专利名称：带离子阱的脉冲式辉光放电离子源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及离子源技术领域，尤其涉及一种带离子阱的脉冲式辉光放电离子源。
背景技术：
离子迁移谱仪中最关键的技术之一就是离子源，离子源的作用是用来产生离子，而离子流的强度又是由离子的引出方式决定的，因此，离子源技术包括离子的有效产生和离子的有效引出两个主要部分。中国专利申请号201120221033. 0，实用新型名称为离子源，其公开了一种双针式辉光放电离子源，该离子源的工作方式为连续放电式等离子源。该离子源用电场将目标离子引出，其离子引出率虽然比放射性离子源离子引出率高，但是，由于该离子源没有离子阱，离子源管壁会产生离子附着，使得离子损失较大。同时，由于没有离子阱，引出的离子流强度可调性差。美国专利公开号US2008/0093549A1,美国专利号 US5200614，US5491337，US6124592中公开的离子源都是放射性离子源，都用双网状电极作为离子阱。如图1所示，电极11和电极12形成的A区就是离子阱区，电极11、电极12、电极13、电极14、电极15和电极16为离子迁移区20的电极。放射性离子源17—般为Ni63。该离子源为放射性离子源，一方面存在放射性管制问题，另一方面，该离子源虽然也使用离子阱，但是该离子阱仅在一维方向对离子有限制作用，在径向对离子没有限制作用，在径向依然存在离子附着离子源管壁的问题，依然存在离子损失的问题。
实用新型内容为此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，不但可以有效克服背景技术中存在的技术缺陷，还使得该离子源产生的离子流强度可调控。于是，本实用新型提供了一种带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，电源、能够产生离子的放电体C和离子引出电极B2，放电体C的高压端连接电源，低压端通过相互串联的限流电阻Rl和高压开关SI接地，离子引出电极B2的一端通过分压电阻R3连接放电体C的高压端，另一端通过相互串联的分压电阻R2和高压开关S2接地，放电体C包括两个位置相对的正负放电电极和筒状可提供稳定的脉冲辉光放电区域的离子源电极筒BI，该正负放电电极通过开设在离子源电极筒侧壁上的开孔伸入到离子源电极筒内，并由离子源电极筒BI与离子引出电极B2构成离子阱以限制离子扩散。其中，所述正负放电电极中用于连接电阻Rl的放电电极，其外部设置有用于起安全防护作用的绝缘体A2。所述正负放电电极为针状放电电极。所述离子源电极筒BI为金属筒。[0010]所述离子源电极筒BI为圆筒状。所述离子源电极筒BI的内径范围在100微米到30毫米之间。所述离子引出电极B2为环状的或者锥状的金属环。所述离子引出电极B2的内径范围在I微米到30毫米之间。所述正负放电电极之间的间距在I毫米至10毫米之间。所述电源为高压电源，其电压范围为3KV至30KV。本实用新型所述带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，通过控制高压开关SI和高压开关S2的通断时间，使得通过脉冲放电方式产生的等离子体在可控的时间内能够被限制在离子阱中，在可控的的时间内又能够将其从离子阱中引出，实现了脉冲离子流强度及脉宽的可调控。同时，由于离子源电极筒的结构，使得离子阱不仅在一维方向对离子有限制作用，而且在径向也对离子有限制作用，克服了背景技术中所述离子附着离子源管壁的问题，减少了离子损失，提高了离子引出率。
图1为现有技术中离子迁移管结构示意图；图2为本实用新型实施例所述离子源的电路结构示意图；图3为本实用新型实施例所述离子源与离子迁移管中其他部件之间位置结构关系不意图4图3中所示放电体C和离子引出电极B2的立体分离结构示意图；图5为图4的剖视图；图6为图3所示离子引出极B2为锥状时的剖视图；图7为使用本实用新型实施例所述离子源产生的离子被限制在离子阱中和从离子阱中被引出时离子走向示意图；图8为离子阱中离子被限制和被引出时电场等势图对比图；图9为离子被限制和被引出时的控制时序图；图10为参数组合一对应的主反应离子RIP的峰值图；图11为参数组合二对应的主反应离子RIP的峰值图；图12为参数组合三对应的主反应离子RIP的峰值图；图13为参数组合四对应的主反应离子RIP的峰值图。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型进行详细描述。