專利名稱：一種陣列式微法拉第筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對化學(xué)氣體中的低能量離子流進(jìn)行收集檢測的法拉第筒，具體為一種具有良 好屏蔽的，陣列式微法拉第筒。該裝置可以用于FAIMS(高場非對稱波形離子遷移譜儀)，IMS(離 子遷移譜儀)等化學(xué)分析儀器中。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的法拉第筒由一個筒狀的接收電極， 一個抑制柵極和一個屏蔽電極組成。法拉第筒 最初用于高能帶電粒子束流強(qiáng)度的檢測，現(xiàn)在已經(jīng)成為質(zhì)子流，電子流等帶電粒子流束流強(qiáng)
度的主要檢測手段。傳統(tǒng)的法拉第筒檢測裝置有三個特點(diǎn)l)檢測的帶電粒子束流強(qiáng)度大(甚
至達(dá)到1A以上) 一對屏蔽電極的屏蔽性能要求不高；2)檢測的帶電粒子能量高(達(dá)1MeV甚 至1GeV)—高能帶電粒子轟擊接收電極時，會產(chǎn)生二次電子。要實(shí)現(xiàn)高能量帶電粒子束流強(qiáng) 度的準(zhǔn)確檢測，需要抑制二次電子的發(fā)射以及收集發(fā)射的二次電子。這就要求法拉第筒必須 做成筒狀，而且抑制電極也要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并加特定的高壓；3)驅(qū)動力為電場一 接收電極收集帶電粒子，是用電場為驅(qū)動力，使帶電粒子與接收電極發(fā)生碰撞，而完成電荷 的收集。但當(dāng)帶電粒子能量較低(〈leV)時，帶電粒子轟擊接收電極時，不會產(chǎn)生二次電子， 所以接收電極沒有必要做成筒狀，而且抑制柵極也不需要。因此在檢測低能量(<leV)，弱束 流強(qiáng)度(pA量級)的帶電粒子束流強(qiáng)度時，傳統(tǒng)的法拉第筒在屏蔽設(shè)計(jì)，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不 能夠滿足要求。
隨著FAIMS (高場非對稱波形離子遷移譜儀)、微型質(zhì)譜儀等微型分析儀器的出現(xiàn)，法拉 第筒開始向結(jié)構(gòu)微型化的方向發(fā)展。受微細(xì)加工工藝的限制，現(xiàn)今的微法拉第筒在屏蔽設(shè)計(jì) 中也存在明顯的缺陷。而且由于都采用了電場驅(qū)動的方案，需要增加驅(qū)動電極，來完成離子 向接收電極的運(yùn)動，這增加了法拉第筒的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種屏蔽性能好，結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化的一種法拉第筒。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種陣列式微法拉第筒，其特征在于所述的微法拉第包括氣路和接收電極2，所述的 接收電極設(shè)置在氣路中，且由多個接收單元采用陣列式排布而成；所述的氣路由氣路上壁、 氣路下壁、氣路左壁和氣路右壁四個壁組成。
本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括前屏蔽電極3和后屏蔽電極4，所述的前屏蔽電極和 后屏蔽電極沿氣路方向分別設(shè)置在接收電極的前端和后端。
本發(fā)明的另一種優(yōu)選技術(shù)方案還包括上屏蔽電極8和下屏蔽電極9，所述的上屏蔽電極設(shè)置在氣路上壁的外側(cè)，下屏蔽電極設(shè)置在氣路下壁的外側(cè)。
本發(fā)明的又一優(yōu)選技術(shù)方案是所述的氣路上壁6和氣路下壁7為絕緣材料，氣路左壁 l和氣路右壁5為導(dǎo)電材料。
在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，所述的接收單元的截面為圓形或多邊形形狀。 該發(fā)明相對于以前的法拉第筒具有以下的優(yōu)點(diǎn)及效果①接收電極采用的陣列式設(shè)計(jì) a)擴(kuò)大了氣體與接收電極的接觸面積；b)在接收電極中，形成了許多分散的微氣流通道， 有利于氣體進(jìn)入接收陣列后穩(wěn)定流場的破壞，使氣體中的離子更容易與接收電極發(fā)生碰撞；c) 由于微氣流通道的存在，使得氣流能夠攜帶離子從接收電極間流過，可以省去電場驅(qū)動電極， 用氣流驅(qū)動離子的方法來實(shí)現(xiàn)信號的收集。②由于采用了前屏蔽電極、后屏蔽電極、上屏蔽 電極和下屏蔽電極的設(shè)計(jì)，能夠?qū)邮针姌O進(jìn)行良好的屏蔽，提高法拉第筒的檢出限。③離 子在到達(dá)接收電極之前，會由電磁感應(yīng)現(xiàn)象在接收電極上形成感生電流。前屏蔽電極的存在 能夠大大減小電磁感應(yīng)現(xiàn)象，減小接收電極上的感生電流。


圖1是陣列式微法拉第筒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中A-A的剖視圖。
圖3是本發(fā)明在FAIMS系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖。
