一种无机质谱仪制造技术

本发明专利技术公开一种无机质谱仪，是一种基于多电荷态离子源的无机质谱仪器，具体结构包括：多电荷态离子源，前端分析系统、后端分系统和离子探测器。所述多电荷态离子源与前端分析系统相连接，所述前端分析系统与后端分析系统相连接，所述的后端分析系统与离子探测器相连接。该仪器具有排除分子本底和压低同量异位素本底能力，同时还有束流强、传输效率高等优点，从而显著地提高无机质谱仪测量的灵敏度和测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种无机质谱仪
本专利技术涉及质谱学仪器领域，特别是涉及一种无机质谱仪。
技术介绍
现有的无机质谱仪，是由离子源系统、分析器系统(主要包括静电分析器、磁分析器、飞行时间分析器和四级杆分析器等)和离子检测器系统组成，详见图(1)。在无机质谱仪测量中因存在分子离子本底和同量异位素离子本底的干扰，而影响无机质谱仪测量灵敏度，其最低检测线能够达到10-12g/g范围，达到痕量的分析范围。测量精度达到0.5％。由于材料、核能、环境、地质、生物医学、考古、海洋等学科研究的深入发展，需要提高元素的测量灵敏度和测量精度，最低检测线从10-12g/g降低到10-13-10-17g/g范围，即达到超痕量的范围。测量精度要求从0.5％提高到好于0.1％。目前无机质谱仪的测量灵敏度和精度还不能够满足测量的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无机质谱仪，提高了无机质谱仪测量的灵敏度和精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种无机质谱仪，所述无机质谱仪包括：多电荷态离子源，用于产生3+或3+以上不同价电荷态的强流离子束流；所述强流离子束流包括：常量粒子束流、微量粒子束流、痕量粒子束流和超痕量粒子束流，所述超痕量粒子束流包括超痕量同位素和超痕量本底；前端分析系统，与所述多电荷态离子源连接，用于筛选所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流，并吸收、测量所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流，输出所述超痕量粒子束流；后端分析系统，与所述前端分析系统连接，用于排除所述超痕量粒子束流中的所述超痕量本底；离子探测器，与所述后端分析系统连接，用于接收所述超痕量同位素，并对所述超痕量同位素进行测量。可选的，所述多电荷态离子源为回旋共振型离子源，对于从H到Pu的所有元素、锕系元素和超锕系所有元素均能够产生3+或3+以上不同价电荷态的强流离子束流。可选的，所述前端分析系统包括：加速段，与所述多电荷态离子源连接，用于对所述强流离子束流进行加速；前端分析器，分别与所述加速段和所述后端分析系统连接，用于使所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流与所述超痕量粒子束流分离，并将所述超痕量粒子束流传输至所述后端分析系统；离子接收器，设置于所述前端分析器的输出端，用于吸收并测量所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流。可选的，所述加速段为强流单级静电加速管，所述加速管的束流强度范围为0.1μA-5000μA，所述加速管的工作电压为10kV-400kV。可选的，所述前端分析器为磁分析器、静电分析器、四级杆分析器或飞行时间分析器中的任一种或任意两种的组合。可选的，所述离子接收器为一组法拉第杯。可选的，所述后端分析系统包括：第一静电分析器、能量吸收膜、磁分析器和第二静电分析器，所述第一静电分析器的输入端与所述前端分析装置的输出端连接，所述能量吸收膜固定于所述第一静电分析器的输出端与所述磁分析器的输入端之间；所述磁分析器的输出端与所述第二静电分析器的输入端连接，所述第二静电分析器的输出端与所述离子探测器连接。可选的，所述后端分析系统包括：静电分析器、能量吸收膜和速度选择器；所述静电分析器的输入端与所述前端分析系统的输出端连接，所述能量吸收膜固定于所述静电分析器的输出端与所述速度选择器的输入端之间；所述速度选择器的输出端与所述离子探测器连接。可选的，所述离子探测器为固体探测器或气体探测器。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：第一，提高测量灵敏度。本专利技术的无机质谱仪采用多电荷态离子源，不产生分子本底的干扰，使测量灵敏度显著提高，最低检测线能够达到10-13-10-17g/g范围，比传统无机MS的10-12g/g相比要降低101-105倍。传统无机质谱仪测量的元素的含量属于微量-痕量范围。而本申请基于多电荷态离子源的无机质谱仪的测量范围属于超痕量范围。第二，提高测量精度。本申请的无机质谱仪采用多电荷态离子源，束流范围是在102-103μA，对于痕量、超痕量元素测量，传输效率可达到30％以上。这比传统高精度无机质谱仪的束流和计数率要高出10-100倍。因此其测量精度会明显增高，对于含量在痕量级(10-9g/g)的元素，测量精度能够达到好于0.1％。