专利名称：一种电子碰撞电离源的制作方法
技术领域：
本发明属于一种质谱以及气体离子反应用的离子源，尤其涉及一种利用电子碰撞产生离子的可控电子束束斑大小及可控连续电离或脉冲电离的离子源。
背景技术：
电离源是质谱分析、碰撞反应及其他原子、分子物理或化学反应领域的一个重要部件。分子或原子的电离方式有多种方法，其中发展最早的为电子碰撞电离。目前文献报道或仪器厂家使用的电子碰撞电离源大部分都是利用磁场约束电子运动轨迹，增加碰撞几率。传统的离子源有几个缺点，第一，因为有磁场的存在，电离区域的温度必须严格控制，否则可能会导致磁场退磁，电离不稳定。第二，离子源先是电离出离子，然后再用电场引出离子，不能实现原位电离和原位分析。第三，电离输出不能脉冲输出。以上几点原因导致传统的电子碰撞电离源一般用于四级杆质谱分析系统。而飞行时间质谱系统要想使用该源，就 必须要对离子流进行一系列的压缩，控制不好，离子流就出现发散和损耗，严重影响质谱的分辨率和灵敏度。
发明内容
本发明的目的是利用电场来约束电子运动轨迹，使产生的电子束输出形成一种高密度、低分散能连续输出或脉冲输出的电子束，同时可以调节压缩电子束的宽度；并使电子束能直接打到靶向电离空间或物体上，实现原位电离。本发明的原理是利用电场形成的电子透镜对由灯丝热发射形成的电子束进行约束、调整和控制。由于电子质量小，所以电子透镜的电场和空间就可以做的非常简洁和小巧。本发明的主要结构包括灯丝、灯丝支架、加速拉出电极及聚焦电极。其组成结构是在一个圆形的法兰盘上方左右各安装一对灯丝支架，灯丝支架是由两个绝缘陶瓷柱通过上端的金属夹来支撑夹持发射电子的灯丝；法兰盘的中间开有狭缝用于引出电子束，法兰盘中间的上方通过四个螺纹柱和陶瓷垫片来支撑上部的电子加速拉出电极和下部的电子聚焦电极，电子加速拉出电极分为上端电极、下端电极、接地电极，该三种电子加速拉出电极的形状是中间有一个长方型狭缝的长方体薄金属片，在电子加速拉出电极的下部设有聚焦电极，聚焦电极分为上聚焦电极、下聚焦电极，聚焦电极的外形和电子加速拉出电极一致，也带有长方型狭缝，其厚度要比电子加速拉出电极厚3-4倍。灯丝位于法兰盘狭缝和电子加速拉出电极狭缝及聚焦电极狭缝的中心线所形成的平面内。本发明的优点是可以利用电场来约束电子运动轨迹避免了有磁场存在下需要控制电离区温度的缺点，通过控制电场的电压使产生的电子束既可以连续输出，也可以脉冲输出，而且电子束的宽度可以调节压缩的很窄直接打到想要电离的位置空间，特别适用于飞行时间质谱的原位电离和快速分析需要。另外灯丝的加热作用不仅可以用来稳定地产生电子束，同时也使得电极周边温度升高，减小吸附带来的残留问题。
图I为离子源结构图 图2为离子源结构俯视图
图3a为灯丝支架金属夹垫片图 图3b为图3a的A-A剖视图 图4为灯丝结构图 图5a为电子加速拉出电极图 图5b为电子加速拉出电极的侧视图 图6a为电子聚焦电极图 图6b为电子聚焦电极的侧视图
具体实施例方式下面结合附图详细叙述本发明的结构内容。在圆形的法兰盘I的上方左右各安装一对灯丝支架2，见图I、图2，灯丝支架2是陶瓷柱体，该柱体的上端设有金属夹3，夹持灯丝4的金属夹3分上下两片，见图3，上片为压片，下片为垫片，垫片的特点是中间带有一个定位槽，使灯丝4准确定位在中间位置。灯丝在加热的过程中会变形，为了保持灯丝在任何时候都是直线状态，灯丝4的一头与带有弹性的钢圈点焊连接，见图4，这样对灯丝就产生一个弹性力使其始终保持紧绷状态，以达到电场的稳定性和重复性。发射电子的灯丝可为钨丝或钥丝或涂有稀土元素的复合电子发射灯丝。法兰盘I的中间开有狭缝用于引出电子束，法兰盘同时接地作为一个地极使用。法兰盘I中间的上方依靠四个螺纹柱10和陶瓷垫片11由上到下来支撑三个电子加速拉出电极，即上端电极5、下端电极6、接地电极7和两个聚焦电极即上聚焦电极8和下聚焦电极9。上述电子加速拉出电极和聚焦电极与法兰盘皆采用耐高温不锈钢或钨或钥金属材质，且表面要做镜面抛光处理，以达到良好的电场均匀性和较小的气体吸附效应。每一个电子加速拉出电极的中间都开有一个长方形的狭缝，由于电子的质量非常小，所以对电场的均匀性及边缘效应要求非常高，电子加速拉出电极都要做成非常薄的片子，厚度不大于O. 5毫米，其中上端电极5中间部位带有长方形的凸台，见图5，凸台的目的是避免电离或热挥发物质对绝缘陶瓷的污染，并能使上端电极5和相对的下端电极6之间形成均匀稳定的电场。