四极质谱仪制造技术

一种四极质谱仪，包括用以测量总离子电流的测量装置，在电子源灯丝四周有一个电子反射栅，该电子反射栅反射由电子源灯丝发射的电子，推动电子离开反射器和灯丝，并吸引正离子。当正离子接触到电子反射栅时，在电子反射栅处测量感应电流，测得的电流表示穿过质谱仪的总离子电流，因此不需要测量总离子电流的总压力测量板。由于电子反射栅的离子暴露表面积大于总压力测量板的离子暴露表面积，本发明专利技术改善了总压力的测量灵敏度。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地说涉及质谱仪，更具体地说是涉及四极质谱仪。四极质谱仪是公知的。附图说明图1中示出了现有技术的四极质谱仪一部分。接地盘10通过两个导电柱支承一个电子源灯丝12。该电子源灯丝12传送足够数量的电流，因此电子源灯丝12发射出具有负电荷的电子，也就是说电子源灯丝12用作阴极。被电子反射栅18和离子源栅16间的区域的静电场静电加速后的电子，朝向离子源栅16运动。当加速的电子轰击以原子和分子或它们的混合物形式存在的中性气体粒子时，在离子源栅16中沿着电子通过的路径产生出正离子，在离子源栅16中的正离子通过聚焦盘(板极)30加速，朝四极滤质器20运动。该四极滤质器20包括由四个棒22构成平行对称四边形阵列。在正离子进入四极滤质器20内部以前，正离子通过下面将较详尽描述的总压力测试板26的一个孔24。为了获得由离子源栅16所限定的空间中的离子的质谱指示，一个叠加了正弦调制射频(RF)电压的直流电压(DC)加到四极滤质器20的棒22上，并且一前一后地检测该电压以使它们间的比率保持恒定。更具体地说，直径方向上相对一对棒连接在一起。一对棒上加一个包含正的直流(DC)分量(V)和一具射频(RF)分量(VCosωt)的一个信号(V+VCosωt)，而同时另一对棒上加包含一个负的直流分量-V和一个上述第一个信号的RF分量呈反相位(180°)的射频(RF)分量。检测DC和RF信号分量以使它们的幅值比U/V保持恒定。存在于四极滤质器20中的总离子流的一部分是根据离子电流中的每个离子的质量与电荷的比分配的。通过从低至高地检测RF电压分量，有许多离子，每个离子均具有具体的质量与电荷比，并同时到达四极滤质器20的入口，这些离子将按质量与电荷比顺序而有序地到达四极滤质器20的出口。一般地说，通过从低至高地检测RF电压分量，具有较低质量与电荷比的离子先于具有较高质量与电荷比的离子到达四极滤质器的端点，通过一个例如法拉第(Farraday)杯(未示出)的检测器检测从滤质器20流出的离子电流。图1描述的现有技术装置，总压力板26用来测量装置内的气体总压力。由于压力测量板26的孔24小于聚焦板30的孔28。提供给滤质器20的总离子电流的已知部分由总压力测量板26聚集。一个电流测量装置29连接到压力测量板26，于是提供了一个电流信号，该电流信号是由总压力测量板26聚集的离子电流的函数，并代表进入四极滤质器20的总离子电流。一旦总离子电流已知，总压力PT便由一个按经验确定的恒定倍数乘以离子电流而获知。然而由于四极滤质器20入口处的边缘场效应，会在总压力PT中引入误差。在离子通过孔24后，将会产生例如朝板26反向的离子“反射”;由于边缘场导致的排斥力，“反射”是原离子轨道的一种偏离。因此，开发了另一种已公知的测量总压力PT的方法，该方法除去了总压力板26，从而消除了在四极滤质器20入口处的边缘场效应所产生的问题。用这种现有技术的方法，规定加在四极滤质器20的直流电压为零电压，通过聚焦板30的所有离子将进入四极滤质器20，而且将在一个检测器中(在图1中未示出)聚焦和测量那些从四极滤质器20中流出的离子流。从四极滤质器20中流出的在检测器处测量的离子电流代表总离子电流，从该总离子电流能够计算出总压力PT。然而，实际上由于较轻的离子，诸如氢和氦气离子不能到达在四极滤质器20出口处的检测器(未示出)，所以测量出现了不精确。因此，获得的总压力PT的值非常不精确。本专利技术的总的目的是提供能显著地克服现在技术中的问题的已描述过的类型的四极质谱仪。本专利技术的更具体的目的是提供具有简化的离子源的一种四极质谱仪。本专利技术的另一个目的是提供一种四极质谱仪，它能克服对总压力测量产生有害影响的在四极边缘场处的离子反射问题。本专利技术的另一个目的是提供一种四极质谱仪，它对部分压力测量的灵敏度增加。本专利技术的另一个目的是提供一种四极质谱仪，它测量的总离子电流的明显增加。本专利技术的另一个目的是提供一种四极质谱仪，它能够使通过质谱仪的四极滤质器的离子电流增至最大。本专利技术的另一个目的是提供一种四极质谱仪，它能使测量的总离子电流的稳定度增至最大。本专利技术的其他的目的在下文中将详细说明。因此根据本专利技术的装置所具有的部件的配置，元件的结构以及组合，在下面将举例详细描述，这些装置的应用范围将包括在权利要求中。所提供的四极质谱仪包括一个用来测量由位于电子源灯丝附近的电子反射栅所聚集的总离子电流的测量装置。该电子反射栅反射由电子源灯丝发射的电子，它促使电子离开该反射栅和灯丝，同时还吸引正离子，与电子反射栅接触的正离子感应出可测量的电流。