[实用新型]实现对自由飞行区解离碎片分辨的离子速度成像仪

说明书

本实用新型公开了一种实现对自由飞行区解离碎片分辨的离子速度成像仪，导管水平设置在壳体一端端部，脉冲阀固定在导管位于壳体内的一端，第一带电极板、第二带电极板、第三带电极板依次竖直设置构成成像透镜，第四带电极板、第五带电极板、第六带电极板依次竖直设置构成阻尼场透镜，第一飞行管和第二飞行管沿水平方向设置并固定在壳体内，成像透镜设置在第一飞行管一端，阻尼场透镜设置在第一飞行管和第二飞行管之间，探测器固定在壳体另一端端部并位于第二飞行管一端。本实用新型是可以对自由飞行区解离碎片分辨探测的离子速度成像仪，实现了对自由飞行区发生二次解离产生碎片离子进行分辨探测。

技术领域

本实用新型涉及一种离子速度成像仪，特别是一种实现对自由飞行区解离碎片分辨的离子速度成像仪。

背景技术

目前通行的离子速度成像仪是由荷兰科学家Eppink和Parker于1997年设计[1，2]，他们通过设计三块带圆孔的极板，在一定的优化电压配置下，形成离子透镜，实现对具有相同速度但是不同位置的带电粒子进行聚焦，然后被飞行管后端MCP&PS（Micro-channelPlate & Phorsphor Screen, 微通道板&磷光屏）探测器收集，如图4(a)所示，其中P1是排斥级极板，P2是加速级极板，P3是接地级极板。在离子透镜作用下，不同位置的带电粒子聚焦在探测器的一个点上，这大大提高了离子速度成像的分辨率。将带空圆盘的加上合适电压后，形成离子透镜，如图4(b)所示。

然而，目前通行的基于三极板设计的离子速度成像仪以及后来发展的多极板离子速度成像仪，都无法实现对自由飞行区（P3到探测器之间）解离碎片进行分辨。这里以大气污染物二甲苯为例，二甲苯化学式为C6H5(CH3)2，在二甲苯吸收光子后发生电离和解离，断裂一个甲基CH3生成C6H5CH3⁺离子，通过现有技术采集C6H5CH3⁺离子的离子速度影像，即可得到C6H5CH3⁺离子的动能分布和角度分布，通过分析可认识其光化学机理，然后有足够的证据表明[3]，C6H5CH3⁺离子在自由飞行区飞行过程中部分会再次发生化学键断裂，断裂第二个甲基CH3，生成C6H5⁺离子，而此时的C6H5⁺离子和未发生二次断裂的C6H5CH3⁺离子具有相同的速度，由于自由飞行区是无场区，不能被区分，因此它们两种离子将以相同的时间到达探测器被成像，被误以为是纯C6H5CH3⁺离子进行成像和分析，造成错误的实验测量。这种现象在离子速度成像领域非常普遍，至今未被解决。

通俗来讲即表述如下：化合物ABC吸收光子后发生化学键断裂，生成AB⁺离子，AB⁺离子在离子速度成像仪飞经自由飞行区到达探测器被成像，然而AB⁺离子在自由飞行区有可能发生化学键的断裂，生成A⁺离子或B⁺离子，而此时的情况是自由飞行区不具有电场分布，尽管AB⁺离子、A⁺离子、B⁺离子三种离子的质量不同，但是不能被区分，三种离子将以相同的时间（AB⁺离子的到达时间）到达探测器被探测，造成对实验的干扰，基于现有技术的离子速度成像仪对此问题无从解决。

参考文献：[1] A. T. J. B. Eppink, D. H. Parker, Rev. Sci. Instrum. 68,3477 (1997)

[2] A. T. J. B. Eppink, D. H. Parker, J. Chem. Phy. 110, 832 (1999)

[3] Y. Liu, T. Gerber, C. Qin, F. Jin, G. Knopp, J. Chem. Phy. 144,084201 (2016)