CN102522307B - 一种利用光电效应增强的射频放电电离装置 - Google Patents

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本发明涉及一种电离装置，特别是涉及一种利用光电效应增强的射频放电装置，包括绝缘介质腔、紫外光源、气体入口、光学透镜、栅网、射频线圈和光电转换电极，所述绝缘介质腔两端开口，下端口与所述与光电转换电极连接；所述光学透镜安装于所述绝缘介质腔上端口处，并密封；所述射频线圈套设于所述绝缘介质腔中部***；所述绝缘介质腔在所述光学透镜与所述射频线圈之间依次设置所述气体入口与所述栅网；所述紫外光源设于所述光学透镜正上方。本发明的利用光电效应增强的射频放电装置，使射频放电更容易启动，且提高了射频放电的工作气压范围、离子引出效率和放电稳定性。

Description

一种利用光电效应增强的射频放电电离装置
技术领域
本发明涉及一种电离装置，特别涉及一种利用光电效应增强的射频放电电离装置。
背景技术
等离子体技术近几年发展迅速，并得到了广泛的应用，例如可用于：微电子工业硅片清洗，替代目前的酸或去离子水清洗；清洗所有的生化污染表面，包括被生化武器污染的表面和空间；替代湿化学法，可用于制药和食品行业原位消毒；医疗期间消毒和皮肤病的治疗；清洗放射性材料表面；改性纺织材料；改性材料表面；质谱中的电离源等。
中国专利CN200710017858.9中公开了一种使用水冷却的射频感应耦合等离子体放电装置，该发明包括射频功率源与射频功率源相匹配的网络，包括屏蔽壳体，冷却水进出管和反应气体口。这种装置的工作气压范围较窄，且启动不稳定。在空气中，使气体击穿需要很高的电压，造成这一现象的原因之一是空气中的电子密度非常小，使得引发电子雪崩的最初电子非常少，因而放电的启动电压比较高。射频放电的正常工作气压在10～100Pa左右，但是由于工作空间中的电子密度非常小，射频放电的启动较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用光电效应增强的射频放电电离装置，可作为等离子体技术应用，也可以作为质谱的电离源。本发明所要解决的技术问题是现在技术中射频放电的工作气压范围较窄、射频放电启动困难以及放电不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用光电效应增强的射频放电电离装置，包括绝缘介质腔、紫外光源、气体入口、光学透镜、栅网、射频线圈和光电转换电极，所述绝缘介质腔两端开口，下端口与所述光电转换电极连接；所述光学透镜安装于所述绝缘介质腔上端口处，并密封；所述射频线圈套设于所述绝缘介质腔中部***；所述绝缘介质腔在所述光学透镜与所述射频线圈之间依次设置所述气体入口与所述栅网；所述紫外光源设于所述光学透镜正上方。
进一步地，所述绝缘介质腔由玻璃、石英、陶瓷等制作而成，这些材质不但具有良好的隔热性能，还具有良好的绝缘性能，并且制作加工容易、价格较便宜。由于质谱仪本身含有较多的各种零部件，体积也不会太大，因此要求各部件在满足功能需要时，体积尽量小，因此，绝缘介质腔内径小于10mm，长度为20～200mm。
进一步地，所述紫外光源为能够发射高能量光子的光源，发射波长小于400nm。
进一步地，所述光学透镜由能够透过紫外光的石英、氟化镁等制作，包括凸透镜、凹透镜、平面镜等。
进一步地，所述栅网上施加正电压或负电压，栅网由不锈钢、镍、金或铝等金属材料制作，孔密度为10～200目。
进一步地，所述射频线圈由射频电源供电，电源频率为1MHz～50MHz，功率0.05～50W，射频线圈由风冷或水冷进行冷却。
进一步地，所述光电转换电极为中心带圆孔的金属电极，其金属材料的功函数小于光源中光子能量，金属电极上施加负电压，电压范围为-1V～-1000V。
本发明利用光电效应产生光电子，在射频放电区域中产生一定量的电子，因而使射频放电易于启动，且提高了离子的引出效率；由于提供了大量的电子，降低了射频放电的启动电压和功率，同时还提高了射频放电的工作气压范围；由于能够持续产生电子，使放电的稳定性得以提高。综上所述，本发明能够使射频放电更容易启动，且提高了射频放电的工作气压范围、离子引出效率和放电稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、绝缘介质腔；    2、紫外光源；    3、气体入口；
      4、光学透镜；      5、栅网；        6、射频线圈；
      7、光电转换电极；  8、分析仪器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1，见图1所示：
本发明一种利用光电效应增强的射频放电电离装置，包括绝缘介质腔1、紫外光源2、气体入口3、光学透镜4、栅网5、射频线圈6和光电转换电极7，所述绝缘介质腔1两端开口，下端口与所述光电转换电极7连接；所述光学透镜4安装于所述绝缘介质腔1上端口处，并密封；所述射频线圈6套设于所述绝缘介质腔1中部***；所述绝缘介质腔1在所述光学透镜4与所述射频线圈6之间依次设置所述气体入口3与所述栅网5；所述紫外光源2设于所述光学透镜4正上方。