在电子反射栅处测量出的电流与穿越质谱仪的总离子电流成比例。因此，不需要测量总离子电流的总压力测量板，因而不存在由于将四极滤质器的棒上的电压规定为零带来的不足。另外，由于电子反射栅极的离子曝露(ion-exposed)表面区比典型的现有技术中的总压力测量板的离子曝露表面区大，本专利技术改进了总压力测量灵敏度。此外，通过将离子源栅外面产生的离子吸引到电子反射栅，使其与用于加到四极滤质器的离子电流部分相反抗，使总压力的测量几乎不影响加到该滤质器的离子电流。正如通常所知道的，电子反射栅极有助于离子源栅促使电子源灯丝发射出的电子进入离子源栅。例如可从Kuo-chin等人专利技术的美国专利4，579，144和4，689，574中看到。然而，根据本专利技术可以明白，发射的电子随迂地轰击离子源栅极内外以原子和分子或它们的混合形式存在的带电荷气体粒子，产生正离子。将电子反射极连接一个适当的电位，最好是系统的地电位，能使电子反射器吸引离子源栅外面的正离子。在离子源栅内部，一个聚焦电极加速位于其中的正离子，进入四极滤质器内而不通过总压力测量板，因为总压力是测量电子反射栅处的电流而获得的。结合附图，通过下面的详尽描述将更全面的理解本专利技术。图1是现有技术四极质谱仪的四极滤质部分，离子源组件，聚焦板的分解透视图，该离子源组件具有一个总压力测量板;图2是本专利技术的四极质谱仪的径向侧剖面图;图3是本专利技术的四极质谱仪的四极滤质器部分，离子源组件，聚焦板的分解透视图;图4是包含有离子检测组件的本专利技术的四极质谱仪的透视图;图5A是用于本专利技术的安置在安装板上的电子反射栅的一个实施例的顶视图;图5B是图5A所示实施例的侧视图;和图6是安装在真空法兰盘上的本专利技术四极质谱仪的图象。凭借四极质谱仪所限定的进一步的基础知识，中性的或电离的粒子的气体总压力PT是由具有不同组分的每一种气体的或微量元素的分压力Pr的和所构成，所述的粒子可以是原子，分子或其混合。数学表达式如下PT＝P1+P2+……PNO(1)例如，实质上由双原子氢H2和氦He构成的一种气体，具有的总压力等于双原子氢的分压力与氦的分压力的和。了解总压力和分压力对于检测真空系统的泄露是有益的。为了这样和那样的原因，更希望总压力和分压力的测量尽可能地精确和准确。总压力和分压力二者均与相应的容积数量密度(Volumetricnumber density)成比例。因此它遵循每立方厘米具有的原子或分子数给出的总容积数量密度NT，等于各种成分痕量元素的分容积数量密度的和。数学表达式如下NT＝N1+N2+……Nr(2)电子与中性原子或分子碰撞的概率以及由此产生的正的离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四极质谱仪，用来测量存在质谱仪中气体的各种组分的相对量，所说的质谱仪包含四极滤质器，四极质谱仪包含：用以限定一个空间的装置，以便包容所说气体的相应样品；偏置电子反射装置，用以排斥和吸引包容在所说空间内的电子和正离子；通常置于 所说空间内的电子源装置，用以发射许多电子，这些电子被加速后进入所说的空间，以产生许多正离子，这些正离子的一部分被电子反射装置吸引；和耦接到电子反射装置的电流测量装置，用来测量由电子反射装置所吸引的一部分正离子产生的电流，并提供表示进入四 极滤质器的总离子电流的一个信号。

【技术特征摘要】
US 1993-5-11 0603441.一种四极质谱仪，用来测量存在质谱仪中气体的各种组分的相对量，所说的质谱仪包含四极滤质器，四极质谱仪包含用以限定一个空间的装置，以便包容所说气体的相应样品；偏置电子反射装置，用以排斥和吸引包容在所说空间内的电子和正离子；通常置于所说空间内的电子源装置，用以发射许多电子，这些电子被加速后进入所说的空间，以产生许多正离子，这些正离子的一部分被电子反射装置吸引；和耦接到电子反射装置的电流测量装置，用来测量由电子反射装置所吸引的一部分正离子产生的电流，并提供表示进入四极滤质器的总离子电流的一个信号。2.根据权利要求1所说的四极质谱仪，其特征是还包含一个安置在所说的空间内的离子源装置，用以提供所说气体的组分的许多正离子的第二部分，并且，用以产生进入四极滤质器的离子电流。3.根据权利要求2所说的四极质谱仪，其特征是所说的离子源装置包含一个离子源栅。4.根据权利要求1所说的四极质谱仪，其特征是所说的电子源装置包含一个灯丝。5.一种四极质谱仪，用来分别测量一种气体中具有不同分子重量的一种或多种组分的质量的相对量，所说的质谱仪包括(a)用以限定一个空间的装置，以便包容所说气体的代表性样品;(b)用以产生电子的电子源装置;(c)放置于所说空间内的离子源装置，当存在于所述离子源装置中的每一种组分粒子被电子轰击时，产生所说气体的每一种组分的离子;(d)推进由电子源装置产生的电子通过所说空间而进入离子源的推进装置，以便在所说空间中，即所说离子源装置的内外，产生每一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：PV福利，
申请(专利权)人：MKS仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]