一种MEMS质谱芯片及质谱分析方法

本发明属于微型化质谱，特别涉及一种mems质谱芯片及质谱分析方法。

背景技术：

1、质谱仪基于物质离子质量本征属性获取物质成分信息，是分析领域的核心技术和通用手段。其主要由包含离子源、离子聚焦透镜、质量分析器及离子探测器组成的离子光路系统和由真空腔体、真空泵和真空规组成的真空系统两部分组成。

2、将微机电系统（mems，micro-electro-mechanical systems）集成制造工艺与质谱技术深度融合形成的mems质谱技术，凭借高度集成、超低功耗、小型轻量化以及批量制造等显著优势，已成为推动质谱仪微型化发展的重要技术方向。现阶段，以mems离子源、mems质量分析器和mems检测器为代表的质谱关键功能器件mems化研究取得了长足进展。然而，现有工作主要聚焦于单一功能器件的设计与制造，缺乏面向mems质谱系统整体功能实现的一体化集成方案，尚未形成具有自主工作能力的芯片级质谱系统。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中的问题，本发明提出一种mems质谱芯片及质谱分析方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种mems质谱芯片，包括离子光路单元和真空单元；

4、真空单元包围离子光路单元，且内部形成离子的飞行空间；飞行空间用于为离子光路单元内传输的离子提供飞行路径；

5、沿飞行路径，离子光路单元集成有依次排布的离子源、聚焦透镜、质量分析器和离子检测器。

6、进一步地，聚焦透镜包括透镜上电极和透镜下电极；透镜上电极和透镜下电极以飞行空间为中心对称设置。

7、进一步地，质量分析器包括上分析电极和下分析电极；上分析电极和下分析电极以飞行空间为中心对称设置。

8、进一步地，离子检测器包括上检测电极和下检测电极；

9、上检测电极和下检测电极以飞行空间为中心对称设置。

10、进一步地，真空单元包括真空密封仓、吸气剂泵和离子泵；

11、真空密封仓内部安装有离子光路单元，且一端开设有进样微通道；进样微通道用于将待测气体输送至真空密封仓内部的离子源；吸气剂泵位于真空密封仓内部，且分布在质量分析器周侧；离子泵位于真空密封仓内部，位于离子检测器远离质量分析器的一端。

12、进一步地，真空密封仓包括依次层叠的第一基板、第二基板和第三基板；

13、第二基板为中空结构，形成离子的飞行空间；

14、第一基板和第三基板相向的表面用于安装聚焦透镜、质量分析器、离子检测器、吸气剂泵和离子泵。

15、进一步地，离子泵包括上极板、下极板和灯丝；

16、上极板安装在第一基板朝向第三基板的表面，下极板安装在第三基板朝向第一基板的表面，上极板和下极板以飞行空间为中心对称设置；灯丝安装在下极板表面。

17、进一步地，离子源为场发射离子源、片上光电效应离子源或片上电子轰击离子源。

18、进一步地，质量分析器为片上离子阱质量分析器、共面线性离子阱质量分析器或mems摆线质量分析器。

19、一种质谱分析方法，通过上述的一种mems质谱芯片执行，包括以下步骤：

20、离子源将待测气体电离形成带电离子；

21、聚焦透镜对带电离子束进行聚焦，并将带电离子传输至质量分析器；

22、质量分析器根据带电离子的不同质荷比进行离子分离；

23、离子检测器接收经分离后的带电离子并完成离子检测。

24、本发明的有益效果：

25、本发明的质谱芯片集成了离子光路单元和真空单元，工作时，可依次完成离子产生、离子束聚焦矫正、离子质量筛选及离子信号检测的完整质谱分析流程，结构集成度高、体积小巧，可有效提升mems质谱芯片的气体分析精度与工作稳定性，提出了芯片级质谱系统的一种解决方案。

26、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

1.一种mems质谱芯片，其特征在于，包括离子光路单元（1）和真空单元（2）；

2.根据权利要求1所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述聚焦透镜（12）包括透镜上电极（1201）和透镜下电极（1202）；所述透镜上电极（1201）和透镜下电极（1202）以所述飞行空间（3）为中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述质量分析器（13）包括上分析电极（1301）和下分析电极（1302）；所述上分析电极（1301）和下分析电极（1302）以所述飞行空间（3）为中心对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述离子检测器（14）包括上检测电极（1401）和下检测电极（1402）；

5.根据权利要求1所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述真空单元（2）包括真空密封仓（22）、吸气剂泵（23）和离子泵（24）；

6.根据权利要求5所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述真空密封仓（22）包括依次层叠的第一基板（221）、第二基板（222）和第三基板（223）；

7.根据权利要求6所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述离子泵（24）包括上极板（2401）、下极板（2402）和灯丝（2403）；

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述离子源（11）为场发射离子源、片上光电效应离子源或片上电子轰击离子源。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种mems质谱芯片，其特征在于，所述质量分析器（13）为片上离子阱质量分析器、共面线性离子阱质量分析器或mems摆线质量分析器。

10.一种质谱分析方法，通过权利要求1-9任一项所述的一种mems质谱芯片执行，其特征在于，包括以下步骤：