同質荷比離子的空間聚
焦ο與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果本結構在離子產(chǎn)生后，可同時進行正負離子檢測，真實反映樣品成分信息；所采用的反射式結構，并呈“Z”字型結構排列，不僅增加離子的有效飛行長度，提高了分析器性能，并且使結構更加緊湊合理，大幅提高空間利用率。同時，采用靜電聚焦透鏡技術提高離子的傳輸效率。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。圖1為本發(fā)明的結構示意圖。由圖1可見，本裝置包括電離引出區(qū)和正、負離子飛行時間質量分析器三部分。所述的電離引出區(qū)2位于整個裝置對稱中心，正離子6，負離子12由此區(qū)域同時電
離產(chǎn)生。所述的正離子飛行時間質量分析器由正離子加速區(qū)3、正離子聚焦透鏡4、正離子漂移區(qū)5、正離子反射區(qū)7、正離子檢測區(qū)1組成。所述的負離子飛行時間質量分析器由負離子加速區(qū)9、負離子聚焦透鏡10、負離子漂移區(qū)11、負離子反射區(qū)13、負離子檢測區(qū)8組成。所述的飛行時間質量分析器采用反射式結構，并呈“Z”型組合排列；正離子聚焦透鏡4和負離子聚焦透鏡10分別置于正離子漂移區(qū)5和負離子漂移區(qū)11內，用于調節(jié)離子束寬度；正離子反射區(qū)7和負離子反射區(qū)13與正離子加速區(qū)3和負離子加速區(qū)9成約 4.5°夾角，偏轉方向相反，使離子成相反方向偏轉約9°反射；正離子檢測區(qū)1和負離子檢測區(qū)8分別置于正、負離子的反射路徑上。正離子檢測區(qū)1與正離子加速區(qū)成5度夾角放置，負離子檢測區(qū)8與負離子加速區(qū)成5度夾角放置。所述的電離引出區(qū)電場約為4X105V/m，正、負離子加速電壓約為-/+4000V，整個裝置置于真空環(huán)境優(yōu)于1 X IO-4Pa0電離引出區(qū)2生成的正離子6經(jīng)正離子加速區(qū)3加速后，穿過正離子聚焦透鏡4 及正離子漂移區(qū)5，再由正離子反射區(qū)7偏轉反射至正離子檢測區(qū)1得以分離檢測。電離引出區(qū)2生成的負離子12經(jīng)負離子加速區(qū)9加速后，穿過負離子聚焦透鏡10 及負離子漂移區(qū)11，再由負離子反射區(qū)13偏轉反射至負離子檢測區(qū)8得以分離檢測。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種雙極性反射式飛行時間質量分析器，包括電離引出區(qū)、正離子飛行時間質量分析器、負離子飛行時間質量分析器，其特征在于所述電離引出區(qū)位于正離子飛行時間質量分析器與負離子飛行時間質量分析器的之間；電離引出區(qū)及正離子飛行時間質量分析器、 負離子飛行時間質量分析器呈“Z”型組合排列，形成反射式結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述電離引出區(qū)位于整個裝置對稱中心。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正離子飛行時間質量分析器由正離子加速區(qū)、正離子聚焦透鏡、正離子反射區(qū)、正離子漂移區(qū)及正離子檢測區(qū)相連接組成；所述負離子飛行時間質量分析器由負離子加速區(qū)、負離子聚焦透鏡、負離子反射區(qū)、負離子漂移區(qū)及負離子檢測區(qū)相連接組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正離子聚焦透鏡、負離子聚焦透鏡分別置于正離子漂移區(qū)、負離子漂移區(qū)內。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正離子反射區(qū)、負離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負離子加速區(qū)成大于0°且小于45°的夾角放置。
6.根據(jù)權利要求5所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正離子反射區(qū)、負離子反射區(qū)分別與正離子加速區(qū)、負離子加速區(qū)成4. 5°夾角，偏轉方向相反， 使離子成相反方向偏轉約9°反射。
7.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正離子檢測區(qū)和負離子檢測區(qū)分別置于正、負離子的反射路徑上；正離子檢測區(qū)與正離子加速區(qū)成5度夾角放置，負離子檢測區(qū)與負離子加速區(qū)成5度夾角放置。
8.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正、負離子加速區(qū)及反射區(qū)是有網(wǎng)的或無網(wǎng)的。
9.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正、負離子聚焦透鏡是一維或二維靜電透鏡，或為雙片微通道板組成的離子檢測器。
10.根據(jù)權利要求1所述的雙極性反射式飛行時間質量分析器，其特征在于所述正、 負離子聚焦透鏡分別由正離子加速區(qū)和負離子加速區(qū)通過在極片上施加聚焦透鏡電場來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙極性飛行時間質量分析器，包括電離引出區(qū)、正離子飛行時間質量分析器、負離子飛行時間質量分析器，其特征在于所述電離引出區(qū)位于正離子飛行時間質量分析器與負離子飛行時間質量分析器的之間；電離引出區(qū)及正離子飛行時間質量分析器、負離子飛行時間質量分析器呈“Z”型組合排列，形成反射式結構。不僅增加離子的有效飛行長度，提高了分析器性能，并且使結構更加緊湊合理，大幅提高空間利用率。同時，采用靜電聚焦透鏡技術提高離子的傳輸效率。
文檔編號H01J49/40GK102568997SQ20121000741
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2011年2月15日
發(fā)明者周振, 朱輝, 李梅, 李磊, 董俊國, 高偉, 黃正旭 申請人:上海大學, 廣州禾信分析儀器有限公司