(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011347294.7
(22)申请日 2020.11.26
(71)申请人 中国科学技术大学
地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路
96号
(72)发明人 于同坡 周晓国 刘世林 单宝坤
(74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人 李伟
(51)Int.Cl.
H01J 49/06(2006.01)
陶瓷过滤器
H01J 49/40(2006.01)
(54)发明名称质谱仪器及其离子透镜装置(57)摘要本发明公开了一种质谱仪器及其离子透镜装置，该离子透镜装置具有离子入口端和离子出口端，包括：多个电极片，所述电极片的中部开设有通孔，多个所述电极片由所述离子入口端至离子出口端依次平行排布且由所述离子入口端至离子出口端依次为第 一电极片、第二电极片……第N电极片，多个所述电极片的通孔相对，至少一个所述电极片的电压可改变；多个绝缘连接件，所述绝缘连接件的两端分别与相邻的两个所述电极片固定连接；第一过滤器，所述第一过滤器固定在所述离子入口端处，且所述第一过滤器的过滤孔与多个所述电极片的通孔相对。该离子透
镜装置适用于不同初始平动能的离子的成像。权利要求书1页 说明书8页 附图6页CN 112420481 A 2021.02.26
C N 112420481
A
1.一种离子透镜装置，该离子透镜装置具有离子入口端和离子出口端，其特征在于，包括：
多个电极片(3)，所述电极片(3)的中部开设有通孔(3c)，多个所述电极片(3)由所述离子入口端至离子出口端依次平行排布且由所述离子入口端至离子出口端依次为第一电极片(3a)、第二电极片(3b)……第N电极片，多个所述电极片(3)的通孔(3c)相对，至少一个所述电极片(3)的电压可改变；
多个绝缘连接件，所述绝缘连接件的两端分别与相邻的两个所述电极片(3)固定连接；第一过滤器(2)，所述第一过滤器(2)固定在所述离子入口端处，且所述第一过滤器(2)的过滤孔与多个所述电极片(3)的通
孔(3c)相对。
2.根据权利要求1所述的离子透镜装置，其特征在于，还包括过滤器支架(1)，所述过滤器支架(1)、第一过滤器(2)和所述第一电极片(3a)通过螺纹件固定连接。
3.根据权利要求1所述的离子透镜装置，其特征在于，所述绝缘连接件为陶瓷屏蔽筒
(4)；
所述陶瓷屏蔽筒(4)和所述电极片(3)中的一个上设置有限位槽(4a)，且所述陶瓷屏蔽筒(4)和所述电极片(3)中的另一个上设置有与所述限位槽(4a)配合的限位凸起。
4.根据权利要求1所述的离子透镜装置，其特征在于，还包括沿周向分布的多个丝杆
(6)，所述丝杆(6)依次穿过多个所述绝缘连接件且与多个所述绝缘连接件螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的离子透镜装置，其特征在于，还包括第二过滤器(5)，所述第二过滤器(5)的过滤孔与多个所述电极片(3)的通孔(3c)相对；
所述第二过滤器(5)与所述第二电极片(3b)通过螺纹件固定连接。
6.根据权利要求5所述的离子透镜装置，其特征在于，还包括设置于所述第二电极片(3b)和第二过滤器(5)之间的压板。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的离子透镜装置，其特征在于，多个所述电极片(3)包括多组电极片，多组电极片由所述离子入口端至离子出口端依次排布；
多组电极片的数量为五组，且五组电极片的通孔(3c)孔径依次为8-12mm、18-22mm、23-27mm、28-32mm和33-37mm。
8.根据权利要求1中所述的离子透镜装置，其特征在于，电压可改变的多个电极片(3)与电源之间连接有电阻分压箱。
9.根据权利要求8中所述的离子透镜装置，其特征在于，所述电极片(3)的数量为27个，且除第二电极片(3b)、第三电极片、第四电极片、第九电极片、第十电极片和第二十七电极片外，其余的所述电极片与电源之间连接有电阻分压箱。
