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第四章 离子检测系统（Ion Detection Systems）在质谱仪里面，当质量分析器将离子分选的工作完成之后，下面的工作就是由在高真空条件下工作的离子检测系统来接手了。
通常质谱仪中离子流的强度范围是10−8 到10−19 安培。
如果准确高效地检测这么小的离子流信号就是这章所要讨论的内容。
4.1 法拉第杯（Faraday Cup）法拉第杯是现在很多质谱计中常用的直接检测离子流强度的离子检测器，特别适用于测定相对比较大的离子流强度。
作为最简单的离子接收器，法拉第杯就是安装在离子出口狭缝后面的一个矩形斗（见图4.1a）。
它能够接收所有进入到里面的离子，并将其电流信号传递给放大器。
杯上通过电极施加负电压来平衡正离子所带的电荷。
这个电极一般都安装在靠近杯口的地方。
正离子斜向撞击在法拉第杯的表面，电子从电极表面通过高阻到达正离子上进行中和，形成电流。
但是，因为额外正离子的存在，会造成一些二次电子从法拉第杯的表面发射出来。
为了抑制二次电子的逸出，杯上面设计了一个施加了-30V电压的二次电子孔，这样二次电子就不能离开法拉第杯。
法拉第杯以及相关的电路固有的噪音以及限制了测量的灵敏度。
对法拉第来说，最重要的噪音来源是由高阻产生的约翰逊噪音（Johnson noise）：其中k B是波兹曼常数（Boltzmann constant），R是电阻阻值（Ω），T是温度（K），t m是积分时间。
图4.1 法拉第杯和放大线路结构示意图。
a）进入法拉第杯的离子流信号通过高阻和合适的放大电路转化为电压信号；b）双模法拉第杯用于直接检测离子流I1和I2的强度。
每个测量使用了不同的高阻和放大电路。
随着积分时间的增加，接收器的噪音可以呈平方根级下降。
这也就意味着，积分时间增加到4倍，法拉第杯的噪音可以降为一半。
优化的工作条件还包括放大器工作在相对稳定的温度。
温度对高阻的影响系数为200ppm/℃,因此如果要保证放大器增益稳定性在2ppm，就要保证温度的变化范围小于0.01℃。
