[发明专利]一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器

说明书

技术领域

本发明涉及质谱仪的检测器，具体的说是一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器。本发明适用于在真空条件下，利用静电场偏转透镜控制离子束方向，使得不同丰度的离子进入到不同的探测器中进行检测。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。

背景技术

飞行时间质谱的检测器通常由两片到三片微通道板串联构成，将高能离子流转换放大为电子流，并以一块法拉第盘作为电子接收电极。高速的数据采集卡可以将法拉第盘接收到的电流信号采集记录下来，最终形成质谱图。高速数据采集卡分为两种：模拟数字转换(ADC)采集卡和时间数字转换(TDC)采集卡。ADC:模拟数字转换卡(Analog-to-Digital Conveter)，也称为DSA(Digital Signal Average)或者ITR(Intergrating Transient Recorder)。ADC卡内部的一个8位的AD芯片把当前循环内的每个时间点采集下来的电压信号转换为0～255内的数值。当进入下一个循环时，AD芯片把对应时间的采集到的电压数值和上一次循环对应的电压值累加起来。循环结束后形成总的质谱图。值得指出的是，其中每一次循环采集的谱图都可以反映着该次不同质荷比离子流的强度，其动态范围由AD芯片位数决定。越高的位数，垂直分辨率更高，可以检测离子流的动态范围更大。例如12位的ADC，其强度动态范围0～4096(2¹²)。然而，AD芯片的位数和采集速度是一个矛盾体。一般来说，在满足采集速度和带宽条件下来配置ADC卡的位数。

TDC：时间数字转换卡(Time-to-Digital Convert)相当于一个记录两个事件发生时刻的“秒表”，不同的是它的时间精度很高，且可以连续把触发的时刻都记录到特定内存地址里。将它的这个特点和统计的概念结合，可以作为飞行时间质谱的信号采集卡。TDC采集卡通过设置合适的阈值来区别当前循环下的信号和噪音，超过阈值的在内存地址中(对于飞行时间)记为“1”，反之记为“0”。进入下一循环后，TDC把新记录下来的“1”或“0”累加起来。循环结束后形成总的累计谱图。其中每一次循环中，内存中记录下来的只是离子流的有和无，而无法反应离子流的强弱。这意味着当多个离子同一采集间隔内到达MCP，这时采集卡仍然只能纪录为一个“1”。因此TDC卡的动态范围很窄，当强的离子流时容易产生饱和问题。

可见，无论质谱检测器采用ADC还是TDC，当分析物浓度范围相差较大时，质谱的检测器会出现信号饱和的现象，从而导致较大的测量误差。因此可以通过设计一种新型的检测器来满足高动态范围测量的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器。本发明适用于在真空条件下，利用静电场偏转透镜控制离子束方向，使得不同丰度的离子进入到不同的探测器中进行检测。本发明所涉及的质谱检测器，对不同丰度离子调节衰减倍数，降低采集系统饱和而引起浓度测量的误差，扩大了分析物浓度可检测的范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于飞行时间质谱的高动态范围检测器，其特征在于：包括一对平板状平行设置的前屏蔽电极、一对平板状平行设置的偏转电极、一对平板状平行设置的后屏蔽电极，前屏蔽电极、偏转电极和后屏蔽电极从左至右依次顺序设置，于远离偏转电极的后屏蔽电极右侧设有三个以上的离子探测器；入射离子束依次从前屏蔽电极、偏转电极和后屏蔽电极的二平板状极板之间通过，撞击到离子探测器后产生电流信号。

三个以上的离子探测器的接收面法线处于同一平面A上，平面A与偏转电极的极板垂直。

一对平板状平行设置的偏转电极包括平板状下偏转电极和平板状上偏转电极，下偏转电极和上偏转电极之间由绝缘陶瓷隔开；前屏蔽电极和后屏蔽电极都是对称间隔分布的两块平板状电极构成，且前屏蔽电极和后屏蔽电极分别位于偏转电极的两侧，沿从左到右对称间隔分布；前屏蔽电极、偏转电极、后屏蔽电极的上部极板与下部极板相互平行；前屏蔽电极、偏转电极、后屏蔽电极的上部极板相互平行或处于同一平面上；前屏蔽电极、偏转电极、后屏蔽电极的下部极板相互平行或处于同一平面上。