电子轰击型离子源磁场方向的探讨

　　1前言

　　离子源是质谱仪器的“心脏”。按电离方式分成电子轰击源、化学电离源、场致电离源等。其中慢电子轰击源是使用最广泛的气体离子源。离子源的性能直接影响着质谱仪器两个关键指标即灵敏度和分辨本领的高低。因此在质谱仪器中除了要求离子源工艺性能好，使用寿命长、价格低廉之外，主要是对以下指标感兴趣，即要求离子束流强大、散角小、束流稳定、能量分散和质量歧视都小。

　　国内外都有许多文章、专著和专门的学术活动讨论离子源的各种性能，但是对尼尔型慢电子轰击气体离子源的电子束聚焦磁铁的磁场方向间题却是研究很少，很难见到专门的论述或实验报告。本文拟就此问题进行一些实验对比并对一些有关机理加以探讨。

　　2电子轰击型离子源的结构特点

　　图1表示一种最常用的结构最简单的电子轰击型离子源。电子由直热式阴极F1(或F2)发射，在电离室A(阳极)和阴极F1或F2之间施加直流电位Ve，使电子得到加速，进入电离室中，碰撞气体使气体分子电离。在电离室A和聚焦极B之间所加电位作用下，离子加速离开电离室，通过聚焦极后在减速间隙所加电位作用下，离子减速、聚焦到达离子源出口孔。由图1可见，这个简单离子源既无单独的离子推斥极和偏转极，也无电子接收极和栅极，但加有电子束聚焦磁铁和可自动切换的双灯丝(一个灯丝工作，另一备用灯丝与电离室相接)，磁场强度和方向见图2。这种离子源的灵敏度与灯丝发射效率、灯丝和电离室小孔的准直度、电离电压(也称电子加速电压，加于电离室和灯丝之间，电离室为正，灯丝为负)、离子加速电压(电离室相对于地的正电压，即离子能量)以及三电极引出聚焦系统的性能都有关系，还与电子束聚焦磁铁有关。下面仅专门讨论聚焦磁铁的磁场方向问题。

　　3实验测试

　　离子源抽真空后，送入低压样品气体。如电离室中气压为10^-4Pa，电子横穿电离室的路程为lomm，那么由于此时电子的平均自由程天、200m，因此大约20000个电子才能电离成功一个离子，也就是说电离几率很小，或电子利用率很低.为提高电离几率，人们增设了电子束聚焦磁铁(一般中心场强约0.02特斯拉，即200高斯)，使电子准直并螺旋前进，增加了运动路程，从而可提高电离几率数倍至数十倍。从文献报道和各种现有质谱仪加装磁铁的离子源来看，基本都是如图2的方向即NS极相吸放置。

　　我们在离子源出口孔之后80mm处放置一直径10mm的接收平板和直径10一30m二的圆环，用微电流表分别测得流强列于表1。