本发明涉及一种高动态测量范围的飞行时间质谱检测器，具体的说是离子经过质量分析器分离后，不同质荷比的离子包到达静电透镜的时间不同。利用静电场透镜将入射的离子束散射开来，使得不同丰度的离子散射程度不一样，被探测器收集转换为电信号，然后通过采集卡采集。调节静电透镜的会聚电压可改变不同质荷比离子信号衰减倍数。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子可方便调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。
1.一种高动态测量范围的飞行时间质谱检测器，包括前屏蔽电极（1）、后屏蔽电极（3）、会聚电极（2）、孔电极（4）、小孔（6）、离子探测器（5）；会聚电极（2）、前屏蔽电极（1）和后屏蔽电极（3）分别为圆环状电极或圆筒状电极，前屏蔽电极（1）、会聚电极（2）和后屏蔽电极（3）从左至右依次同轴设置，于远离会聚电极（2）的后屏蔽电极（3）右侧从左至右依次设有孔电极（4）和离子探测器（5），后屏蔽电极（3）和孔电极（4）同轴设置；离子束从质量分析器的焦平面（8）沿焦平面（8）的法线方向入射进入前屏蔽电极（1），沿轴线方向入射离子束（7）依次经前屏蔽电极（1）、会聚电极（2）和后屏蔽电极（3）、孔电极（4）撞击到离子探测器（5）后产生电流信号；
前屏蔽电极（1）和后屏蔽电极（3）分别施加电压相同的电位V1；会聚电极（2）上施加V2电位；V1和V2电位构成透镜的会聚电场；当入射离子束（7）中不同质荷比离子包刚进入透镜前，改变V1和V2的大小，可以控制离子包会聚的程度；针对强度过高的质荷比离子可降低会聚程度，减少通过孔电极（4）的离子总量来降低离子探测器（5）的响应；对强度过低的质荷比离子可以增加会聚，增大通过孔电极（4）的离子总量来提高离子探测器（5）的响应；利用这种检测器结构和方法，可以对浓度范围差异较大样品同时检测。
孔电极（4）是中心开有小孔（6）的平板电极，其与屏蔽电极（3）之间留有空隙；离子探测器（5）与孔电极之间留有空隙；孔电极（4）的小孔（6）轴线与离子探测器接收面的法线在同一直线上。
3.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：焦平面（8）位于飞行时间质量分析器的离子焦平面的位置。
4.根据权利要求1所述检测器，其特征在于：该检测器工作于真空下，小于等于10-3 Pa。
一种高动态测量范围的飞行时间质谱检测器
技术领域
[0001] 本发明涉及质谱仪的检测器，具体的说是一种高动态测量范围的飞行时间质谱检测器。本发明适用于在真空条件下，利用静电透镜调节离子束散射的程度，对不同丰度离子可方便调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。
背景技术
[0002] 飞行时间质谱的检测器通常由两片到三片微通道板串联构成，将高能离子流转换放大为电子流，并以一块法拉第盘作为电子接收电极。高速的数据采集卡可以将法拉第盘接收到的电流信号采集记录下来，最终形成质谱图。
[0003] 当分析物浓度浓度较低时，为保证足够灵敏度，探测器一般工作在较高的放大倍率条件下，使得绝大多数离子的信号响应都能被采集到。然而，如果分析对象中不仅有低浓度分子，而且也存在高浓度分子时，此时高浓度分子的强信号在采集卡上会出现信号饱和的现象，从而导致较大的测量误差。因此可以通过设计一种新型的检测器来满足高动态范围测量的需求。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种高动态测量范围的飞行时间质谱检测器。本发明适用于在真空条件下，利用静电透镜将不同丰度的离子在进入探测器之前进行散射，散射的程度由静电透镜的施加的电压所决定。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种高动态测量范围的飞行时间质谱检测器，其特征在于：包括前屏蔽电极、后屏蔽电极、会聚电极、孔电极、小孔、离子探测器；会聚电极、前屏蔽电极和后屏蔽电极分别为圆环状电极或圆筒状电极，前屏蔽电极、会聚电极和后屏蔽电极从左至右依次同轴设置，于远离会聚电极的后屏蔽电极右侧从左至右依次设有孔电极和离子探测器，后屏蔽电极和孔电极同轴设置，入射离子束依次经前屏蔽电极、会聚电极和后屏蔽电极、孔电极撞击到离子探测器后产生电流信号。
