Масс-спектрометр

Масс-спектрометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МАСС-СПЕКТРОМЕТР с фокусировкой по энергии, содержащий последовательно расположенные источник ионов, электростатический элемент, секторный магнит и приемник ионов, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повьшения удельной дисперсии по массе и упрощения конструкции, электростатический элемент выполнен в виде ионного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из кото- , рьгх представляет собой пару конгруэнтных прямоугольны : пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней с S плоскости. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

31 у H 01 J 49/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H AST0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3389482/18-2) (22) 03.02.82 (46) 07.05.84. Бюл. - 17 (72) В. N. Кельман, С ° П. Карецкая и Н. Ю, Сайченко (71) Институт ядерной физики АН

КазССР (53) 621.384(088.8) (56) 1. Кельман В, N. Явор С. Я..

"Электронная оптика", Л., 1968, с. 354-371, 2. Jnternational Journal of Nass

Spectrometry and Jon Physics, 26, 1978, р. 77-90, „Л0„;, 1091257 А (54) (57) МАСС-СПЕКТР011ЕТР с фокусировкой по энергии, содержащий последова-! тельно расположенные источник ионов, электростатический элемент, секторный магнит и приемник ионов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения удельной дисперсии по массе и упрощения конструкции; электростатический элемент выполнен в виде ионного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из кото-, рых представляет собой пару конгруэнтных прямоугольньп. пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости, ЯВЛЯЮТСЯ сгРЯВНИтЕЛЬНО МЯЛаЯ УДЕЛЬНЯЯ дисперсия (дисперсия Отнесенггяя с д гине ионной траектории), св 1..--1àííàÿ с большг.гги размерами тороидяльного конденсатора, технологичес сая слогкность и-готовления обкладок кон;;енсятора и необходимость введения, спе, Рг циально "о механизма для поворота кр»- . ев магнита.

Цел.. изобретения — повышение удельной дисперсии по массе масс-спектро-г метра с секторным магнитом и упрощение его коггструкции, Поставленная цель достигается тем,, .гто в масс-спектрометре с фо усировкой по энергии, содержащег последова*с г гел 1О расположенные источник ионов, ->" электростатический элемент,. секторный магнит и приемник ионов, электростатический элемент выполнен в виде иоиИзобретение относится к технике масс-спектрометрии и может быть использовано в тех Отраслях народного хозяйства, где необходимо производить анализы веществ, Известны масс-спектрометры с фокусировкой по энергии, которые созданы на основе секторных однородных магнитных полей и дополнены цилиндрическим или тороидальным электроста- 1П тическим конденсатором для компенсации разделения ионов по энергии (1 ), Данные масс-спектрометры обладают невысокой удельной дисперсией и сравнительно большими размерами. 1с

Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометр, содер11сащий ионный источник, за которым рас- положен электростатический отклоняющий элемент — тороидальный конденсатор с профилировянньми краями, секторный магнит и детектор ионов. Размеры тороидального конденсатора и полюсов магнита примерно одинаковы.

Тороидяльный конденсатор яхроматизи-рует схему прибора и осуществляет вертикальную фокусировку ионного пу-: чка, Чтобы добиться стигматичсной фоксусирОвки необходимо иметь ВОзмож-

1 ОСТЬ РЕ1 УЛИРОВ ать ЕЕ СИЛУ ., ПОЭТОМУ wry (,! .3 гтряя магнита сделаны подвижными и их наклон по отпошению к ионному пучку может изменяться в процессе нястрог-ки масс-спектрометра. Принятые мерь, позволили, помимо фокусировки по энер"

3гпе полу -1и ь стигмат11чну!О Обьемнугэ фокусирогпсу ионного пучка и гсомп н=сировать Яоеррации второго порядка 1 211,.

Недостатками указанного прибора ного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из которых представляет собой пару контруэнтных пряомугольных пластин„ расположенных параллельно друг другу и симметрично относитульно средней плоскости.

