一種位置分辨的質譜探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及正/負電荷離子的探測，具體地說是應用于質譜儀器中的一種位置分辨的質譜探測器。
【背景技術】
[0002]質譜技術是一種非常重要的現代分析手段，利用質譜技術可以準確的測量原子或者分子的質量，確定混合物的組成以及相對的含量，甚至可以獲悉大分子體系的化學結構。具體而言，質譜儀器首先產生待分析樣品的離子，接著將上述離子利用它們荷質比的不同逐一分開，并且最終確定每種離子的相對成分。質譜技術按照對荷質比分析方法的不同，又分為飛行時間質譜儀，四級桿質譜儀，傅里葉變換質譜儀，離子阱質譜儀等諸多的種類。其中飛行時間質譜儀已被證實在環境污染物監測分析、藥物研發分析、火災檢測等眾多的社會領域發揮著極其重要的作用。用于飛行時間質譜儀的離子探測器有四種分類，分別是微通道板探測器、單通道電子倍增器、離散打拿極倍增器以及法拉第杯，其中除第四種法拉第杯主要用于離子探測外，其余的三種均可用于電子和離子的探測。基于微通道板放大的探測器以其高信噪比、可以實現微型化設計等優點而成為當今主流的離子探測器。結合微通道板放大的信號，其后若輔以陽極便可構成一般的表征信號強度的探測器，而若輔以用于電子成像的熒光屏便可構成一種可實現對離子飛行路徑位置的探測。
[0003]在質譜儀器開發階段以及后續的應用階段，實時的觀測離子飛行軌跡的以及離子束源形狀對飛行時間質譜儀分辨率的改進，探測效率的改良等都具有非常重要的實際意義。但是，用于飛行時間質譜儀的基于微通道板的探測器中，幾乎均采用表征信號強度的探測器。上述探測器盡管已經可以觀測到高分辨的質譜信號，卻對于離子束的位置和形狀無法做到定量的表征。
[0004]目前，以用于探測領域的各種基底的熒光屏的制作已經是一種非常成熟的工業化技術，且在尺寸的控制方面也有著很高的性價比。同時，結合成熟的電子技術，從微通道板上提取質譜信號也比較容易實現。綜合上述技術的考慮，實時觀測離子位置及束源形貌的質譜探測器的設計成為可能。

【發明內容】

[0005]本發明是鑒于以上的事實而設計的，其目的在于提供一種位置分辨的質譜探測器；
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種位置分辨的質譜探測器，包括:質譜信號轉換模塊和位置靈敏的成像模塊組成，其中位置靈敏的成像模塊具體包括微通道板單元、熒光屏單元以及密封視窗法蘭單元；其中，微通道板單元和熒光屏單元裝配在密封視窗法蘭單元內部，形成位置靈敏的成像模塊；
[0008]所述質譜信號轉換模塊一側接入外界高壓，經過其內側的分壓裝置將高壓從另一側輸出給微通道板單元，使其工作在1400伏特至2400伏特高壓范圍內以起到信號放大的作用，同時，保證微通道板單元又不因施加在微通道板單元內每片微通道板的高壓超過1200伏特而受到損傷。該質譜信號轉換模塊經過另一電阻電容耦合電路提取微通道板單元在工作過程中的電壓變化信號，輸出給數據采集裝置并得到質譜信號。
[0009]微通道板單元和熒光屏單元經過特殊設計的支架同軸的固定在密封視窗法蘭單元的中心軸線方向上。密封視窗法蘭單元是一個經過特殊設計的超高真空法蘭。該特殊設計的超高真空法蘭中心為透光玻璃或者石英等透明介質密封，周圍具有貫穿法蘭的高壓電極，同時在法蘭內部可以固定前述安裝有微通道板單元和熒光屏單元的支架結構。
[0010]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，質譜信號轉換模塊中用于分壓的電阻和質譜信號提取的電阻電容耦合電路，其所使用電阻電容均為高壓電阻電容，其耐壓范圍需要大于2千伏特；