10.一种质谱仪器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的离子透镜装置。
权 利 要 求 书1/1页CN 112420481 A
质谱仪器及其离子透镜装置
技术领域
[0001]本发明涉及质谱分析技术领域，更具体地说，涉及一种质谱仪器及其离子透镜装置。
背景技术
[0002]在当前的各种科学研究实验以及各检测机构的检测中，飞行时间质谱是一种非常普遍、可靠并且行之有效的技术手段。离子透镜作为质谱仪器的关键组件，其平行板原理及离子的时间分辨将直接影响到质谱仪器的分辨能力。
[0003]几十年来，飞行时间质谱技术的快速发展，特别是基于飞行时间质谱的离子速度成像也得到了极大的应用，为研究分子动力学提供了很好的技术手段。对于成像技术也有了新的要求，即不同的分子离子解离所释放的平动能大小区别很大，这就需要不同成像探测方式。三维与二维的成像模式的离子透镜装置由于为这两个方面提供了完美的解决方案，而越来越受到人们的关注和研究。 [0004]离子透镜装置的基本作用可以简述如下，在UV(Ultraviolet Rays，紫外线)或者VUV(Vacuum UV，真空紫外线)与气体分子束相互作用时，当光子能足够高时，分子会发生电离；在分子离子内能能够克服键能时，会发生解离反应。在电离区产生的解离碎片离子在离子透镜电场作用下，会加速向飞行管8末端飞行，具有相同初始平动能地离子会投影到同一空间位置，因此可以很好的探测解离产物
的平动能。由于解离行为可分为平行解离和垂直解离，在解离的反应中与光场矢量成一定关系，通过对获得的途径进行后续处理可以获得各项异性参数。基于以上信息，我们可以用于研究分子离子解离动力学。
[0005]所以为了有效的利用具有不同初始平动能的离子，我们迫切的需要具有普适性的离子速度成像实验装置。
发明内容
[0006]有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种离子透镜装置，该离子透镜装置适用于不同初始平动能的离子的成像，本发明的第二个目的是提供一种包括上述离子透镜装置的质谱仪器。
[0007]为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
[0008]一种离子透镜装置，该离子透镜装置具有离子入口端和离子出口端，包括：[0009]多个电极片，所述电极片的中部开设有通孔，多个所述电极片由所述离子入口端至离子出口端依次平行排布且由所述离子入口端至离子出口端依次为第一电极片、第二电极片……第N电极片，多个所述电极片的通孔相对，至少一个所述电极片的电压可改变；[0010]多个绝缘连接件，所述绝缘连接件的两端分别与相邻的两个所述电极片固定连接；
[0011]第一过滤器，所述第一过滤器固定在所述离子入口端处，且所述第一过滤器的过滤孔与多个所述电极片的通孔相对。
[0012]优选地，上述离子透镜装置中，还包括过滤器支架，所述过滤器支架、第一过滤器和所述第一电极片通过螺纹件固定连接。
[0013]优选地，上述离子透镜装置中，所述绝缘连接件为陶瓷屏蔽筒；
[0014]所述陶瓷屏蔽筒和所述电极片中的一个上设置有限位槽，且所述陶瓷屏蔽筒和所述电极片中的另一个上设置有与所述限位槽配合的限位凸起。
[0015]优选地，上述离子透镜装置中，还包括沿周向分布的多个丝杆，所述丝杆依次穿过多个所述绝缘连接件且与多个所述绝缘连接件螺纹连接。
[0016]优选地，上述离子透镜装置中，还包括第二过滤器，所述第二过滤器的过滤孔与多个所述电极片的通孔相对；
[0017]所述第二过滤器与所述第二电极片通过螺纹件固定连接。
[0018]优选地，上述离子透镜装置中，还包括设置于所述第二电极片和第二过滤器之间的压板。
[0019]优选地，上述离子透镜装置中，多个所述电极片包括多组电极片，多组电极片由所述离子入口端至离子出口端依次排布；
[0020]多组电极片的数量为五组，且五组电极片的通孔孔径依次为8-12mm、18-22mm、23-27mm、28-32mm和33-37mm。
