设备和方法技术

描述了一种用于静态气体质谱仪的离子源(30)。离子源(30)包括：源块(310)，其限定用以接收样品气体G的体积V；电子源(320)，其与源块(310)流体连通，并且其配置为在其中提供电子E通量以用于使样品气体G电离；电极组(330)，其包括设置在电子源(320)和源块(310)之间的第一电极(330A)；以及控制器(未示出)，其配置为控制施加到第一电极(330A)的电压，以在源块(310)中接收到样品气体G之后的第一时间段期间衰减进入源块(310)的电子E通量，并在第一时间段之后的第二时间段期间准许电子E通量进入源块(310)。源块(310)。源块(310)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设备和方法


[0001]本专利技术涉及用于静态气体质谱测定的离子源。

技术介绍

[0002]图1示意性地描绘了用于静态气体质谱仪的传统离子源。静态气体质谱仪通常用于同位素比率质谱测定。
[0003]通常，在静态气体质谱测定(也称为静态真空质谱测定)中，通过打开进气阀来准许离散气体样品进入质谱仪，允许气体样品膨胀到质谱仪的源块中，然后关闭进气阀。准许气体样品进入的时刻可以被称为“计时起点(time zero)”或t0。从该时刻起，气体样品的分压迅速发生变化，直到在质谱仪的真空外壳内达到压力平衡。该平衡过程取决于质量，并且可能需要几分钟的时间。质谱分析在静态气体条件下进行，优选地在平衡完成后进行。相比之下，气相色谱(Gas Chromatography，GC)质谱分析是在采用连续地准许进入气体样品的动态气体条件下进行的。例如，在静态气体质谱测定期间，离子源条件优选地随时间保持稳定，以避免测得的同位素比率失真。例如，样品测量期间灯丝温度的变化会导致不受控制的同位素分馏，并影响测量的准确度和精度。测量期间灯丝电流的变化可能会影响电离体积内的空间电荷条件，从而影响离子源的质量歧视。此外，存在初始平衡时间或时段，从计时起点开始直到不同的同位素在空间上均匀地分散在质谱仪的整个体积中。由于粘度增加，该平衡时间对于较重的惰性气体(比如氙气)来说持续时间最长，这在惰性气体样品的所有同位素种类从样品制备管线完全平衡到质谱仪的体积中之前可能需要几分钟的时间(例如，长达10分钟)。例如，对于氩气来说，平衡可能需要大约3分钟，或者对于氙气，平衡可能需要6至7分钟。平衡时间将取决于特定质谱仪的特性以及气体样品的特性。
[0004]气源质谱仪包括离子源10，该离子源10包括源块110，在源块110的壁部112内形成有邻近加热阴极120(其在气源块的外部)的电子输入孔111。由加热阴极120在A处发射的电子被用于将热离子电子加速到所需能量的电势差(相对于源为负)引向源块110。电子电压电势是阴极120和源块110之间的电势差(单位为伏特)。其作用是双重的：势场的方向导致电子加速射向源块110；而电势的大小提供了足够的能量来引起电离事件。
[0005]电子穿过电子输入孔111进入源块110的腔室或体积V，作为用于使注入其中的样品气体G(气体注入装置未示出)电离的电子束E。在穿过形成在源块110的壁部114中且与电子输入孔111相对的电子输出孔113之后，来自电子束E的电子被收集在相对侧上。电子E由相对于源块110保持在正电压的电子陷阱单元140收集。该电子束E沿着正好位于离子出射狭缝115后面的射束轴穿过源块110的腔室，从而可以通过由Y聚焦板(也称为引出半板)160产生的穿透“引出”电场高效地将由电子E撞击区域C中的中性源气体分子G而形成的离子I从腔室中抽出。引出的离子束I被引导至形成在板中的输出狭缝170，以准直离子束IB，用于随后在质谱仪内的操作/使用。
[0006]通过在源块110内部存在的离子排斥板150来修改离子引出场。离子排斥板150通常在负电势下操作，以确保通过电子束E的热离子电子的轰击而在电场梯度相对较低的区
域C中形成气体离子I。通过产生平行于所需电子束轴的超过200高斯的场的两个准直磁体(未示出)的存在，电离电子束E可以被可选地限制在灯丝线圈120和电子陷阱140之间的通道中。该磁场还用于增加电子的路径长度，这增加了与气体原子/分子碰撞及其电离的可能性。从电离区域B引出的离子在Y聚焦板160之间通过，并在限定狭缝170(也称为源狭缝)的区域中聚焦。形成的图像通常小于狭缝170的宽度。这减少了由于存在来自源磁体的磁场而导致的源中的质量歧视。
[0007]在US2,490,278(A.O.C.Nier)和以下论文中结合其中的图2描述了采用这种源的静态气体质谱仪的一个详细示例：“A Mass Spectrometer for Isotope and Gas Analysis”：Alfred O.Nier.The Review of Scientific Instruments，第16卷，第6号，第398页，1947年6月。
[0008]因此，总之，在正常操作条件下，这种Nier型源采用了相对于源块保持在负电压(A)的电子源(阴极)。该电压的大小需要足够高，以引起样品气体的原子或分子的电离。也就是说，由于电子被电压加速，电子能量需要足够高，以引起样品气体的原子或分子的电离。这使得电子流(蓝色区域)穿过源块，并在陷阱板上被测量。可以在沿着电子束的蓝色区域内的任何一点处发生电离。如果在引出区域C中发生电离，则会使这些离子加速离开源块，例如经由质量分离器射向探测器。
[0009]当分压平衡时，探测到的离子束信号因气体样品的电离而稳定下来，此时可以收集数据。电离气体样品、随后从源块中引出离子以及将离子加速到质量分析器中的过程也有不期望的效果，即这些离子的一部分被注入并被“消耗掉”，使得探测到的离子束信号的强度随时间而降低。该过程还会对气体样品进行质量分馏，因此通常需要对数据进行校正，以提供关于在“计时起点”或t0处感兴趣的同位素的分压的信息，在“计时起点”处气体样品首次暴露于这些不良的质量分馏效应。
[0010]图2A示出了在“计时起点”或t0(即，在本示例中时间＝0秒)处探测到的感兴趣的同位素的离子束信号的强度。当样品气体进入源块时，强度最初增加到峰值，接着在平衡期间在源块中接收到样品气体之后的第一时间段(约60秒)期间降低，然后更加缓慢地降低，直到达到与气体样品在源块中达到平衡相对应的稳定性。当样品气体的分压达到静态稳定时(即当所有感兴趣的种类均匀分布在整个真空腔室中且尤其在源块中达到恒定密度时)，达到平衡。离子源本身会引起同位素的质量分馏，因此会引起同位素比率随时间的变化。空间电荷效应和较轻同位素与较重同位素之间的不同动力学会导致略微不同的传输和电离概率。由于不同同位素的优先电离，气体样品的同位素成分会随时间变化，因此测量到的同位素比率也会随时间变化。为了计算气体样品的真实同位素成分，在引入样品时计算同位素比率是很重要的。
[0011]图2B示出了在丢弃来自第一时间段的数据之后探测到的感兴趣的同位素的离子束信号的强度。尤其是，为了利用这些数据，丢弃数据的初始部分，并将剩余数据的回归(从达到平衡的点开始)外推回“计时起点”或t0，其量化了未分馏的样品。然而，这种外推增加了回归的不确定性，从而对感兴趣的同位素的量化误差产生了不利的影响，例如降低了同位素比率计算的精度。在本示例中，外推截取精度为0.92％。
[0012]因此，需要改进静态气体质谱测定。

