热电子轰击气体离子源若干结构与工艺问题

　　在质谱仪器的研制中，离子源的设计至关重要。为此，曾多次实验进行探索，在离子源结构与工艺方面也进行了大量研究。根据实验观察及所得数据，成功地设计了多种能与单极分析场相匹配的热电子轰击气体离子源。本文做一简述。

　　1离子源结构研究

　　离子源由若干不同的电极组合而成，离子源性能也必定由各电极结构、形状、尺寸、电参数等诸多因素决定。因此，必须研究这些因素对离子源性能的影响。

　　1.1不同结构离子源性能比较

　　尽管热电子轰击气体离子源都是由电子发射阴极、阳极和离子引出电极组成，但由于电子发射方向、电子运动轨迹、气体分子与电子的运动方向，以及电离区形式的不同，使由此组合而成的离子源分为多种，而且性能参差不齐，灵敏度高低不等。为获得最佳离子源组合形式，曾选择并设计、加工出较有代表性的四种不同结构离子源，进行性能比较实验。图1一4是这四种离子源的工作原理图。它们依次简称为:横向敞开源、横向封闭源、横向推斥源和轴向振荡源(图1一3中:1.电子反射极、2.阴极、3.电离室、4.阳极、5.离子聚焦极、6.离子引出极、7.第一离子接收极、8.第二离子接收极。图4中除4为电子振荡极外，其余同图1一3)。离子源结构特点见表1。

　　除表1中几项不同外，其余条件如电子能量、电子发射电流、离子能量、电子反射极形状、离子聚焦系统、电离室尺寸都采用相同参数。实验中用的离子检测系统、数据测试方法、真空度测量、实验装置等采用相同器件，并在相同环境下进行离子源灵敏度的测试。离子源灵敏度测量采用简便计算法:当阴极发射电流为lmA时

式中:I^+:离子源输出离子流(A)，P:气体压力(Pa)，S:离子源灵敏度(A/Pa)。

　　离子流检测:采用两极接收，如图5所示。第一极是带中心孔的平板电极。中心孔用来限制束散角，是根据离子束入射分析场时的情况假设的，以便使试验数据更接近实际。孔径根据设计需要而定。本试验设该孔为1.8(mm)。第二极是圆筒电极，置于第一极中心孔后面，接收从中心孔穿过的离子流。若离子束聚焦好，进入第二接收极的离子必然比第一极多。这可同时进行离子源灵敏度和聚焦两种性能的比较.

　　离子源各电极电参数的调节:遵循优选法中的坐标轮换法，依次反复巡回调节电子发射电流、电离室电压、阳极电压、灯丝对地电压、聚焦极电压和电子反射极电压，直到离子流输出为最大值。各电极电压调节范围见表2，测试结果见表3。