[0011]用于質譜信號提取的電阻電容耦合電路中，電阻值與電容值需要很好的調節，從而得到較好的匹配，并最終可以獲得良好的質譜峰型。如上所述的電容阻值范圍可在50皮法拉至I微法拉之間調節，電阻阻值可在I歐姆至10千歐姆之間調節；用于分壓的電阻，其阻值范圍在10千歐姆至100兆歐姆。
[0012]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，微通道板單元由兩片微通道板和壓制在微通道板表面的圓環電極片組成，微通道板平行重疊放置，且調節微通道板使微通道板內的微通道呈對應對立相交的方向排列，從而使到達微通道板的信號經過微通道板后達到最大的增益效果。此處圓環電極起到固定微通道板的作用，并且對微通道板提供高壓以使微通道板工作。
[0013]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，熒光屏單元包括熒光屏和圓環電極片，熒光屏用于實現帶電離子的位置成像，熒光屏固定在圓環電極片上，并經由該圓環電極片實現對突光屏的高壓輸入。突光屏鍍有突光粉的一側朝向微通道板的一側。
[0014]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，密封視窗法蘭單元是一個經過特殊設計的超高真空法蘭裝置。密封視窗法蘭中心是透視區域，該透視區域材料為石英玻璃，尺寸范圍5厘米至16厘米，可以根據超高真空法蘭裝置的尺寸進行調整。密封視窗法蘭單元內同時焊接有數個高壓電極，高壓電極用于向微通道板單元和熒光屏單元提供高壓。
[0015]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，其特征在于:圓環電極片為不銹鋼、銅或者鋁等材料加工而成的電極片。
[0016]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，用于固定微通道板單元和熒光屏單元的經過特殊設計的支架其結構采用嵌套式結構。該支架內部為金屬螺紋牙條，金屬螺紋牙條外側套有長型陶瓷筒起到絕緣屏蔽的作用，微通道板單元和熒光屏單元穿插于長型陶瓷銅之上，并且微通道板單元和熒光屏單元之間經由嵌套在更外側的短型陶瓷筒隔離。
[0017]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，金屬螺紋牙條可由不銹鋼、銅、鐵等金屬材料加工而成。
[0018]本發明所述的位置分辨的質譜探測器，位于微通道板單元和熒光屏單元之間的短型陶瓷筒的長度在0.05厘米到5厘米之間，位于熒光屏單元與透視區域石英片之間的短型陶瓷筒的長度為0.1厘米至10厘米之間。
[0019]所述探測器可用于真空裝置中帶電離子的位置與質譜探測，具體來說，帶電粒子信號轟擊微通道板單元，微通道板單元將帶電粒子信號進行放大，之后轟擊在熒光屏單元上，熒光屏單元將上述放大的信號成像，并且最終通過密封視窗法蘭單元被外界采集，可獲知帶電離子的位置信息。同時，質譜信號轉換模塊從位置靈敏的成像模塊提取帶電粒子的強度及到達時間信號，并轉化成可以直接測量的質譜信號。
[0020]本發明提供了一種可以探測帶電離子位置的質譜探測器，其除了可以提供高靈敏度和高分辨的質譜信號，同時可以對帶電離子的具體位置給出非常直觀的表征，這對于優化和改進帶電離子束的形貌并對后續的高分辨質譜的發展有著重要的意義。
【附圖說明】
[0021]圖1本發明結構原理示意圖；
[0022]圖2本發明所探測到的銅負離子絡合物的質譜信號；
[0023]圖3本發明探測到的銅負離子的位置與形貌特征；
[0024]圖4本發明探測到的銅負離子脫附掉的電子所成的像。
[0025]其中，1-質譜信號轉換模塊；2_微通道板單元；3_熒光屏單元；4_密封視窗法蘭單元。
[0026]附圖中的側視圖為示意性的且未按照比例繪制。不過不同的附圖中相同或相似的部件均在附圖中給出相同的標記。
【具體實施方式】
[0027]本發明涉及一種位置