一种位置分辨的质谱探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及正/负电荷离子的探测，具体地说是应用于质谱仪器中的一种位置分辨的质谱探测器。
【背景技术】
[0002]质谱技术是一种非常重要的现代分析手段，利用质谱技术可以准确的测量原子或者分子的质量，确定混合物的组成以及相对的含量，甚至可以获悉大分子体系的化学结构。具体而言，质谱仪器首先产生待分析样品的离子，接着将上述离子利用它们荷质比的不同逐一分开，并且最终确定每种离子的相对成分。质谱技术按照对荷质比分析方法的不同，又分为飞行时间质谱仪，四级杆质谱仪，傅里叶变换质谱仪，离子阱质谱仪等诸多的种类。其中飞行时间质谱仪已被证实在环境污染物监测分析、药物研发分析、火灾检测等众多的社会领域发挥着极其重要的作用。用于飞行时间质谱仪的离子探测器有四种分类，分别是微通道板探测器、单通道电子倍增器、离散打拿极倍增器以及法拉第杯，其中除第四种法拉第杯主要用于离子探测外，其余的三种均可用于电子和离子的探测。基于微通道板放大的探测器以其高信噪比、可以实现微型化设计等优点而成为当今主流的离子探测器。结合微通道板放大的信号，其后若辅以阳极便可构成一般的表征信号强度的探测器，而若辅以用于电子成像的荧光屏便可构成一种可实现对离子飞行路径位置的探测。
[0003]在质谱仪器开发阶段以及后续的应用阶段，实时的观测离子飞行轨迹的以及离子束源形状对飞行时间质谱仪分辨率的改进，探测效率的改良等都具有非常重要的实际意义。但是，用于飞行时间质谱仪的基于微通道板的探测器中，几乎均采用表征信号强度的探测器。上述探测器尽管已经可以观测到高分辨的质谱信号，却对于离子束的位置和形状无法做到定量的表征。
[0004]目前，以用于探测领域的各种基底的荧光屏的制作已经是一种非常成熟的工业化技术，且在尺寸的控制方面也有着很高的性价比。同时，结合成熟的电子技术，从微通道板上提取质谱信号也比较容易实现。综合上述技术的考虑，实时观测离子位置及束源形貌的质谱探测器的设计成为可能。
【发明内容】
[0005]本发明是鉴于以上的事实而设计的，其目的在于提供一种位置分辨的质谱探测器；
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]—种位置分辨的质谱探测器，包括:质谱信号转换模块和位置灵敏的成像模块组成，其中位置灵敏的成像模块具体包括微通道板单元、荧光屏单元以及密封视窗法兰单元；其中，微通道板单元和荧光屏单元装配在密封视窗法兰单元内部，形成位置灵敏的成像模块；
[0008]所述质谱信号转换模块一侧接入外界高压，经过其内侧的分压装置将高压从另一侧输出给微通道板单元，使其工作在1400伏特至2400伏特高压范围内以起到信号放大的作用，同时，保证微通道板单元又不因施加在微通道板单元内每片微通道板的高压超过1200伏特而受到损伤。该质谱信号转换模块经过另一电阻电容耦合电路提取微通道板单元在工作过程中的电压变化信号，输出给数据采集装置并得到质谱信号。
[0009]微通道板单元和荧光屏单元经过特殊设计的支架同轴的固定在密封视窗法兰单元的中心轴线方向上。密封视窗法兰单元是一个经过特殊设计的超高真空法兰。该特殊设计的超高真空法兰中心为透光玻璃或者石英等透明介质密封，周围具有贯穿法兰的高压电极，同时在法兰内部可以固定前述安装有微通道板单元和荧光屏单元的支架结构。
[0010]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，质谱信号转换模块中用于分压的电阻和质谱信号提取的电阻电容耦合电路，其所使用电阻电容均为高压电阻电容，其耐压范围需要大于2千伏特；
[0011]用于质谱信号提取的电阻电容耦合电路中，电阻值与电容值需要很好的调节，从而得到较好的匹配，并最终可以获得良好的质谱峰型。如上所述的电容阻值范围可在50皮法拉至I微法拉之间调节，电阻阻值可在I欧姆至10千欧姆之间调节；用于分压的电阻，其阻值范围在10千欧姆至100兆欧姆。
[0012]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，微通道板单元由两片微通道板和压制在微通道板表面的圆环电极片组成，微通道板平行重叠放置，且调节微通道板使微通道板内的微通道呈对应对立相交的方向排列，从而使到达微通道板的信号经过微通道板后达到最大的增益效果。此处圆环电极起到固定微通道板的作用，并且对微通道板提供高压以使微通道板工作。
[0013]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，荧光屏单元包括荧光屏和圆环电极片，荧光屏用于实现带电离子的位置成像，荧光屏固定在圆环电极片上，并经由该圆环电极片实现对突光屏的高压输入。突光屏镀有突光粉的一侧朝向微通道板的一侧。
[0014]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，密封视窗法兰单元是一个经过特殊设计的超高真空法兰装置。密封视窗法兰中心是透视区域，该透视区域材料为石英玻璃，尺寸范围5厘米至16厘米，可以根据超高真空法兰装置的尺寸进行调整。密封视窗法兰单元内同时焊接有数个高压电极，高压电极用于向微通道板单元和荧光屏单元提供高压。
[0015]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，其特征在于:圆环电极片为不锈钢、铜或者铝等材料加工而成的电极片。
[0016]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，用于固定微通道板单元和荧光屏单元的经过特殊设计的支架其结构采用嵌套式结构。该支架内部为金属螺纹牙条，金属螺纹牙条外侧套有长型陶瓷筒起到绝缘屏蔽的作用，微通道板单元和荧光屏单元穿插于长型陶瓷铜之上，并且微通道板单元和荧光屏单元之间经由嵌套在更外侧的短型陶瓷筒隔离。
[0017]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，金属螺纹牙条可由不锈钢、铜、铁等金属材料加工而成。
[0018]本发明所述的位置分辨的质谱探测器，位于微通道板单元和荧光屏单元之间的短型陶瓷筒的长度在0.05厘米到5厘米之间，位于荧光屏单元与透视区域石英片之间的短型陶瓷筒的长度为0.1厘米至10厘米之间。
[0019]所述探测器可用于真空装置中带电离子的位置与质谱探测，具体来说，带电粒子信号轰击微通道板单元，微通道板单元将带电粒子信号进行放大，之后轰击在荧光屏单元上，荧光屏单元将上述放大的信号成像，并且最终通过密封视窗法兰单元被外界采集，可获知带电离子的位置信息。同时，质谱信号转换模块从位置灵敏的成像模块提取带电粒子的强度及到达时间信号，并转化成可以直接测量的质谱信号。
[0020]本发明提供了一种可以探测带电离子位置的质谱探测器，其除了可以提供高灵敏度和高分辨的质谱信号，同时可以对带电离子的具体位置给出非常直观的表征，这对于优化和改进带电离子束的形貌并对后续的高分辨质谱的发展有着重要的意义。
【附图说明】
[0021]图1本发明结构原理示意图；
[0022]图2本发明所探测到的铜负离子络合物的质谱信号；
[0023]图3本发明探测到的铜负离子的位置与形貌特征；
[0024]图4本发明探测到的铜负离子脱附掉的电子所成的像。
[0025]其中，1-质谱信号转换模块；2_微通道板单元；3_荧光屏单元；4_密封视窗法兰单元。
[0026]附图中的侧视图为示意性的且未按照比例绘制。不过不同的附图中相同或相似的部件均在附图中给出相同的标记。
【具体实施方式】
[0027]本发明涉及一种位置