技术实现思路

[0013]本专利技术的其中一个目的是提供一种用于静态气体质谱仪的离子源，该离子源至少部分地消除或减轻了在本文中或是在其他地方确定的现有技术的至少一些缺点。例如，本专利技术的实施例的一个目的是提供用于静态气体质谱仪的离子源，该离子源实现了同位素测量的更高准确度和/或精度。
[0014]第一方面提供了一种用于静态气体质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种静态气体质谱仪，包括离子源，所述离子源包括：源块，其限定用以接收样品气体的体积；电子源，其与所述源块流体连通，并且其配置为在其中提供电子通量以用于使所述样品气体电离；电极组，其包括设置在所述电子源和所述源块之间的第一电极；以及控制器，其配置为控制施加到所述第一电极的电压，以在所述源块中接收到所述样品气体之后的第一时间段期间衰减进入所述源块的所述电子通量，并在所述第一时间段之后的第二时间段期间准许所述电子通量进入所述源块；其中，所述第一电极包括和/或为偏转器，所述偏转器配置为在所述第一时间段期间使所述电子通量偏离所述源块。2.根据权利要求1所述的静态气体质谱仪，其中，所述第一电极包括和/或为阴极，所述阴极配置为使朝向其逼近的电子减速和/或从其排斥电子。3.根据权利要求1所述的静态气体质谱仪，其中，所述第一电极包括和/或为阳极，所述阳极配置为使朝向其逼近的电子加速和/或朝向其吸引电子。4.根据前述权利要求中任一项所述的静态气体质谱仪，其中，所述第一电极包括和/或为格栅，所述格栅配置为中止所述电子通量进入所述源块。5.根据前述权利要求中任一项所述的静态气体质谱仪，其中，所述第一电极相对于进入所述源块的电子通量偏离轴线设置，并且布置成使所述电子通量偏离所述源块。6.根据前述权利要求中任一项所述的静态气体质谱仪，其中，所述控制器配置为控制由所述电子源提供的电子通量。7.根据前述权利要求中任一项所述的静态气体质谱仪，其中，所述电子源包括和/或为场发射枪，或者其中，所述电子源包括和/或为热离子电子发射体，并且其中，所述控制器配置为控制所述热离子电子发射体的温度。8.根据前述权利要求中任一项所述的静态气体质谱仪，其中，所述控制器配置为控制由所述电子源提供的电子的能量。9.根据前述权利要求中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：达米安，
申请(专利权)人：爱思特匹克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：