[0021]优选地，上述离子透镜装置中，电压可改变的多个电极片与电源之间连接有电阻分压箱。
[0022]优选地，上述离子透镜装置中，所述电极片的数量为27个，且除第二电极片、第三电极片、第四电极片、第九电极片、第十电极片和第二十七电极片外，其余的所述电极片与电源之间连接有电阻分压箱。
[0023]一种质谱仪器，包括如上述中任一项所述的离子透镜装置。
[0024]应用上述实施例提供的离子透镜装置时，由于至少一个电极片的电压可改变，如此可以通过改变电极片的电压，进而改变离子通过该电极片时的飞行速度。对于不同初始平动能的离子也可以聚焦在探测器上同一个位置，同时飞行时间的质谱也能实现很高的分辨。这样就同时实现了很好的时间和空间位置分辨。
[0025]为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种质谱仪器，该质谱仪器包括上述任一种离子透
镜装置。由于上述的离子透镜装置具有上述技术效果，具有该离子透镜装置的质谱仪器也应具有相应的技术效果。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本发明实施例提供的离子透镜装置的剖视图；
[0028]图2为本发明实施例提供的多个电极片电压的示意图；
[0029]图3为本发明实施例提供的过滤器支架的结构示意图；
[0030]图4为本发明实施例提供的电极片的主视图；
[0031]图5为本发明实施例提供的电极片剖视图；
[0032]图6为本发明实施例提供的第二电极片剖视图；
[0033]图7为本发明实施例提供的陶瓷屏蔽筒的结构示意图。
[0034]在图1-7中：
[0035]1-过滤器支架、1a-第一连接法兰、1b-第二连接法兰、2-第一过滤器、3-电极片、3a-第一电极片、3b-第二电极片、3c-通孔、3d-第一丝杆孔、3e-屏蔽环、4-陶瓷屏蔽筒、4a-限位槽、4b-第二丝杆孔、5-第二过滤器、6-丝杆、7-飞行管底座、8-飞行管。
具体实施方式
[0036]本发明的第一个目的在于提供一种离子透镜装置，该离子透镜装置适用于不同初始平动能的离子的成像，本发明的第二个目的是提供一种包括上述离子透镜装置的质谱仪器。
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示
所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]请参阅图1-图6，本发明提供了一种离子透镜装置，其主要用于离子速度聚焦成像。该离子透镜装置具有离子入口端和离子出口端，离子从离子入口端进入该离子透镜装置，并从离子出口端离开。
[0040]上述离子透镜装置包括第一过滤器2、多个电极片3和多个绝缘连接件。其中，电极片3的中部开设有通孔3c，即多个电极片3的中部均开设有供离子穿过的通孔3c。上述通孔3c可以为圆孔、方孔等任意形状，优选为圆孔，在此不作限定。多个电极片3的通孔3c相对，以便于离子依次穿过多个电极片3的通孔3c。优选地，多个电极片3的通孔3c的中心线重合。[0041]多个电极片3由离子入口端至离子出口端依次平行排布。即多个电极片3相互平行设置，相邻的两个电极片3之间具有间隙。多个电极片3由离子入口端至离子出口端依排布。并且，多个电极片3由离子入口端至离子出口端依次为第一电极片3a、第二电极片3b……第N电极片。
[0042]至少一个电极片3的电压可改变。如此至少一个电极片3的电压值可以调节，根据实际需求可以调高也可以调低。
[0043]绝缘连接件的两端分别与相邻的两个电极片3固定连接。即绝缘连接件位于相邻的两个电极片3之间，绝缘连接件沿由离子入口端至离子出口端的方向的两端分别与相邻的两个电极片3固定连接，换
言之，绝缘连接件靠近离子入口端的端部和远离离子入口端的端部分别与相邻的两个电极片3固定连接。如此多个电极片3之间通过绝缘连接件固定连接。
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