[发明专利]离子光学装置、离子源及利用离子源产生目标离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子质谱分析技术领域，尤其涉及一种离子光学装置、离子源及利用离子源产生目标离子的方法。

背景技术

质谱仪是一种可以用于分析多种样品中各种化学成分及其含量的科学仪器，被广泛应用于地学、医疗卫生、环境保护、食品安全等各个领域。在常用的各种质谱仪仪器中，二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)是目前灵敏度最高的表面化学分析手段之一。

一次离子束经过一次离子光学系统后轰击样品表面，产生二次离子。二次离子束经过二次离子光学系统后进入质量分析器，按荷质比大小不同实现质量分离，从而可得知样品表面和样品一定深度的元素分布和组成。在SIMS分析过程中，被检测的离子是由一次离子源产生的一次离子束轰击溅射样品表面所产生的溅射碎片离子，因此一次离子束是产生二次离子的工具。一次离子束的性能和质量将直接影响SIMS的分析结果。

在二次离子质谱中，使用一次离子束轰击样品产生二次离子之前，需要对样品表面进行“清洗”，除去粘附在样品表面的镀层及包裹体，提高样品分析的准确性，为了减小对样品的损耗，特别针对于宇宙样品及地球化学珍贵样品，在一次离子束强度保持不变时，要求增大用于清洗样品的一次离子束束斑。用于二次离子提取时，小束斑一次离子束可以提高二次离子质谱的横向分辨率，特别对于离子探针模式的二次离子质谱仪，其横向分辨率完全由一次束束斑的直径所决定。用于轰击样品的一次离子束是从一次离子源中引出的，从离子源中引出的一次离子束并不只包含单一种类的离子，除了目标一次离子外，还有和目标一次离子相同极性的其他离子。这些离子由于荷质比的不同，导致产生的二次离子初动能也各不一样，这样就会影响二次离子的提取。

二次离子质谱仪中一次离子束的束斑需要调节（高离子流密度的小束斑离子束可以做空间分辨率更高的微区分析，而低离子流密度的大束斑离子可以用于“清洗”样品表面，剥去镀层及包裹体），但是采用单透镜调节固定轴线上某点处束斑，其聚焦位置一定也发生变化。这在包含有多个离子光学部件的复杂系统中是一件比较麻烦的事情，常常改动其中一个透镜的聚焦位置，会带来后面部件的变动，并且最终实现离子束斑的有效调节也较为困难。

针对于二次离子质谱的上述要求，需要一种离子束束斑直径可调的，并且具有离子筛选功能的离子源，提供用于轰击样品，产生二次离子的一次离子束。

发明内容

本发明实施例提供了一种离子光学装置、离子源及利用离子源产生目标离子的方法，可实现离子聚焦位置不变的情况下束斑直径连续可调，同时具有离子筛选功能。

本发明实施例提供了一种离子光学装置，该装置包括：

腔体、设置在该腔体内的加速电极、离子透镜组、质量筛选器和开有一孔的挡板；

离子透镜组包括至少两个同轴且相对位置固定的单透镜；

加速电极在腔体的一个开口处，为中空锥形结构，其锥形尖口朝外且在离子透镜组的轴线上；

该质量筛选器靠近腔体的另一个开口，其由沿离子透镜组的轴线平行对称设置的一对导磁结构，和沿该轴线平行对称设置的一对产生平行均匀电场的电极构成；该导磁结构之间的平行均匀磁场、该电极产生的平行均匀电场和上述轴线之间两两垂直，且所述平行均匀磁场和平行均匀电场在轴线方向的长度相等；

挡板在腔体的另一个开口处，挡板上的孔在所述离子透镜组的轴线上。

上述离子光学装置，离子透镜组可以对离子束进行聚焦，并且可在不改变离子束焦点位置的情况下，实现离子束斑直径连续可调，同时使用质量筛选器，实现了对目标离子进行筛选，并且通过调节加速电压，可以调节离子束的能量。

其中，上述质量筛选器的一对电极对称供电，其形状为板状矩形结构，每个电极的宽度大于这两个电极之间的距离的1.5倍。

较佳的，上述导磁结构的设置方式可以为以下两种，但不仅限于以下两种。

第一种设置方式：一对导磁结构为柱状结构，柱状结构相对的端面为相互平行的矩形面，另一端面分别与设置在腔体外的电磁铁相对。

第二种设置方式：一对导磁结构为设置在所述腔体外的电磁铁伸入所述腔体内的部分，一对导磁结构相对的端面为相互平行的矩形面。