电极7是接地电极，通过对上端电极5和下端电极6施加不同的负压来达到调节电场电压使电子获得加速并形成初步聚焦出射。上端电极5和下端电极6之间的距离是下端电极6和接地电极7的距离的两倍。两个聚焦电极，即上聚焦电极8、下聚焦电极9的形状和电子加速拉出电极相同，见图6，电极的中间部位带有同样的一个长方型狭缝，不同的就是聚焦电极的厚度要比加速拉出电极厚3-4倍。原因就是其上加的是正电压，要在接地电极7和法兰盘I之间形成一个较长的电子透镜，这样形成的电子透镜焦距长，压缩的电子密度大。灯丝位于法兰盘狭缝和电子加速拉出电极狭缝及聚焦电极狭缝的中心线所形成的平面内。根据具体要求也可以将本发明的整体装置安装在方形或椭圆形或多边形的法兰盘上。
权利要求
1.一种电子碰撞电离源，包括灯丝、灯丝支架、加速拉出电极及聚焦电极，其特征是在一个圆形的法兰盘上方左右各安装一对灯丝支架，灯丝支架是由两个绝缘陶瓷柱通过上端的金属夹来支撑夹持发射电子的灯丝；法兰盘的中间开有狭缝，法兰盘中间的上方通过四个螺纹柱和陶瓷垫片来支撑上部的电子加速拉出电极和下部的电子聚焦电极，电子加速拉出电极分为上端电极、下端电极、接地电极，该三种电子加速拉出电极的形状是中间有一个长方型狭缝的长方体薄金属片，在电子加速拉出电极的下部设有聚焦电极，聚焦电极分为上聚焦电极、下聚焦电极，聚焦电极的外形和电子加速拉出电极一致，也带有长方型狭缝，其厚度要比电子加速拉出电极厚3-4倍，灯丝位于法兰盘狭缝和电子加速拉出电极狭缝及聚焦电极狭缝的中心线所形成的平面内。
2.根据权利要求I所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的灯丝支架绝缘陶瓷柱上端的金属夹(3)分上下两片，上片为压片，下片为垫片，垫片的中间带有一个定位槽，使灯丝(4)准确定位在中间位置。
3.根据权利要求I所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的灯丝(4)的一头与带有弹性的钢圈点焊连接。
4.根据权利要求I或3所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的灯丝(4)可为钨丝或钥丝或涂有稀土元素的复合电子发射灯丝。
5.根据权利要求I所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的电子加速拉出电极和聚焦电极与法兰盘采用耐高温不锈钢或钨或钥金属材质，表面做镜面抛光处理。
6.根据权利要求I所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的电子加速拉出电极厚度不大于O. 5毫米。
7.根据权利要求I或6所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的电子加速拉出电极，其中上端电极(5)中间部位带有长方形的凸台。
8.根据权利要求I或6所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的电子加速拉出电极的上端电极(5)和下端电极(6)之间的距离，是下端电极(6)和接地电极(7)的距离的两倍。
9.根据权利I要求所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的法兰盘为方形或椭圆形或多边形的法兰盘。
10.根据权利I或9要求所述的电子碰撞电离源，其特征是所述的法兰盘同时接地作为一个地极使用。
全文摘要
一种电子碰撞电离源是属于质谱以及气体离子反应用的离子源，利用热阴极发射电子，再用电场使产生的电子束输出形成一种高密度、低分散能连续输出或脉冲输出的电子束，同时可以调节压缩电子束的宽度；并使电子束能直接打到靶向电离空间或物体上，实现原位电离。本发明包括灯丝、灯丝支架、加速拉出电极及聚焦电极和安装框架。本发明的优点是可以利用电场来约束电子运动轨迹，避免了有磁场存在下需要控制电离区温度的缺点，特别适用于飞行时间质谱的原位电离和快速分析需要。
文档编号H01J49/06GK102881552SQ201210361879
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者张盛, 梁峰, 夏元钦 申请人:哈尔滨工业大学