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写在前面：

本文不允许转载，谢谢

在两年前，我曾发帖——碰撞质谱（XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/t/66861），本文可看作是那个帖子的续命篇，因为篇幅较长于是特开一新贴。顺便，本作品项目编号PA163015，在这里（XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/）也有简略的报告。

文章内容：

本文将包括关于我两年所建造的双平面质谱仪的详细介绍（主要以附件形式呈现）以及建造的一些经历碎碎念（本帖）。谢谢各位关注。

附件：

《研究报告》包括了理论以及具体原理的介绍，很详细的介绍了双平面质谱。 《文件总录》里面有一些研究期间积累的日志，文本资料，工程文档，科技大赛要求提供查新报告等等等等。（在这里下载：XXXXXXXXXXXXXXXXX/c6pTR5BqfXUnc 访问密码 6457）

碎碎念： 大概是三四年前我初一的时候，在网易云课堂上面看公开课，当时主要看的是些可汗学院、数学、电磁学之类的，回想起来那个时候也只能说是凑凑热闹。。。后来无意间在TED上看到泰勒威尔森造fusor的故事（部分物理五三封页也有他故事。。），觉得那很有趣，于是就有所计划去建造一台， 初二在fusor论坛上也了解了更多的资料，一为建fusor二为物理竞赛，就去看一些物理书，其实也没有超过普物水平。

但是后来就觉得去仿制一台并没有什么意思。后来就了解了质谱这种设备，通过阅读相关书籍（我们市图书馆这方面的书异常的多）就大致了解了一点，质谱这种直接操控粒子的技术让我感觉还是挺科幻的，于是就打算做一台。

一开始错误的以为质谱成本被电离源所限制，于是猜想使用粒子碰撞来电离，于是有了上个帖子《碰撞质谱仪》（现在回想一下二次离子质谱更靠谱。。），当时我分析理论个大概就很鲁莽的准备动手了。碰撞质谱后级需要一个滤速器来区分离子，最常见的组合就是用磁场和电场，这就需要一个强磁场（设计值是0.5T）。当时我联系售卖电磁铁的厂家询价，得知单个电磁铁要万余元。。我后来向这边一个大学申请帮助，询问是否有电磁铁可借用，然而至今没有回复。

于是就想着单纯用电场能不能起到过滤速度不同离子的作用，同时后来也渐渐知道了对于质谱仪来说质量分析器才是核心，于是后来就有了最后的双平面质谱仪，也放弃了碰撞室的设计。

大概在14年的10月份左右，理论大致成型了，于是就开始原型机的建造。起先是打算造台大机子的（并没有想着往小体积方向发展）：

当时我买的第一单淘宝是这样的：买了2xz-4真空泵以及一些KF法兰组件，当时是因为分不清楚淘宝上的KF法兰尺寸究竟是那种（KF法兰有很多标准然而淘宝都不标注），所以先买少量进行测量。（2014年10月10日）

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测量完尺寸之后我就绘制定制件图纸，联系我们当地的机加工进行加工，因为当时是我第一次找人加工，只做了第一件，担心尺寸不合，后来发现是瞎操心。（2014年10月19日）

再后来玩开之后就做了一堆（2014年10月29日），话说这边机床还是挺价格实惠的，这么多只收了400左右。

以及当时我画图都是手绘+3d图的，居然一件没有加工错也是辛苦加工处的眼睛了。

为了放下这一台大机子，我当时在网上买了很多角铁搭了一个架子，计划把真空室、扩散泵、机械泵、电路、电脑都容纳起来，然而现在这个桌子被东拆西拆拼出了后来用的小号架子，其余变成一个杂物柜了。。（2014年11月1日）

这是当时制作的大型机的滤质器，体积大精度高，但后来我一般实验不用，因为之前设计事物两个电极离太远，场强太小了。。。（2014年12月12日）

还顺便驯了一个服务器电源。。（2014年12月15日）

真空室和外界电总需要连接，那么就需要一个真空电极，首要的要求就是密封性（以及材料放气）要好。。文献中提及树脂的放气率是很低的，于是我当时就打算使用环氧树脂来灌封制作电极，然后通过顶针或者弹簧等方式连接（后来发现还是朴实地直接用导线连接稳定且方便）：