На электроды подаются-такие потенциалы, что электростатический элемент работает в режиме ионного зеркала, Величина угла падения пучка на зеркаО ло лежит в интервале 20-45 . Отношение ширины пластин, образующих электроды зеркала, к расстоянию между ними для крайних электродов равно примерно 3, для средних лежит в интервале от 1 до 6. Отношение длины

",1rràñòèí к расстоянию между ними зависит от угла падения ионного пучка и лежит в интервале от 10 (для меньшего угла) до 20 (для большего угла), Удельная дисперсия по энергии у такого зеркала В Несколько раз больше дисдисперсии секторного магнита, поэтому при взаимной компенсации этих дисперсий электростатический элемент может быть сделан значительно меньше магнита и,следовательно, уменьшены

Общие размеры масс-спектрометра и повьшгеня его удельная дисперсия по массе, Электростатическое зеркало осущз=твляет Вертикальную фокусировку ионного пучка. причем ее сила легко регулируется изменением потенциала ня од;ом из э;гектродов зеркала, т.е. ,;тигмати ная фокусировка достижима без поворота краев магнитных полюсов, Электроды зеркяла (плоские плас-ины } простьг в изго1 овлснии. Предлагаемьгй масс-спектрометр может быть выполнен в двух вариантах: с действительным .†:Оомежуточнь;.м фокусом и с мнимьгм, На фиг, 1 схемы.ически показан один из вариантов (c действительным промежуточным фокусом) предлагяемо го масс-спектрометря в проекции на среднюю плоскость; на фиг. 2 — вид на этот прибор вдоль средней плоскости; ня фиг,. 3 — проекция на среднюю

ПЛОСКОСТЬ ДР i r ОГО ВЯРИЯНТЯ (С МНИМЫМ промежуточным сгэокусом) масс-спектро— метра; на фиг. 4 — его проекпия на лоскость,:герпендикулярную к средней.

Иясс-спектрометр включает в себя источник 1 1опов, за которым расположены ионное зеркало с электродами

2-4, секторный магнит 5 и приемник 6 ионов. Цифрой 7 отмечен Промежуточный фокус (изображение щели источника), 1091257

Угол при вершине магнитного секто-. о ра составляет 90, края полюсов магнита 5 вырезаны по дугам окружностей с радиусами, равными радиусу кривизны г ионной траектории в однородном поле, r „ = 200 мм. Центральная ионная траектория пересекает края магнита ортогонально. Угол падения пучка на электростатическое зеркало составляет 30, длина электродных пластин 145 мм, ширина среднего электрода 14,2 мм, ширина крайних электродов 35 мм, Расстояние между пластинами, образующими электрод, 12 мм.

Выходная щель источника ионов 1 расположена в свободном от поля пространстве за пределами электродной системы. Ближайший к этой щели электрод

2 заземлен. На электрод 4 подается задерживающий потенциал, достаточный, ц чтобы изменить направление движения ионов на обратное °

Масс-спектрометр работает следующим образoM.

Сформированный источником 1 ионный пучок отражается электростатическим зеркалом, которое создает дейст,4 вительное (в первом варианте прибора) или мнимое (во втором) изображение 7 щелй источника. Затем пучок входит в магнитное поле, разлагается по массам, и лишь ионы определенной массы фокусируются вновь в плоскости входной щели приемника 6 ионов.

Центральная точка для щели, вершина магнитного сектора 0 и центральная точка промежуточного изображения должны быть расположены на одной прямой (правило Барбера). Дисперсия прибора по массе Э„, = г„„ увеличение в средней плоскости равно единице.

Расчеты показывают, что при том же магните удельная дисперсия в предлагаемом приборе в 1,5-2 раза выше, чем в прототипе ° Плоские электроды— зеркала изготовить значительно легче, чем электроды тороидального конденсатора. Сила вертикальной фокусировки легко регулируется изменением потенциала на среднем электроде зеркала, ! поэтому не нужно устройство, пово рачивающее края магнита. Аберрации второго порядка, как показывают численные расчеты, могут быть устранены.

1091257

Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3091/50

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Алимова

Редактор Н,Стащитина Техред В.Далекорей корректор Г. Решетник