[发明专利]一种带电粒子的加速方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种带电粒子的加速方法，以及应用本加速方法形成的多种质量分析器，在质谱分析检测方面有多种应用，属于仪器仪表技术领域。

背景技术

质谱技术在同位素分析、化学分析、生命科学分析中有广泛的应用，其基本原理是：在真空中，将样品离子化变成带电粒子，通过质量分析器进行分离，检测出各种质量数离子的数量，从而得到样品的定性、定量信息。

在质谱技术中，质量分析器是最核心的部件，按其种类可将质谱分为以下五种：

(1)磁质谱。带电粒子被加速后进入磁场，不同质荷比的粒子偏转情况不同，使各种质荷比的粒子分离。

(2)四极杆质谱。带电粒子被引入四极杆滤质器，只有与四极杆上所加射频电场发生共振的特定质荷比的粒子可以通过，使各种质荷比的粒子分离。

(3)飞行时间质谱。带电粒子被加速后，不同质荷比的粒子速度不同，经过一段无场飞行，到达检测器的时间不同，使各种质荷比的粒子分离。

(4)离子阱质谱。带电粒子被引入离子阱，只有与阱上所加射频电场发生共振的特定质荷比的粒子可以在阱中稳定振荡飞行，使各种质荷比的粒子分离。

(5)傅立叶变换-回旋振荡质谱。带电粒子被引入电场和磁场共同作用区，在射频电场作用下回旋振荡，产生的象电流信号用傅立叶变换处理，得到各种质荷比的粒子信号。

以上五种质谱，带电粒子要进入质量分析器，都需要用电场加速。但是四极杆质谱、离子阱质谱、傅立叶变换-回旋振荡质谱中，带电粒子进入质量分析器的初速度对质量分析影响很小，可以忽略不计；而磁质谱、飞行时间质谱中，带电粒子进入质量分析器的初速度对质量分析起决定作用，带电粒子加速装置是质量分析器的一部分。

在磁质谱、飞行时间质谱中，带电粒子加速装置如图1。两个平行电极上加一定电压，在两电极之间形成加速电场，带电粒子在电场作用下被加速，从电极上的小孔或狭缝射出。转换加速电压的正负极性，可以选择射出带电粒子的正负极性。假设加速电压为U，带电粒子质量为m，电量为q，初速度为0，则带电粒子从加速电极射出时，电场对带电粒子所做的功等于带电粒子的动能：

Uq=12mv2]]>

带电粒子从加速电极射出时速度为：

v=2Uqm---(1)]]>

磁质谱原理结构如图7，带电粒子被加速后射入磁场，受磁场力作用作圆周运动。设圆周运动半径为R，磁场强度为B，则离心力等于带电粒子所受磁场力：

mv2R=qvB---(2)]]>

合并(1)式和(2)式，可得磁质谱中带电粒子偏转半径：

R=V2Umq---(3)]]>