电子轰击离子源及其控制方法与流程

1.本发明涉及离子源，特别涉及电子轰击离子源及其控制方法。


背景技术：

2.在电子轰击离子源常规工作模式中，样品以气态的形式进入电离室，和灯丝激发的电子相互作用后被电离，整个过程可以用以下公式来表示：m e-→m
2e-，其中m表示样品分子，e表示灯丝出射的电子，m

表示被电离的样品分子离子，随后样品分子离子通过离子传输透镜进入质量分析器，进而被检测器检测。
3.在现有的电子轰击离子源结构中，离子源产生的离子团簇是否在电离室轴心位置至关重要，假设离子团簇不在离子源轴心位置，则大部分离子受提取电场影响直接撞击在传输透镜上，无法通过离子传输区，从而导致离子通过率大幅降低，最终影响离子源性能。为了提高离子传输效率，通常采用以下方案：
4.1.在传输样品的毛细管柱在结构设计和安装过程中，尽量靠近离子源轴心位置，从而保证从毛细管柱传输的样品在进入电离室时，大部分样品经过电离室轴心位置，确保产生的离子在轴心位置，该方法对结构设计要求极高，一方面需要对离子源，真空腔，毛细管柱结构件的设计和加工提出较高轴心对中要求，另一方面在组装过程中受安装工程师因素较大，不同的工程师组装的效果一致性欠佳。
5.2.提高灯丝激发出来的电子数量，当电子数量足够多时，整个电离室均充满离子或者离子团簇的半径较大，进而保证进入离子传输区的离子数量足够多，该方法缺点有两个：
6.首先，灯丝出射电子数量增加，导致灯丝使用寿命变短；
7.再有，产生的大量离子会附着在电离室腔壁上，导致电离室碳化较为严重从而增加离子源清洗次数；
8.3.在电离室增加射频传输区，电离室相对较高的真空压力配合射频电压能够对离子束流实现较好的聚焦效果，从而提高离子通过率，但该方法使得离子源体积较大，控制较为复杂，且射频电场若出现边缘场效应会产生质量歧视效应。