圖中l(wèi)一氣路左壁；2 —接收電極；2a—接收單元；3 —前屏蔽電極；4一后屏蔽電極； 5 —?dú)饴酚冶冢? —?dú)饴飞媳冢? —?dú)饴废卤冢? —上屏蔽電極；9一下屏蔽電極；IO —?dú)怏w及 離子；ll一氣體及樣品；12 —離子源；13 —遷移區(qū)；14一陣列式微法拉第筒。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖例對本發(fā)明提供的陣列式微法拉第筒的具體結(jié)構(gòu)和工作原理做進(jìn)一步的說明。
陣列式微法拉第筒M由氣路和接收電極2組成。所述的接收電極2由多個接收單元2a 采用陣列式排布而成，并設(shè)置在氣路中；所述的氣路由氣路左壁l、氣路右壁5、氣路上壁6 和氣路下壁7組成。
本發(fā)明所述陣列式微法拉第筒還包括前屏蔽電極3、后屏蔽電極4、上屏蔽電極8和下 屏蔽電極9，所述的前屏蔽電極和后屏蔽電極沿氣路方向分別設(shè)置在接收電極的前端和后端。 所述的上屏蔽電極設(shè)置在氣路上壁的外側(cè)，下屏蔽電極設(shè)置在氣路下壁的外側(cè)。
前屏蔽電極3和后屏蔽電極4，以及上屏蔽電極8和下屏蔽電極9與氣路左壁1、氣路 右壁5—起構(gòu)成接收電極2的立體式屏蔽結(jié)構(gòu)，能夠有效屏蔽電磁場的噪聲，提高法拉第筒 的檢出限。離子在到達(dá)接收電極之前，會由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象在接收電極2上形成感生電流。 前屏蔽電極3的存在雖然會造成離子的部分損失，但能夠大大減小電磁感應(yīng)現(xiàn)象，減小接收 電極上的感生電流。本發(fā)明的氣路上壁6和氣路下壁7可為絕緣材料，避免與接收電極2電連通。氣路左壁 1和氣路右壁5可為導(dǎo)電材料。
接收電極2由接收單元2a采用陣列排布而成。接收單元2a的截面為圓形或多邊形形狀。 接收單元2a的截面一維尺寸，需要與接收單元2a之前的間距相當(dāng)。如果間距過小，甚至比 接收電極2到氣路左壁1，氣路右壁5的距離還小的話，會造成氣路從接收電極2兩側(cè)流過, 這樣檢測不到信號。如果間距過大，為了接收到所有的離子，必須增加接收單元2a的數(shù)目， 造成結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。比較優(yōu)化的一種方法是接收單元2a采用圓形截面，間距為圓形的直徑，交 錯排列，排數(shù)為2-4排。
氣體及離子10進(jìn)入接收電極2，經(jīng)碰撞后，電荷被接收電極2吸收。吸收后的電荷通過 與接收電極2相聯(lián)的電流表檢測。
實(shí)施例1
本發(fā)明可以應(yīng)用于FAIMS (高場非對稱波形離子遷移譜儀)(如圖3)。工作時，氣體及樣 品11進(jìn)入離子源12后，部分樣品被離子化。在一定條件下，離子化后的樣品經(jīng)過遷移區(qū)13 可以到達(dá)該法拉第筒14。離子在接收電極2中，與接收單元2a碰撞后，通過與接收電極2 聯(lián)接的電流表，可以讀出離子的束流強(qiáng)度。本發(fā)明應(yīng)用于FAIMS系統(tǒng)時，可以完全實(shí)現(xiàn)FAIMS 系統(tǒng)的單芯片集成設(shè)計(jì)，并且保證了 FAIMS接收單元的小尺寸與高檢出限。
權(quán)利要求
1.一種陣列式微法拉第筒，其特征在于所述的微法拉第筒包括氣路和接收電極(2)，所述的接收電極(2)設(shè)置在氣路中，且由多個接收單元(2a)采用陣列式排布而成；所述的氣路由氣路上壁(6)、氣路下壁(7)、氣路左壁(1)和氣路右壁(5)四個壁組成。
2. 按照權(quán)利要求1所述的陣列式微法拉第筒，其特征在于所述陣列式微法拉第筒還包 括前屏蔽電極(3)和后屏蔽電極(4)，所述的前屏蔽電極和后屏蔽電極沿氣路方向分別設(shè)置 在接收電極的前端和后端。
3. 按照權(quán)利要求2所述的陣列式微法拉第筒，其特征在于所述陣列式微法拉第筒還包 括上屏蔽電極(8)和下屏蔽電極(9)，所述的上屏蔽電極(8)設(shè)置在氣路上壁的外側(cè)，下 屏蔽電極(9)設(shè)置在氣路下壁的外側(cè)。
4. 按照權(quán)利要求l、 2或3所述的陣列式微法拉第筒，其特征在于所述的氣路上壁(6) 和氣路下壁(7)為絕緣材料，氣路左壁(1)和氣路右壁(5)為導(dǎo)電材料。
5. 按照權(quán)利要求4所述的陣列式微法拉第筒，其特征在于所述的接收單元的截面為圓 形或多邊形形狀。
全文摘要
一種陣列式微法拉第筒，涉及對化學(xué)氣體中的低能量離子流進(jìn)行收集檢測的裝置。所述的陣列式微法拉第筒包括氣路和接收電極。接收電極由多個接收單元采用陣列式排布而成，并設(shè)置在氣路中；所述的氣路由上、下、左、右四個管壁組成，上、下壁為絕緣材料，左、右壁為導(dǎo)電材料。接收電極可以設(shè)置前屏蔽電極，后屏蔽電極，上屏蔽電極，下屏蔽電極，來實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽效果。本發(fā)明提供了一種屏蔽性能好，結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化的一種陣列式微法拉第筒，可用于高場非對稱波形離子遷移譜儀、離子遷移譜儀等化學(xué)分析儀器中。
文檔編號H01J37/147GK101599407SQ20091011988
公開日2009年12月9日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者飛 唐, 亮 張, 王曉浩 申請人:清華大學(xué)