Способ питания гиперболоидного масс-спектрометра

Способ питания гиперболоидного масс-спектрометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПИТАНИЯ ГИПЕРБОЛШДНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА, при котором на электроды датчика подают импульсные напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, импульсные напряжения на различных электродах сдвинуты одно относительно другого на время, меньшее чем период колебаний , при этом отношение длительности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношением где t время задержки сигнала; JoA I5 tn S TO (Л период следования импульсов; v итeJ ьнocть рабочих имt пульсов . О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„1104601 з р Н О! J 49/42

OllNGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЗоФ вЂ” = — S

"и где t

Зо*

Т о время задержки сигнала;

Т, и период следования импульсов; длительность рабочих импульсов.

Вил

В и@

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3384702/18-21 (22) 16.02.82 (46) .23.07.84, Бюп. II. 27 (72) Э.П. Иеретов, H.Â, Веселкин и С.П. Овчинников (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621.384(088.8) (56) 1. Шеретов Э.П. Гиперболоидные масс-спектрометры. — Измерение, контроль, автоматизация", 1980, Р 11-12, с. 29.

2. Richard J.A. and all. А new

operating mode for the quadrupole

Mass filter. — J. Mass-Spectrom and

Jon. Phys, 1973, 12, р. 317. (54) (57) 1. СПОСОБ ПИТАНИЯ ГИПЕРБОЛОИДНОГО МАСС-CIIEKTPOMETPA, при котором на электроды датчика подают импульсные напряжения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, импульсные напряжения на различных электродах сдвинуты одно относительно другого на время, меньшее чем период колебаний, при этом отношение длительности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношением

Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что на различные электроды подают импульсные напряжения различной амплитуды.

3. Способ по пп. 1 и 2, о тл.и ч а ю шийся тем, что на электроды датчика подают импульс1104601 ный сигнал со скважностью, определяемой соотношением

8 = 2К, где К вЂ” любое, не равное нулю и единице число.

Изобретение относится к массспектрометрии, а более конкретно к динамической масс-спектрометрии, и может быть использовано при создании масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Известен способ питания гипербо-лоидных масс-спектрометров, при котором на электроды датчика подают импульсный сигнал и постоянное напряжение (1 .

При питании датчиков гиперболоидных масс-спектрометров импульсным сигналом, с одной стороны, резко уменьшаются потребляемая генератором мощность и его габариты, а с другой, появляется возможность увеличения разрешающей способносА и чувствительности приборов за счет оптимального подбора импульсного сигнала.

Реализация больших воэможностей импульсного метода питания в гиперболоидных масс-спектрометрах сдерживается трудностями поддержания стабильным отношения. амплитуды импульсов к постоянному смешению, подаваемому на электроды датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является способ питания гиперболоидных масс-спектрометров, согласно которому импульсные сигналы на электроды датчика подают с двух одинаковых выходных каскадов, на входы которых поступают сигналы с парафазного импульсного усилителя..

Путем подбора скважности импульсного сигнала регулируются постоянные составляющие, существующие на выходах оконечных каскадов. Поскольку элект роды датчика подсоединены к этим выходным каскадам непосредственно то путем подбора скважности удается выставлять нужную постоянную разность

-потенциалов между электродами датчика. В этой ситуации постоянная составляющая напряжения на электродах датчика гиперболоидного масс5 спектрометра определяется формой сигнала, и поэтому ее отношение к амплитуде высокочастотных импульсов оказывается более стабильным $2 ).

Известно, что для достижения

1О высокой чувствительности и разре.шающей способности гиперболоидных

;масс-спектрометров необходимо значительно увеличить скважность импульс" ного сигнала. При этом использова15 ние известного способа приводит к резкому увеличению мощности, потребляемой генератором. Это объясняется тем, что при генерации противофазных импульсных сигналов большой

20 скважности один оконечный каскад открывается только на малый про межуток времени, а второй почти все время оказывается открытым.

Резкое увеличение потребляемой

25 мощности приводит к уменьшению стабильности генерируемых сигналов и увеличению их асимметрии.

Цель изобретения — увеличение разрешающей способности и чувстЗО вительности путем разработки способа питания гиперболоидных массспектрометров импульсным сигналом, при котором в оптимальном режиме резко снижается потребляемая гене35 ратором мощность и увеличивается стабильность поступающего на анализатор сигнала.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу питания гипер40 болоидного масс-спектрометра, при котором на электроды датчика подают импульсные напряжения, на различных электродах датчика импульсные напряжения сдвинуты одно относительно

1104601 4 из напряжения на кольцевом. Из вре= ь- менной зависимости этой разницы

E, — E, (фиг. 2) видно, что при предлагаемом способе питания форма действующего напряжения оказывается сложной и зависимой не только от формы напряжений на электродах, но и от времени задержки t „д,Таким образом, появляется возможность измене, 10 ния формы действующего сигнапа за счет регулировки t,„ На фиг. 3 приведена общая диаграмма стабильности для получаемого сиг1 нала в случае датчика иа осесимметричной линзе при скважности сигнала S =T P„= 5 и относительной за-, 1 4

1еРжке г г =2 где г= 1. По

"ЗаД и

S -= -2К, где К - любое, не равное нулю и единице, число.