技术实现要素：

9.为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种电子轰击离子源。
10.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
11.电子轰击离子源，所述电子轰击离子源包括电子源和电离室；所述电子轰击离子源还包括：
12.第一偏转电极和第一法拉第杯检测器，所述第一偏转电极用于偏转所述电离室内的离子束，所述第一法拉第杯检测器分别设置在所述电离室的轴心上侧；
13.第二偏转电极和第二法拉第杯检测器，所述第二偏转电极用于所述电离室内的偏转离子束，所述第二法拉第杯检测器分别设置在所述电离室的轴心下侧；
14.计算单元，所述计算单元用于根据所述第一法拉第杯检测器和第二法拉第杯检测器的输出得出离子束和所述轴心间的偏差；
15.控制单元，所述控制单元用于根据所述偏差去调整第一偏转电极和/或第二偏转电极，使得离子束沿着所述轴心传输。
16.本发明的另一目的在于提供了电子轰击离子源的控制方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
17.电子轰击离子源的控制方法，所述电子轰击离子源的控制方法包括以下步骤：
18.(a1)进入电离室内的气态待测物被电子轰击而离子化；
19.(a2)第一偏转电极和第二偏转电极在不同方向上偏转离子束，使得离子束沿着电离室的轴心前进；
20.(a3)第一法拉第杯检测器和第二法拉第杯检测器接收偏离所述轴心的离子，并输出信号；
21.(a4)计算单元根据所述输出信号得出离子束和所述轴心的偏差；
22.(a5)控制单元用于根据所述偏差去调整第一偏转电极和/或第二偏转电极，使得离子束沿着所述轴心传输。
23.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
24.为了提高电子轰击离子源的离子传输效率，通过检测离子束的和电离室的轴心间的偏差，再调整偏转电极的电压，使得离子束真正地沿着所述轴心传输，从而取得了以下技术优势；
25.1.离子传输效率高；
26.实时检测离子束和轴心间的偏差，并根据偏转电极-法拉第杯检测器输出信号间的映射关系得出偏转电极的电压调节量，从使离子束沿着轴心传输，提高了离子传输效率；
27.2.降低了离子源装配要求。
附图说明
28.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
29.图1是根据本发明实施例电子轰击离子源的结构示意图；
30.图2是根据本发明实施例电子轰击离子源的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
31.图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
32.实施例1：
33.图1给出了本发明实施例的电子轰击离子源的结构示意图，如图1所示，所述电子
轰击离子源包括：
34.电子源和电离室11，所述电子源和电离室11是本领域现有技术；
35.第一偏转电极21和第一法拉第杯检测器31，所述第一偏转电极21用于偏转所述电离室11内的离子束，所述第一法拉第杯检测器31分别设置在所述电离室的轴心81上侧；
36.第二偏转电极22和第二法拉第杯检测器32，所述第二偏转电极22用于所述电离室1内的偏转离子束，所述第二法拉第杯检测器32分别设置在所述电离室11的轴心81下侧；上述偏转电极和法拉第杯检测器均是本领域现有技术；
37.计算单元51，所述计算单元51用于根据所述第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32的输出得出离子束和所述轴心81间的偏差；
38.控制单元61，所述控制单元61用于根据所述偏差去调整第一偏转电极21和/或第二偏转电极22，使得离子束沿着所述轴心81传输。
39.为了准确地检测离子束的偏离轴心81的状况，进一步地，沿着所述离子束的传输方向，第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32间的距离变大。
40.为了提高离子传输效率，进一步地，所述电子轰击离子源还包括：
41.离子漏斗41，在平行于所述轴心81的方向上，第一偏转电极21、第一法拉第杯检测器31和离子漏斗41依次设置，第二偏转电极22、第二法拉第杯检测器32和离子漏斗41依次设置。
42.为了降低偏转电极的设计难度，进一步地，所述第一偏转电极21和第二偏转电极22分别相对所述轴心81倾斜设置。
43.图2示意性地给出了本发明实施例电子轰击离子源的控制方法的流程图，如图2所示，所述电子轰击离子源的控制方法包括以下步骤：
44.(a1)进入电离室11内的气态待测物被电子轰击而离子化；
45.(a2)第一偏转电极21和第二偏转电极22在不同方向上偏转离子束，使得离子束沿着电离室的轴心81前进；
46.(a3)第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32接收偏离所述轴心81的离子，并输出信号；
47.(a4)计算单元51根据所述输出信号得出离子束和所述轴心81的偏差；
48.(a5)控制单元61根据所述偏差去调整第一偏转电极21和/或第二偏转电极22，使得离子束沿着所述轴心81传输。
49.为了准确地调整偏转电极电压，进一步地，所述电子轰击离子源的控制方法还包括处于步骤(a1)之前的步骤：
