[发明专利]一种表面热电离质谱仪的设计方法

说明书

本发明提供一种表面热电离质谱仪的设计方法，包括：初步设计离子透镜系统结构并进行三维建模，模拟从离子源产生的离子束经过离子透镜系统的离子聚焦状态，判断传输效果是否满足设计要求，若不满足，则修正其结构参数，并重新仿真，若满足，确定离子透镜系统的结构；初步设计离子光学系统结构并进行三维建模，模拟在设定加速电压时，从离子透镜系统中出来的不同质量的离子束进入离子光子系统的飞行偏转轨迹，判断聚焦效果是否满足设计要求，若不满足，则修正其结构参数，并重新仿真，若满足，确定离子光学系统的结构；进行离子接收器参数的设计。本发明为热电离质谱仪的设计和研制提供可靠的理论依据。

技术领域

本发明具体涉及一种表面热电离质谱仪的设计方法。

背景技术

热电离质谱技术(TIMS)是20世纪70年代发展起来的元素同位素丰度、同位素丰度比精确测量的分析测试技术，主要由离子源、磁质量分析器、检测器系统、测控及软件系统等组成，其原理是通过加热涂覆在金属带表面的样品将其蒸发、电离，通过离子传输系统将带电离子引入磁场质量分析器中，根据其质荷比(m/z)不同分开，经检测器将离子电流放大，最终由测控软件处理给出测量元素的同位素丰度或丰度比。与其他分析技术相比，所述的热电离质谱技术具有准确度高、精度高等优点，同位素稀释质谱法是国际上公认的绝对测量的方法，广泛应用于核工业、环境、地质、考古等领域。

目前，我国的制造业水平的已经完全可以满足大型分析仪器的研制需要，但未开展表面热电离质谱仪的正向设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种表面热电离质谱仪的设计方法，为热电离质谱仪的设计和研制提供可靠的理论依据。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种表面热电离质谱仪的设计方法，包括：

S1：根据离子透镜系统设计要求和历史数据结果，进行离子透镜系统结构的初步设计，获取离子透镜系统的初始结构参数，并进行三维建模，

S2：利用离子光学模拟软件，模拟从离子源产生的离子束经过离子透镜系统的离子聚焦状态，

S3：判断传输效果是否满足设计要求，若不满足，则修正离子透镜系统的结构参数，并返回步骤S2，若满足，输出离子透镜系统的结构参数；

S4：根据离子光子系统设计要求、步骤S3的模拟结果以及历史数据结果，进行离子光学系统结构的初步设计，获取离子光子系统的初始结构参数，并进行三维建模，

S5：利用三维电磁场仿真计算软件，模拟在设定加速电压时，从离子透镜系统中出来的不同质量的离子束进入离子光子系统的飞行偏转轨迹，

S6：判断聚焦效果是否满足设计要求，若不满足，则修正离子光学系统的结构参数，并返回步骤S5，若满足，输出离子光学系统的结构参数；

S7：根据离子接收器设计要求，以及步骤S6的模拟结果，进行离子接收器参数的设计。

可选地，

所述步骤S1中，根据离子透镜系统设计要求和历史数据结果，进行离子透镜系统结构的初步设计，获取离子透镜系统的结构参数，具体包括：

根据分析质量范围和质量分辨率的设计要求，确定离子透镜系统的加速电压和离子透镜出口狭缝尺寸，根据离子透镜系统的功能需求和历史数据结果确定离子透镜系统的电极组成，根据离子传输效率要求和飞行管道的高度确定离子透镜系统单个电极的狭缝尺寸，根据单个电极的功能和离子透镜系统的加速电压确定该电极的电压，根据离子透镜聚焦公式计算相邻两个电极的间距。

可选地，

所述离子透镜聚焦公式为：