一种光电效应增强的放电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用光电效应提高放电效率的装置。该方法利用光电效应在放电电极或腔体上产生光电子，从而提高放电电离的稳定性，降低放电电压，并将产生的离子利用电场透镜传输。

A discharge device with enhanced photoelectric effect

The invention relates to a device for improving discharge efficiency by using photoelectric effect. In this method, photoelectrons are generated on the discharge electrode or cavity by photoelectric effect, which can improve the stability of discharge ionization, reduce the discharge voltage, and transfer the generated ions by electric field lens.

【技术实现步骤摘要】
一种光电效应增强的放电装置
本专利技术属于电离技术，广泛应用于质谱，迁移谱和光谱等分析领域。
技术介绍
电晕放电作为一项电离方法，被广泛用于生产臭氧，氮气激光器，表面处理，光源，质谱仪和迁移谱仪等领域。电晕放电的一般结构是将放电电极置于放电腔体内，在放电电极上施加直流高压。当放电电极上施加正电压时，电子在针尖附近的高电场下加速运动，获得很高的能量，将中性分子电离，产生正离子和一个电子。新产生的电子继续产生更多的离子和电子，从而以一种电子雪崩的机制在针尖周围电离中性物质并产生辉光。当放电电极上施加负电压时，电子从针尖溢出，并在电场的加速下产生电子雪崩。在电子雪崩过程中产生的正离子会在电场的作用下与针尖碰撞，从而产生更多的电子以维持放电。同时由于辉光中含有高能光子，可以在针尖处发生光电效应，使部分电子逸出以维持负电晕放电的进行。当放电电极上施加交流电压时，在低频下，两种放电机理交替进行，高频下，机理较为复杂。当作为质谱仪或迁移谱仪的电离源使用时，由于最初的电子发射主要由随机的宇宙射线引发，存在很大的不确定性，因此放电引发往往比较困难。当放电稳定后，也会由于干扰，比如离子轰击表面的电子产生效率的变化，放电介质中的吸电子分子浓度变化等因素造成放电电流不稳定，严重影响了质谱仪及迁移谱仪的稳定性和定量能力。在质谱中，有些腔体气压很低。在很低的气压下，分子密度很低，因此电子雪崩机制受到限制，放电很不稳定。电晕放电应用在质谱和离子迁移谱上的另一个困难是电晕放电电极对电场的影响。由于电晕放电需要较高的电压，此电压对于质谱和迁移谱的接口处电场影响很大，会导致大量离子损失，降低仪器灵敏度。专利CN102522307A披露了一种利用光电效应增强的射频放电电离装置。射频放电电离对电源的要求比直流电晕放电的要求高，造成装置成本高。此外，射频放电的功率大，多需要冷却装置，使装置整体更复杂。对于质谱和迁移谱的应用，射频放电形成的等离子体区域能量高，离子引出效率低。
技术实现思路
为解决以上问题，本人经过多年研究，提出了光致增强方案。方案的主要思想是利用紫外光产生稳定的光电子，从而解决电子来源问题，使放电容易引发，并使放电电离过程更加稳定。为解决放电电极对接口处电场的影响，在放电电极端部设置电场透镜系统，一方面可以增强离子传输，另一方面，可以消除放电电极上的高压形成的电场对接口的影响。根据以上思想，设计了一种光电效应增强的电晕放电装置，包括放电电极，光源，腔体和电场透镜。所述的放电电极，由导电材料构成，所施加的电压为脉冲直流电压或交流变化的电压。所述的放电电极，其表面设有尖端，并施加直流电压。所述的电场透镜，由一组环形电极组成，位于放电电极端部。所述的环形电极，由磁性材料构成。所述的环形电极，施加不同直流电压，形成静电透镜。所述的光源，其辐射出的光可以在放电电极或腔体上产生光电子。所述的光源，其辐射出的光聚焦在放电电极或腔体上。所述的腔体，将放电电极，光源和电场透镜置于腔体内。所述的光源，置于腔体外并通过设置在腔体上的窗口将光子射入腔体内部。具体实施方式放电电极由导电材料构成，包括金属材料，碳材料，半导体材料等具有导电能力的材料，优选为不锈钢。放电电极上施加的电压可以为脉冲正电压，脉冲负电压或交流变化的电压。脉冲宽度为0.001至10000秒，优选为1000秒。放电电极电压由表面的曲率和其他因素影响。