如图2至图5所示，本实施例提供了一种带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，该离子源包括电源a V、能够产生离子的放电体C和离子引出电极B2，放电体C的高压端连接电源，低压端通过相互串联的限流电阻Rl和高压开关SI接地，离子引出电极B2的一端通过分压电阻R3连接放电体C的高压端，另一端通过相互串联的分压电阻R2和高压开关S2接地。其中，放电体C包括两个位置相对的正负放电电极Al和A3，以及筒状的离子源电极筒BI，正负放电电极Al和A3通过开设在离子源电极筒BI侧壁上的开孔Bll和开孔B12伸入到离子源电极筒BI内。子源电极筒BI的作用是提供稳定的脉冲辉光放电区域，限制离子往离子源管壁上附着，同时，离子源电极筒BI与电极环B2 —起形成离子阱。电源H. V，为高压电源，其既可以是正电源，也可以是负电源。一般情况下，其电压范围为3KV至30KV为了形成辉光放电，在正负放电电极中，用于连接电阻Rl的电极Al与电极筒BI之间用绝缘体A2绝缘，绝缘材料为陶瓷或聚四氟乙烯。本实施例中正负放电电极Al和A3为针状放电电极。当然也可以是针-面、针-筒、棒-筒、面-面、针-针式正负放电电极。一般情况下，两个位置相对的正负放电电极Al和A3之间的间距为I毫米至10毫米之间。离子源电极筒BI为金属筒，圆筒状，其内径范围在100微米到30毫米之间。离子引出电极B2为环状或者锥状的金属筒。当离子引出电极B2为锥状时，如图6所示。离子引出电极B2的内径范围在I微米到30毫米之间。结合图2，以及图7至图9所示，下面详细描述本实施例所述离子源离子引出原理首先，将高压开关SI闭合，将高压开关S2断开。此时，高压击穿离子体C中的气体介质，形成等离子体。离子源电极筒BI和离子引出极B2共同构成离子阱。由于高压开关S2断开，离子引出极B2的电位略高于离子源电极筒BI的电位，所以，所述形成的等离子体被限制在离 子阱中，此时离子阱中的质子转移反应将以高密度的方式进行。通俗地讲，此时我们的被测物质是在高浓度的主反应离子下离化，使其能更加充分地离化，既提高被测物的离化率。按照图9所示时序，高压开关SI闭合T2时间后断开，延时T3-T2-T1时长后，离子体C中形成的脉冲等离子体将会坍塌，这将有助于离子的引出。这里，一般情况下，所述时间T的单位为微秒。所谓的等离子体坍塌，是指等离子体在没有电能量继续馈入后，等离子体的自然衰减。然后，闻压开关SI闭合T2时间后断开，延时T3-T2-T1时长后，将闻压开关S2闭合。此时，由于高压开关S2导通，离子引出电极B2电位被迅速拉低，形成离子引出效应。高压开关S2闭合持续T4时长后，再将高压开关S2断开，此时，本实施例所述离子源完成了一个运行过程。这里，所述离子引出电极B2电位被迅速拉低，是指相对于正离子模式而言为拉低，若相对于负离子模式而言为抬高。如图7所示，当离子源电极筒BI的电位小于或者等于离子引出极B2的电位时，就会形成离子阱，离子受到限制，不能够被引出。当离子源电极筒BI的电位大于离子引出极B2的电位时，离子受到的限制被解除，此时在电场的作用下，离子从离子引出极B2的内环中被引出。图8给出了离子阱电场等势图，用以说明等离子体C内产生的离子，其在被限制和被引出时的电场等势图。由此可见，通过控制高压开关SI和高压开关S2的通断时间T2、T3、T4，即可以控制离子在离子阱中被限制的时间和被引出的时间，实现了脉冲离子流强度及脉宽的可调控。例如，当T2取676us，T3取728us，T4取1508us时，我们会得到主反应离子RIP的峰值对应幅度为6. 6IV，如图10所示。当T2取546us，T3取728us，T4取1508us时，我们会得到主反应离子RIP的峰值对应幅度为5. 08V，如图11所示。当T2取676us，T3取858us，T4取1508us时，我们会得到主反应离子RIP的峰值对应幅度为4. 29V，如图12所示。当T2取676us，T3取858us，T4取1378us时，我们会得到主反应离子RIP的峰值对应幅度为为9. 48V，如图13所示。由于待测物质离化率很大部分取决于离子源的等离子体浓度和离子流强度，因此，通过实验可以得出，使用本实施例所述的离子源生产出来的离子迁移谱仪，其大部分被测物质检出限可达PPB(pg/mg)和SubPPB(〈 pg/mg)量级,较使用背景技术中所述离子源生成出来的离子迁移谱仪，其技术指标可以提高3个数量级。