然而这一批制造出来的电极质量差别很大，有的密封性极好（小于0.01pa·l/s ），有的甚至严重到上机时都可以听到泵的排气声（一般气压1000pa以上都可以明显听到排气声）。

总之当时就是各种赶赶赶，但终究是没能及时地完成。最后到了初三下学期，项目就暂停下来，作者我去准备中考了。为了给我的房间腾地方，架子也拆掉了，全部东西都装箱了（2015年1月10日）（角铁包起来挺像枪的。。）

然后准备中考期间干的都是些奇奇怪怪的事。。。（2015年1月25日）

后来中考完了，继续工作，先按照当年的照片把架子重新拼了出来。。

而后第一步要做的是造一个真空计，可以定量的去测量真空。测量粗真空一般使用电阻规，利用的原理是灯丝散热与气压有关（气压低时灵敏，气压高时则气压与散热关系不大了），一般有恒温（恒电阻）恒电流恒压三种工作方式，我用恒压的方式。 我记得我当时生怕灯丝会烧断，于是电压一点点往上调，通过电阻估测灯丝温度，使粗真空时温度维持在800℃（实际上是高了）。

而后是要造一台微电流计，我是按照 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXml 《图解DIY 1pA超微电流测试器》制作的，十分优秀的文章。因为离子电流很小（后期测得大概几百pA左右就不错了），所以需要微电流放大。我给微电流计设了三个量程，用干簧管切换量程，不过一般只用到pA档就够了。。

继上次真空电极之后，我尝试使用锅炉电极来充当真空电极（之所以不直接买现成真空电极，是因为价格实在太高。。），起先没经验不会缠水胶布，还以为是电极柱密封不行，加了丁氰胶圈依然没用，后来顺手用AB胶把螺纹封了，发现密封优秀，最后才知道水胶布要缠个二十来圈，一般我缠25圈。用锅炉电极改的真空电极密封性十分优秀。

而后我就开始准备真空系统了，我购买的扩散泵是玻璃的，所以能够实时看到里面油的各种情况。我第一次开泵时，还没加热油就”沸腾”了把我吓得不轻连忙停了前级泵。问了店主店主也不知道什么情况。。。后来猜想是泵油中预先溶解了一部分气体，外界压强一减小就溢出，就会像沸腾那样（往针管中放入一点水，手动抽真空也会有类似情况出现的），再试，果然，一会儿后泵油就停止沸腾了，只是偶尔会冒个泡。

在准备真空的同时，电路部分也同样在准备着。双平面质谱需要一个可调频率的射频电压，在电路上与四极杆质谱就很接近了，我参考了四极杆质谱的相关论文，做了这样的一个电路，可调频率是用AD9850做到的。

然而开真空真的不容易。。发现开了扩散泵后压强没有丝毫的降低。后来在学校资助了2k元之后买了一台真空计，去测具体测量真空度，发现居然始终在4pa左右，然而机械泵极限真空应当在0.06pa。。于是开始了一段很纠结的查泵修泵的过程，甚至将机械泵寄回原厂检修。。。最后的结果相当可笑。。泵没有问题，问题出在真空计上，真空计的零点根本没有校准，然而真空计说明书写明是经过校准的，只能说被坑了。后来我买了一个玻璃电阻规进行了校准（预先有优于0.02pa的真空，排封的），再将橡胶管用氢氧化钠汤熬一下。扩散泵总算是开起来了。

除了扩散泵我也试过用锆铝吸气剂，不过效果十分不好，也许是吸气剂量不够吧（十分简易的装置。。）：

至于离子源，我之前用电离规的灯丝来做个EI源，好处是电流十分大，缺点就是样品1难放，后来我用钼带来做灯丝。下面是钼电离源，实验时样品直接涂在灯丝上，起先我没想到要加那个筒状的屏蔽电极，根本收集不到离子电流。

一切就绪之后就是全尺寸地测离子电流，经过了很多次测试，后来才渐渐发现是我高估了离子流的大小。。不单止电流只有pA级，而且仪器尺寸还不能太长，长了电流衰减很快（研究报告中有提及这一点）。下面放上数次实验的一些照片。。

全文暂完。