50.(a0)所述第一偏转电极21的电压u分别调整到u1，u2···
un，获得与电压u对应的第一法拉第杯检测器31的输出信号n1，n2···nn
，拟合出第一映射关系u＝f(n)，f是函数关系。
51.为了准确地反映电压和输出信号间的对应关系，进一步地，第一映射关系
52.为了准确地获得所述偏差，进一步地，在步骤(a4)中，所述偏差的获得方式为：
53.根据所述第一法拉第杯检测器31的输出信号n和第二法拉第杯检测器32的输出信号m，拟合得到n＝k
·
m b，k是系数，b是常数，i＝1,2
···
n，n是大于2的整数；
54.得到所述第一法拉第杯检测器31的输出信号的拟变化量(1-k)
·
m，或者第二法拉第杯检测器32的输出信号的拟变化量
55.为了获得偏转电极电压的变化量，进一步地，在步骤(a5)中，调整的方式为：
56.保持所述第二偏转电极22的电压不变，利用第一偏转电极21的电压u和第一法拉第杯检测器31的输出信号n间的第一映射关系，得出与拟变化量(1-k)
·
m对应的第一偏转电极21的电压变化量；或者，
57.保持所述第一偏转电极21的电压不变，利用第二偏转电极22的电压v和第二法拉第杯检测器32的输出信号m间的第二映射关系，得出与拟变化量对应的第二偏转电极22的电压变化量。
58.为了降低调整难度，进一步地，保持电压不变的偏转电极的电压是基准电压。
59.实施例2：
60.根据本发明实施例1的电子轰击离子源和方法的应用例。
61.在本应用例中，如图1所示，第一偏转电极21和第二偏转电极22关于轴心81对称设置，第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32关于轴心81对称；沿着离子在轴心81的传输方向，第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32间的距离变大；第一偏转电极21、第一法拉第杯检测器31和离子漏斗41依次设置。
62.如图2所示，电子轰击离子源的控制方法包括以下步骤：
63.(a0)第一偏转电极21的电压u分别调整到u1，u2···
un，获得与电压u分别对应的第一法拉第杯检测器31的输出信号n1，n2···nn
，拟合出第一映射关系：
[0064][0065]
(a1)进入电离室11内的气态待测物被电子轰击而离子化；
[0066]
(a2)第一偏转电极21和第二偏转电极22在不同方向上偏转离子束，使得离子束沿着电离室的轴心81前进；
[0067]
(a3)第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32接收偏离所述轴心81的离子，并输出信号；
[0068]
(a4)计算单元51根据所述输出信号得出离子束和所述轴心81的偏差，具体为：
[0069]
根据所述第一法拉第杯检测器31的输出信号n和第二法拉第杯检测器32的输出信号m，拟合得到n＝k
·
m b，k是系数，b是常数，i＝1,2
···
n，n是大于2的整数；
[0070]
得到所述第一法拉第杯检测器31的输出信号的拟变化量(1-k)
·
m，或者第二法拉第杯检测器32的输出信号的拟变化量
[0071]
(a5)控制单元61根据所述偏差去调整第一偏转电极21和/或第二偏转电极22，使得离子束沿着所述轴心81传输，调整的方式为：
[0072]
所述第二偏转电极22保持在基准电压不变，利用第一偏转电极21的电压u和第一法拉第杯检测器31的输出信号n间的第一映射关系u＝f(n)＝a
·
n c，得出与拟变化量(1-k)
·
m对应的第一偏转电极21的电压变化量，按照所述电压变化量去调整第一偏转电极21的电压。
[0073]
实施例3：
[0074]
根据本发明实施例1的电子轰击离子源和方法的应用例。
[0075]
本发明实施例的电子轰击离子源的控制方法包括以下步骤：
[0076]
(a0)第一偏转电极21的电压u分别调整到u1，u2···
un，获得与电压u分别对应的第一法拉第杯检测器31的输出信号n1，n2···nn
，拟合出第一映射关系：
[0077][0078]
同理，得出第二偏转电极的电压v与第二法拉第杯检测器的输出信号m间的第二映射关系v＝f(m)＝d
·
m e，d是系数，e是常数；
[0079]
(a1)进入电离室11内的气态待测物被电子轰击而离子化；
[0080]
(a2)第一偏转电极21和第二偏转电极22在不同方向上偏转离子束，使得离子束沿着电离室的轴心81前进；
[0081]
(a3)第一法拉第杯检测器31和第二法拉第杯检测器32接收偏离所述轴心81的离子，并输出信号；
[0082]
(a4)计算单元51根据所述输出信号得出离子束和所述轴心81的偏差，具体为：
[0083]
根据所述第一法拉第杯检测器31的输出信号n和第二法拉第杯检测器32的输出信号m，拟合得到n＝k
·
m b，k是系数，b是常数，i＝1,2
···
n，n是大于2的整数；
[0084]
得到所述第二法拉第杯检测器32的输出信号的拟变化量
[0085]
(a5)控制单元61根据所述偏差去调整第一偏转电极21和/或第二偏转电极22，使得离子束沿着所述轴心81传输，调整的方式为：
[0086]
所述第一偏转电极21保持在基准电压不变，利用第二偏转电极22的电压v和第二法拉第杯检测器32的输出信号m间的第二映射关系v＝f(m)＝d
·
m e，得出与拟变化量对应的第二偏转电极22的电压变化量，按照所述电压变化量去调整第二偏转电极22的电压。