放电电压随着表面曲率的增加而降低。因此，增加表面曲率可以降低放电电压。当表面形成针状的电极材料时，表面放电电压降低。形成针状电极的材料包括碳纳米管，金属等。环形电极置于放电电极端部，可以有效的屏蔽放电电极电场对接口处电场的影响。环形电极圆环圆心与放电电极的垂直距离为0至10cm，进一步优选为1至10mm。偏心距离为圆环内径的0至80%，进一步优选为0%。当圆环内径的圆心与放电电极轴线重合时，离子主要受到环形电极中心电场的影响，有较好的离子传输效率。环形电极由磁性材料构成。磁性材料可以提高电子的运动路径，从而提高电离效率。如果施加的电压为较高的负电压，会降低电子的逸出功。当光源的光子辐射到电极上时，如果光子能量低于逸出功，电子就可以克服材料对电子的束缚而逸出。为避免金属材料表面氧化，一般选用不易氧化的金属材料，如不锈钢，银，铜等金属材料。这些材料均有较高的逸出功，例如不锈钢有4.5eV左右的逸出功，约需267nm波长的光子。如果施加的负电压很高，降低逸出功至2个电子伏以下，波长为600nm的光即可将电子激发。可见光光源在成本和光通量等方面均比紫外光好，因此，可以极大提高电子产生效率。此外，由于光电效应不受气压的影响，因此，本专利技术可以极大地拓展放电电离的工作气压范围。如果施加的电压为较高的正电压，电子将很难从放电电极表面逸出。这时，如果光源能够在腔体上产生光电子，电子将会在电场的加速下通过电子雪崩机制形成稳定的放电。同时，施加在放电电极上的电场也会降低腔体上电子的逸出功，从而降低光子能量。因此，本专利技术对正电晕放电和负电晕放电均可以提高电流密度和放电的稳定性。本专利技术中所述腔体，可以为导电材料，也可以为绝缘材料。当腔体为导电材料时，腔体表面电场一致。当腔体为绝缘材料时，电子或离子可以在材料表面积累，导致腔体内部电场变形，形成指向透镜的电场，使电子或离子导向离子透镜，增强电子或离子的传输效率。因此，腔体材料优选为绝缘材料。腔体将放电电极，光源和电场透镜密置于腔体内，可以通过控制腔体内的气压，实现不同的气压下放电。本专利技术中，由于电子由光电效应提供，电子的来源不再收到气压的控制，因此腔体的气压可以在10个大气压以下及0.001Pa以上的气压下工作。实施实例一本实例为正电晕放电电离，放电电极，光源及透镜均置于腔体内部。放电电极导线穿过腔体，并在腔体与放电电极接触处密封。电场透镜位于放电电极端部，由三个环形电极构成。第一个圆环圆心距放电电极的距离为5mm，偏心距离为1mm，圆环外径为50mm，圆环内径分别为30mm，20mm和5mm。圆环间距为5mm，圆环厚度为5mm。环形电极中内圆直径限制了气体的流阻，使腔体内的气压在10Pa至1000Pa之间。腔体由不锈钢材料构成，内部气压由腔体壁上的进气管流阻控制。放电电极表面沉积碳纳米管，施加的电压在20V至5000V之间。光源由4个射频激发的VUV灯组成，位于腔体内部，VUV灯分别照射在腔体内壁上，产生光电子。辐射出的光子波长范围为194nm至182nm。在本实例下，放电电源可以稳定地提供正离子。实施实例二本实例为负电晕放电电离。放电电极及透镜均置于腔体内部。光源设置在腔体外部，通过设置在腔体上的聚光透镜，将光线聚焦在放电电极上。光源由一组LED灯构成，位于腔体外部，放射出的光波长在600nm至200nm之间。实验结果表明，使用此光源可以稳定地获得电子发射电流。腔体由绝缘材料构成。放电电极插入腔体内部，并在结合处密封，施加电压为-50至-4000V。进样管位于放电电极后端，将样品气携带至腔体内部。透镜由磁性材料构成。第一个圆环圆心与放电电极的垂直距离为0至30cm，优选为10cm，偏心距离为圆环内径的0至80%，优选为5%。透镜上施加射频电压。通过对透镜射频电压和频率优化，可以将产生的50%以上的负离子传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电效应增强的放电装置，包括放电电极，光源，腔体和电场透镜。

【技术特征摘要】
1.一种光电效应增强的放电装置，包括放电电极，光源，腔体和电场透镜。2.根据权利要求1所述的放电电极，由导电材料构成，所施加的电压为脉冲直流电压或交流变化的电压。3.根据权利要求1所述的放电电极，其表面设有一个或多个尖端。4.根据权利要求1所述的电场透镜，由一组环形电极组成，位于放电电极端部。5.根据权利要求4所述的环形电极，由磁性材料构成。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓峰，
申请(专利权)人：赵晓峰，
类型：发明
国别省市：河南,41