所述绝缘介质腔1材料为石英，内径为3mm，长度为50mm；工作气体为氩气，气体流速为10mL/min；所述紫外光源2为能够发射波长小于400nm的光源；所述气体入口3的孔径为2mm，距射频线圈与光学透镜各2mm；所述光学透镜4材料为氟化镁，其结构形状为凸透镜；所述栅网5上能过外接电源施加正电压，为不锈钢材料，孔密度为100目；所述射频线圈6由射频电源供电，电源频率为10MHz，功率5W，由风冷或水冷进行冷却；所述光电转换电极7为功函数小于所述紫外光源2中光子能量且中心带圆孔的不锈钢电极，对其施加负电压，电压为-100V。
使用时，工作气体或工作气体与待测气体的混合气由所述气体入口3进入所述绝缘介质腔1内，同时，所述紫外光源2发射紫外光，透过所述光学透镜4进入到所述绝缘介质腔1内。所述光学透镜4除了有透光作用外，还能使所述绝缘介质腔1保持密封，防止气体外流。紫外光进入所述绝缘介质腔1后穿过所述栅网5进入到所述射频线圈6涵盖的区域，达到所述光电转换电极7，在光电效应作用下，产生一定量的光电子。由于所述栅网5上施加有正电压，使产生的光电子向所述栅网5移动，从而在所述射频线圈6涵盖的区域内产生一定的电子，增加了流过此区域气体的电子密度，从而使射频放电易于启动，同时也可提高射频放电区域的工作气压范围。所述射频线圈6在射频电源作用下启动放电，使流过此区域的气体电离，产生离子，在气流、所述栅网5与所述光电转换电极7的共同作用下，产生的离子从所述光电转换电极7中央的圆孔被引出，进入分析仪器，从而大大提高了离子引出效率和放电稳定性。
实施例2，见图1所示：
本实施例与实施例1结构基本相同，所述绝缘介质腔1材料为玻璃，内径为1mm，长度为20mm；工作气体为氩气，气体流速为1mL/min；所述紫外光源2为能够发射波长小于400nm的光源；所述气体入口3的孔径为0.1mm，距射频线圈与光学透镜各1mm；所述光学透镜4材料为石英，其结构形状为凹透镜；所述栅网5上能过外接电源施加正电压，为镍材料，孔密度为200目；所述射频线圈6由射频电源供电，电源频率为1MHz，功率0.05W，由风冷或水冷进行冷却；所述光电转换电极7为功函数小于所述紫外光源2中光子能量且中心带圆孔的不锈钢电极，对其施加负电压，电压为-1V。
实施例3，见图1所示：
本实施例与实施例1结构基本相同，所述绝缘介质腔1材料为陶瓷，内径为9mm，长度为200mm；工作气体为氩气，气体流速为50mL/min；所述紫外光源2为能够发射波长小于400nm的光源；所述气体入口3的孔径为10mm，距射频线圈与光学透镜各3mm；所述光学透镜4材料为氟化镁，其结构形状为平面镜；所述栅网5上能过外接电源施加正电压，为金或铝材料，孔密度为10目；所述射频线圈6由射频电源供电，电源频率为50MHz，功率50W，由风冷或水冷进行冷却；所述光电转换电极7为功函数小于所述紫外光源2中光子能量且中心带圆孔的不锈钢电极，对其施加负电压，电压为-1000V。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构思、构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种利用光电效应增强的射频放电电离装置，包括绝缘介质腔(1)、紫外光源(2)、气体入口(3)、光学透镜(4)、栅网(5)、射频线圈(6)和光电转换电极(7)，其特征在于：所述绝缘介质腔(1)两端开口，下端口与所述光电转换电极(7)连接；所述光学透镜(4)安装于所述绝缘介质腔(1)上端口处，并密封；所述射频线圈(6)套设于所述绝缘介质腔(1)中部***；所述绝缘介质腔(1)在所述光学透镜(4)与所述射频线圈(6)之间依次设置所述气体入口(3)与所述栅网(5)；所述紫外光源(2)设于所述光学透镜(4)正上方，所述光学透镜(4)由能够透过紫外光的石英或氟化镁制作，所述光电转换电极(7)为中心带圆孔的金属电极，其金属材料的功函数小于光源中光子能量，金属电极上施加负电压，电压范围为-1V～-1000V。
2.根据权利要求1所述的利用光电效应增强的射频放电电离装置，其特征在于：所述气体入口孔径为0.1mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的利用光电效应增强的射频放电电离装置，其特征在于：所述绝缘介质腔(1)由玻璃、石英或陶瓷制作而成，其内径小于10mm，长度为20～200mm。
4.根据权利要求1所述的利用光电效应增强的射频放电电离装置，其特征在于：所述紫外光源(2)为能够发射高能量光子的光源，发射波长小于400nm。
5.根据权利要求1所述的利用光电效应增强的射频放电电离装置，其特征在于：所述光学透镜(4)包括凸透镜、凹透镜、平面镜。
6.根据权利要求1所述的利用光电效应增强的射频放电电离装置，其特征在于：所述栅网(5)上施加正电压或负电压，栅网(5)由不锈钢、镍、金或铝制作，孔密度为10～200目。
7.根据权利要求1所述的利用光电效应增强的射频放电电离装置，其特征在于：所述射频线圈(6)由射频电源供电，电源频率为1MHz～50MHz，功率0.05～50W，射频线圈(6)由风冷或水冷进行冷却。
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