第三，提高排除各类本底的能力。由于采用多电荷态，提高了离子的能量(离子的能量等于电荷态数与加速电压德乘积)。能量提高后有利于排除同量异位素本底的干扰，有利于减少散射本底的干扰，有利于提高探测器的能量分率等，进而有利于测量灵敏度的提高。第四，减少样品用量小。所用的多电荷态离子源束流强，其束流强的原因是样品的电离效率高，因此要达到同样的测量统计精度，样品的用量就小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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。图1为本专利技术无机质谱仪的结构示意图；符号说明：1为多电荷态离子源；2-1为加速段；2-2为前端分析器；2-3为离子接收器；3-1为静电分析器；3-2为能量吸收膜；3-3为速度选择器；4为离子探测器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。影响无机质谱仪测量灵敏度和精度的主要因素有三个方面，一是分子本底和同量异位素本底水平；二是离子的传输效率；三是离子源束流强度。这三个因素中分子本底和同量异位素本底水平是影响灵敏度最主要的因素，传输效率和离子源束流强度是影响精度的主要因素。为了提高测量灵敏度和测量精度，本专利技术针对影响无机质谱仪测量灵敏度和测量精度的主要问题，即分子本底和同量异位素本底问题，离子的传输效率和离子源束流强度问题等开展研究：首次提出一种基于多电荷态离子源的无机质谱仪器，即MCI-MS。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例如图1所示，本专利技术的无机质谱仪包括：多电荷态离子源1、前端分析装置、后端分析装置和离子探测器4。所述多电荷态离子源1与所述前端分析装置连接，所述前端分析装置与所述后端分析装置连接，所述后端分析装置与离子探测器4连接。所述多电荷态离子源1用于产生3+、4+或更多价电荷态的强流离子束流。所述强流离子束流包括：常量粒子束流、微量粒子束流、痕量粒子束流和超痕量粒子束流，所述超痕量粒子束流包括超痕量同位素和超痕量本底。例如，对于CO2气体，能够产生C+、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机质谱仪，其特征在于，所述无机质谱仪包括：/n多电荷态离子源，用于产生3+或3+以上不同价电荷态的强流离子束流；所述强流离子束流包括：常量粒子束流、微量粒子束流、痕量粒子束流和超痕量粒子束流，所述超痕量粒子束流包括超痕量同位素和超痕量本底；/n前端分析系统，与所述多电荷态离子源连接，用于筛选所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流，并吸收、测量所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流，输出所述超痕量粒子束流；/n后端分析系统，与所述前端分析系统连接，用于排除所述超痕量粒子束流中的所述超痕量本底；/n离子探测器，与所述后端分析系统连接，用于接收所述超痕量同位素，并对所述超痕量同位素进行测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种无机质谱仪，其特征在于，所述无机质谱仪包括：
多电荷态离子源，用于产生3+或3+以上不同价电荷态的强流离子束流；所述强流离子束流包括：常量粒子束流、微量粒子束流、痕量粒子束流和超痕量粒子束流，所述超痕量粒子束流包括超痕量同位素和超痕量本底；
前端分析系统，与所述多电荷态离子源连接，用于筛选所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流，并吸收、测量所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流，输出所述超痕量粒子束流；
后端分析系统，与所述前端分析系统连接，用于排除所述超痕量粒子束流中的所述超痕量本底；
离子探测器，与所述后端分析系统连接，用于接收所述超痕量同位素，并对所述超痕量同位素进行测量。


2.根据权利要求1所述的无机质谱仪，其特征在于，所述多电荷态离子源为回旋共振型离子源，对于从H到Pu的所有元素、锕系元素和超锕系所有元素均能够产生3+或3+以上不同价电荷态的强流离子束流。


3.根据权利要求1所述的无机质谱仪，其特征在于，所述前端分析系统包括：
加速段，与所述多电荷态离子源连接，用于对所述强流离子束流进行加速；
前端分析器，分别与所述加速段和所述后端分析系统连接，用于使所述常量粒子束流、所述微量粒子束流和所述痕量粒子束流与所述超痕量粒子束流分离，并将所述超痕量粒子束流传输至所述后端分析系统；
离子接收器，设置于所述前端分析器的输出端，用于吸收并测量所述常量粒子束流、...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜山，
申请(专利权)人：姜山，
类型：发明
国别省市：北京;11