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质谱分析仪器——电子倍增器分类及原理

2022-11-30 09:33:05

一、二次电子倍增器

当离子电流<10-15A时需要用二次电子倍增器检测。其原理大致为:由质量分析器引入具有一定能量的离子束,轰击多级Cu-Be电极活性表面时,可发射出大量的二次电子,在加速电压的驱使下依次撞击其他倍增电极片,由于撞击和发射位置不是在同一个点,所以这些二次电子连续地倍增,并将离子流转化为电子流,放大倍数可达104~108,然后再用直流测量或脉冲计数测量电子流强度。

二、通道电子倍增器

通道电子倍增器(channel electron multiplier,CEM)又称连续打拿极电子倍增器。电子倍增管使用多个独立的打拿极将光子转换成电子,而通道电子倍增器釆用开放式玻璃锥管结构(表面镀有一层半导体膜),将撞击在其表面的离子转换成电子。检测带正电离子时,在其前端施加一负偏压,靠近收集器的末端接地。离子通过四极杆质量分析器后,被锥体负高压吸引,撞击检测器表面,释放出一个或更多二次电子。由于锥体内不同位置具有不同电势,二次电子在此电位梯度作用下向末端收集器运动。当电子再次碰撞新的膜层表面时,释放出更多二次电子。多次重复后,得到单个脉冲信号,包含撞击所产生的大量电子。

通道电子倍增器一个重要的缺陷是有效使用时间有限,尤其是当检测高浓度离子束时,更为敏感。另外其保质期较短,使备用倍增器无法长时间保存。

三、不连续打拿极电子倍增器

不连续打拿极电子倍增器( discrete dynode electron multiplier)通常称为活性膜放大器,与通道电子倍增器工作原理相似,但采用离散的打拿极(图4.31)。通常采用离轴安装方式,以减小杂散辐射及离子源所产生的中性粒子离子离开四极杆后,以曲线运动方式撞击到第一个打拿极上,释放出二次电子。打拿极的电子光学设计使得二次电子加速运动至下一个打拿极,产生更多二次电子。如此反复,最终产生电子脉冲信号被放大检测器接收。由于采用不同于通道倍增器的表面材料,且电子产生方式不同,通常比通道电子倍增器灵敏度提高了50%~100%。


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