这里,PPB,即Part Per Billion,是十亿分之一，SubPPB称为亚PPB,即在0. OOlppb到Ippb之间。综上所述，本实用新型实施例所述带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，通过控制高压开关SI和高压开关S2的通断时间，使得通过脉冲放电方式产生的等离子体在可控的时间内能够被限制在离子阱中，在可控的的时间内又能够将其从离子阱中引出，实现了脉冲离子流强度及脉宽的可调控。同时，由于离子源电极筒的结构，使得离子阱不仅在一维方向对离子有限制作用，而且在径向也对离子有限制作用，克服了背景技术中所述离子附着离子源管壁的问题，减少了离子损失，提高了离子引出率。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范 围之内。
权利要求1.一种带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，包括电源、能够产生离子的放电体C和离子引出电极B2，放电体C的高压端连接电源，低压端通过相互串联的限流电阻Rl和高压开关SI接地，离子引出电极B2的一端通过分压电阻R3连接放电体C的高压端，另一端通过相互串联的分压电阻R2和高压开关S2接地，放电体C包括两个位置相对的正负放电电极和筒状可提供稳定的脉冲辉光放电区域的离子源电极筒BI，该正负放电电极通过开设在离子源电极筒侧壁上的开孔伸入到离子源电极筒内，并由离子源电极筒BI与离子引出电极B2构成离子阱以限制离子扩散。
2.根据权利要求1所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述正负放电电极中用于连接电阻Rl的放电电极，其外部设置有用于起安全防护作用的绝缘体A2。
3.根据权利要求1或者2所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述正负放电电极为针状放电电极。
4.根据权利要求1或者2所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述离子源电极筒B1为金属筒。
5.根据权利要求根据权利要求1或者2所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述离子源电极筒B1为圆筒状。
6.根据权利要求5所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述离子源电极筒BI的内径范围在100微米到30毫米之间。
7.根据权利要求1或者2所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述离子引出电极B2为环状的或者锥状的金属环。
8.根据权利要求7所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述离子引出电极B2的内径范围在I微米到30毫米之间。
9.根据权利要求1所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述正负放电电极之间的间距在I毫米至10毫米之间。
10.根据权利要求1所述的脉冲式辉光放电离子源，其特征在于，所述电源为高压电源，其电压范围为3KV至30KV。
专利摘要本实用新型提供了一种带离子阱的脉冲式辉光放电离子源，包括电源、能够产生离子的放电体C和离子引出电极B2，放电体C的高压端连接电源，低压端通过相互串联的限流电阻R1和高压开关S1接地，离子引出电极B2的一端通过分压电阻R3连接放电体C的高压端，另一端通过相互串联的分压电阻R2和高压开关S2接地，放电体C包括两个位置相对的正负放电电极和筒状可提供稳定的脉冲辉光放电区域的离子源电极筒，该正负放电电极通过开设在离子源电极筒侧壁上的开孔伸入到离子源电极筒内。本实用新型所述脉冲式辉光放电离子源，实现了脉冲离子流强度及脉宽的可调控。同时克服了离子附着离子源管壁的问题，减少了离子损失，提高了离子引出率。
文档编号H01J49/10GK202905664SQ20122059231
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者刘立秋, 马军, 张伟, 颜毅坚, 徐翔, 张亦扬 申请人:武汉矽感科技有限公司, 上海矽感信息科技有限公司