电极矩阵及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种应用于飞行时间质谱仪的电极矩阵及其制作方法，所述电极矩阵包括：支撑基质；导电电极，包括分别设于所述支撑基质的内外表面的导电电极片；所述导电电极的数目为两个以上，相邻两个导电电极之间具有绝缘介质。相较于现有技术，本发明专利技术的电极矩阵及其制作方法具有结构简单、加工精度更高、更高空间利用率、梯度电场更均匀的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于飞行时间质谱仪中。
技术介绍
一般，反射式飞行时间质谱仪的结构包括推斥器、加速器、无场区、反射器和检测器这几种离子光学器件(参阅图1)。其中无场区中没有电场梯度，不需要梯度电场当然也 QV可看作梯度7 = 0的电场；检测器作用距离太短，对电场的要求不高，容易实现；而推斥区、OZQV加速区和反射器通过使用在一维方向电势均勻线型变化的电场(TECOWi )对离子进行OZ加速、减速操作，调整并在空间和时间中聚焦离子。由于离子束在飞行时间质谱仪内部占据 一定的体积(空间分散)，离子在相同飞行时间对应的空间位置并不在同一平面之中。由于 电场的特性，用分散不连续的电极构建的电场，必须通过具有一定空间尺寸的过渡区域才 能成为近似均勻变化的均勻梯度电场；而往往近轴空间部分的电场是最接近于理想的均勻 梯度电场。对于高分辨的飞行时间质谱仪，对应的电场梯度稳定性应优于千分之一。推斥器、加速器和反射器一直以来都是无铁磁性、不易产生氧化物层的金属板，如 不锈钢(304、316等牌号)、黄铜、铝合金等，加工成内部空心的平面金属框，如圆环、矩形框 等，再用绝缘材料隔离成等间距的平行电极阵列，并用电阻连接各级电极以施加电压。用于 制作推斥器、加速器和反射器的金属框架电极阵列主要有薄板圆环电极、厚圆环电极、中厚 度矩形电极和一体化PCB电极这几种。常见的薄板圆环梯度场电极阵列，如图2所示。所述薄板圆环梯度场电极阵列采 用的是一组切割加工成的薄板圆环，厚度50 200 μ m，外径由于薄板刚度的影响通常小于 100mm，环宽度至少是板间距的2倍以上，板平面度优于30 μ m。因为薄板电极的厚度非常 薄，其环电极内部均勻梯度电场几乎占据了全部内径大小的三维空间，空间利用率可表示为P坊xl00%，其中r表示内部有效区域的尺寸，T表示电极板间距，R表示薄板圆 \ R J环的外径。例如，对于外径100mm，内径60mm，板间距5mm的机构而言，其最大空间利用率约 35%。薄板电极的优势是有效空间接近内径空间，过渡区域小，劣势在于尺寸因为板刚度的 影响无法做大尺寸电极。另请参阅图3，其显示了一种厚圆环梯度场电极阵列。如图3所示，所述厚圆环梯 度场电极阵列是一组车床加工的厚圆环电极，由于刚性好，其尺寸无限制、精度高。常见的 厚圆环电极厚度在8 10mm，外径200mm，内径160mm，板间距Imm 2mm，电极平面度优于 2μπι。但由于电极厚度增加，其内部过渡区域比薄板电极大的多，达到2倍板厚。对于前述 尺寸的厚圆环电极，其内部均勻场的尺寸只有直径120mm，空间利用率最大为45%。这样的 结构限制了电极设计的灵活性。另外，厚圆环梯度场电极重量十分巨大，限制了飞行时间质 谱加速器、反射器在水平方向的应用；而且这种方法由于电极的厚度过大，无法制作小尺寸的加速器、反射器。再请参阅图4，其显示了一种矩形框电极阵列。如图4所示，所述矩形框电极阵列 由厚度0. 5mm 3mm的钢板，经线切割或者水切割加工成，电极外形成圆角矩形框，尺寸掌 握比前两者(薄板圆环梯度场电极阵列和厚圆环梯度场电极阵列)更加灵活，通常外框长 200mm,宽100mm，内框长160mm，宽60mm，板厚2mm，板间距5mm 8mm，平面度优于50 μ m。矩 形框电极的过渡区域介于厚圆环电极和薄板圆环电极之间，对于以上条件的电极，其内部 有效区域近似于矩形，长150mm，宽50mm，最大空间利用效率是37. 5%。