[0007] 前屏蔽电极、会聚电极和后屏蔽电极三者之间由绝缘陶瓷隔开；离子束从质量分析器的焦平面沿焦平面的法线方向入射进入前屏蔽电极，沿轴线方向入射离子束依次经前屏蔽电极、会聚电极和后屏蔽电极、孔电极撞击到离子探测器后产生电流信号。
[0008] 前屏蔽电极和后屏蔽电极分别施加电压相同的电位V1；会聚电极上施加V2电位；V1和V2电位构成透镜的会聚电场；当入射离子束中不同质荷比离子包刚进入透镜前，改变V1和V2的大小，可以控制离子包会聚的程度。
[0009] 孔电极是中心开有小孔的平板电极，其与屏蔽电极之间留有空隙；离子探测器与孔电极之间留有空隙；孔电极的小孔轴线与离子探测器接收面的法线在同一直线上。
[0010] 焦平面位于飞行时间质量分析器的离子焦平面的位置。该检测器工作于真空下(小于等于10-3Pa)。
[0011] 质量分析器将不同质荷比离子在时间上区分开，在不同的时刻到达静电透镜位置。根据要衰减的倍数，快速改变透镜电压可以实现不同丰度离子的的同时高精度测量。
附图说明
[0012] 图1为本发明用于飞行时间质谱的高动态范围检测器的结构示意图。
[0013] 图2是采用SIMION软件模拟检测器中静电透镜在不同工作条件下将离子束散射后通过小孔被探测器接收的示意图。能量为2500eV的离子束，直径4mm，发散角度10°。当偏转电压V1＝0V，V2＝-1500V时，离子束通过小孔的效率为3.3％，如图2(a)；当偏转电压V1＝0V，V2＝-2500V时，离子束通过小孔的效率为5.5％，如图2(b)；当偏转电压V1＝0V，V2＝-3500V时，离子束通过小孔的效率为58.2％，如图2(c)。
具体实施方式
[0014] 请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明的高动态测量范围的飞行时间质谱检测器，其特征在于：
[0015] 包括前屏蔽电极1、后屏蔽电极3、会聚电极2、孔电极4、小孔6、离子探测器5；会聚电极2、前屏蔽电极1和后屏蔽电极3分别为圆环状电极或圆筒状电极，前屏蔽电极1、会聚电极2和后屏蔽电极3从左至右依次同轴设置，于远离会聚电极2的后屏蔽电极3右侧从左至右依次设有孔电极4和离子探测器5，后屏蔽电极3和孔电极4同轴设置，入射离子束依次经前屏蔽电极1、会聚电极2和后屏蔽电极3、孔电极4撞击到离子探测器5后产生电流信号。前屏蔽电极1、会聚电极2和后屏蔽电极3三者之间由绝缘陶瓷隔开；离子束从质量分析器的焦平面8沿焦平面8的法线方向入射进入前屏蔽电极1，沿轴线方向入射离子束7依次经前屏蔽电极1、会聚电极2和后屏蔽电极3、孔电极4撞击到离子探测器5后产生电流信号。
[0016] 前屏蔽电极1和后屏蔽电极3分别施加电压相同的电位V1；会聚电极2上施加V2电位；V1和V2电位构成透镜的会聚电场；当入射离子束7中不同质荷比离子包刚进入透镜前，改变V1和V2的大小，可以控制离子包会聚的程度。
[0017] 孔电极4是中心开有小孔6的平板电极，其与屏蔽电极3之间留有空隙；离子探测器5与孔电极之间留有空隙；孔电极4的小孔6轴线与离子探测器接收面的法线在同一直线上。
[0018] 焦平面8位于飞行时间质量分析器的离子焦平面的位置。该检测器工作于真空下(小于等于10-3Pa)。
[0019] 能量为2500eV的离子束，直径4mm，发散角度10°。当偏转电压V1＝0V，V2＝-1500V时，离子束通过小孔的效率为3.3％，如图2(a)；当偏转电压V1＝0V，V2＝-2500V时，离子束通过小孔的效率为5.5％，如图2(b)；当偏转电压V1＝0V，V2＝-3500V时，离子束通过小孔的效率为58.2％，如图2(c)。