由于矩形框电极的 形状并不是完全对称的圆形，所以存在比较大的内部应力变形，限制了电极的加工精度，另 外，这种矩形框电极阵列的缺点还在于它制造成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以提供一种可形成均一稳定 的梯度电场，可提供更大的适合离子飞行的空间。本专利技术一方面提供一种电极矩阵，包括支撑基质；导电电极，包括分别设于所述 支撑基质的内外表面的导电电极片；所述导电电极的数目为两个以上，相邻两个导电电极 之间具有绝缘介质。可选地，所述支撑基质的截面为圆环、椭圆环或矩形环。可选地，所述支撑基质的截面为圆环时，所述支撑基质的长度为IOmm至600mm，外 径尺寸为20mm至300mm，壁厚为Imm至20mm。可选地，所述支撑基质为陶瓷、玻璃或工程塑料所制成的。可选地，所述相邻两个导电电极平行同轴。可选地，所述导电电极中的导电电极片为对应于所述支撑基质的圆环、椭圆环或 矩形环。可选地，所述导电电极中的导电电极片的宽度为Imm至30mm，相邻两个导电电极 片之间的轴向距离为0. IOmm至10mm。可选地，所述导电电极片的导电面积为所述支撑基质整体内表面面积的90%以上。可选地，所述导电电极片为金属材料所制成的，所述金属材料选自金、钼、铝、铜、 镍中的一种或者它们的合金中的一种。可选地，所述相邻两个导电电极之间具有圆弧凹槽，所述圆弧凹槽包括绝缘介质。本专利技术在另一方面还提供一种电极矩阵的制作方法，包括提供支撑基质；进行 镀层工艺，在所述支撑基质的内外表面上形成金属镀层；进行切削加工工艺，去除掉所述支 撑基质的内外表面上部分的金属镀层，剩下的金属镀层构成用于组成导电电极的导电电极 片，去除掉金属镀层的区域则构成相邻两个导电电极之间的绝缘介质。可选地，所述支撑基质的截面为圆环、椭圆环或矩形环。可选地，所述支撑基质的截面为圆环时，所述支撑基质的长度为IOmm至600mm，外 径尺寸为20mm至300mm，壁厚为Imm至20mm。可选地，所述支撑基质为陶瓷、玻璃或工程塑料所制成的。可选地，所述金属镀层的材料选自金、钼、铝、铜、镍中的一种或者它们的合金中的一种。可选地，在所述切削加工工艺中除了去除掉金属镀层外还包括去除部分的所述支 撑基质，形成圆弧凹槽。可选地，所述切削加工工艺包括对于所述支撑基质的内表面，采用膛刀进行切削 加工，去除掉所述支撑基质的内表面上部分的金属镀层；对于所述支撑基质的外表面，采用 车刀进行切削加工，去除掉所述支撑基质的外表面上部分的金属镀层。可选地，所述导电电极中的导电电极片的宽度为Imm至30mm，相邻两个导电电极 片之间的轴向距离为0. IOmm至10mm。可选地，所述导电电极片的导电面积为所述支撑基质整体内表面面积的90%以上。可选地，所述导电电极片为金属材料所制成的，所述金属材料选自金、钼、铝、铜、 镍中的一种或者它们的合金中的一种。综上所述，本专利技术具有如下优点1、本专利技术电极矩阵中的导电电极的内部导电电极片和外部导电电极片的间距仅 为支撑基质的壁厚，两者的间距很小，如此可以在总体空间一定的情况下，所述电极矩阵中 的导电电极的内部有效区域可以做的相对较大，从而有效提高了空间利用率。2、本专利技术电极矩阵中的导电电极是通过在支撑基质上先电镀工艺后切削加工工 艺后一体化制作而成的，与现有技术中采用切割加工工艺制作的导电电极片相比，本专利技术 制作简单、省去了诸多的加工步骤，具有较大的成本优势，特别地，加工精度更高，且所制作 完成的导电电极更稳定；3、本专利技术电极矩阵中的导电电极的有效截面积较大，从而使得导电电极收敛到均 勻梯度场的速度更快；4、本专利技术电极矩阵中的导电电极加工精度较高，规则且整洁，所形成的梯度电场 更加均一稳定，有利于质谱的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极矩阵，其特征在于，包括：支撑基质；导电电极，包括分别设于所述支撑基质的内外表面的导电电极片；所述导电电极的数目为两个以上，相邻两个导电电极之间具有绝缘介质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈应，徐国宾，杨芃原，
申请(专利权)人：上海华质生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31