На фиг . 1 приведена схема подачи импульсных напряжений на электроды датчика типа трехмерной ловушки и эпюры подаваемых напряжений; на фиг. 2 — эпюра разности потенциалов, возникающей между электродами датчи30 ка; на фиг. 3 — общая зона стабильности, рассчитанная для сигнала, приведенного на фиг. 2, в случае гиперболоидного масс-спектрометра типа трехмерной ловушки; на фиг.4 зависимость положения вершины общей зоны стабильности от относительной величины времени задержки сигналов, подаваемых на различные электроды датчика.

На кольцевой электрод 1 датчика анализатора типа трехмерной ловушки (фиг. 1) подают импульсный сигнал необходимой скважности и амплитудой

Е„ . На соединенные вместе торцовые 45 электроды 2 и 3 подают сигнал Е,, с той же скважностью (и той же формы), но задержанный относительно сигнала на кольцевом электроде на время t „. При этом для формирования заА постоянной составляющей амплитуды

Е„. и Ег не Равны ДРУГ дРУгУ Поскольку. поле в рабочем объеме датчика определяется разностью потенциалов, подаваемых на его электроды, то для определения ее зависимости от времени неоходимо произвести вычитание напряжения на торцовых электродах

Можно показать, что для сигнала, приведенного на фиг. 2, постоянная

35 составляющая определяется соотношением

U S-1

Š— (1 -Ф) о

Таким образом, по вертикальной оси на диаграмме стабильности (фиг. 3)

50 откладывается величина, пропорциональная отношению постоянного смещения к амплитуде переменного сигнала (величина, не зависящая от массоBoI o числа), а по горизонтальной оси — величина, пропорциональная

В таком случае линия развертки спектра масс параллельна оси q (линия с, фиг. 3). другого на время, меньшее чем период колебаний, при этом отношение длител ности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношением за*

2 где t — время задержки сигнала; змд

Я.

Т

"и

Т вЂ” период следования импульсов о — длительность рабочих высои кочастотных импульсов.

Для задания необходимого постоянного смещения на различные электродь подают импульсные напряжения различной амплитуды.

Для упрощения схемы формирования импульсных напряжений на электроды датчика подают импульсный сигнал со скважностью, определяемой соотношением координатным осям диаграммы стабильности (фиг. 3) отложены величины а и q, определяемые соотношениями ,р 4еЕ „

Е

О е Я

Г

1 а где ы — круговая частота подаваемого импульсного сигнала; и z — геометрические параметры электродной системы; е и m — соответственно заряд и масса анализируемых частиц. и отношение постоянной составляющей к амплитуде переменной пропорциональУо, т ствует максимуму этих зависимостей.

Оптимальное значение можно определить соотношением

S 1104601

Аналогичную диаграмму стабильнос ти можно построить и для уравнения

Матье у + у (a — 2q cos 2Т) = О °

Для этого выносим из скобок q и получаем у + qy(8- 2 cos 2Т) = О, где

2-=: ° Видно, что решение уравнеО

0» ния Матье зависит от двух параметров:10

1 — параметра для гиперболоидного масс-спек трометра, определяемого только соотношением постоянного смещения на электродах к амплитуде высокочастотного сигнала, и параметра q про- 15 порционального е/m . Если диаграмму стабильности перестроить в координатах В q, то линия развертки спектра масс будет параллельна оси q.

При предлагаемом способе питания 20 выбор режима работы на диаграмме стабильности осуществляется путем регулировки отношения Е, и Е . Поскольку при импульсном питании, как правило, используются импульсные 25 генераторы, выходные транзисторы з которых работают в ключевом ре— жиме, то Е„ и Е, однозначно опреде ляются напряжением питания выходных ,каскадов. ПоэтомУ стабилизациЯ И е 50 не вызывает трудностей и может быть осуществлена с высокой точностью.

Форма сигнала, а значит g конфигурация диаграммы стабильности могут изменяться при изменении времени задержки. Поскольку при проведении анализа t должно быть постоянным, $0I Д то для исключения влияния его флуктуаций на разрешающую способность необходимо выбрать С,„д таким, при 40 котором его флуктуации наименьшим образом сказывались: бы на положении вершины .общей диаграммы стабильности. На фиг. 4 приведены зависимости положения вершин общих диаграмм ста" 45 бильности для датчика на осесимметричной линзе от значения b<, рассчитанные при различных скважностях р высокочастотных импульсов. Видно, что наиболее стабильным режимом является режим, при котором л соответS-2

b гфл н 2

Устройство для осуществления предлагаемого способа питания датчиков гиперболоидных масс-спектрометров можно выполнить на микросхемах с последующим усилением сформированных импульсов до требуемой амплитуды транзисторами. Частота задающего управляемого генератора делится обычными триггерами со счетным входом, и с помощью элементов И-HE формируется требуемая скважность высокочастотных импульсов.

Аналогично формируются импульсы с тем же периодом, но сдвинутые на время д. В таком случае наиболее простой путь — это формирование сигнала со скважностью, равной четному числу. При этом не возникает никаких трудностей при получении оптимальной задержки между сигналами, подаваемыми на различные электроды. Развертка спектра анализируемых масс может осуществляться .как изменением амплитуды высокочастотного сигнала, так и изменением частоты.

Предлагаемый способ питания электродов датчиков гиперболоидных массспектрометров по .сравнению с существующим позволяет значительно (до 5 раз) уменьшить потребляемую генератором мощность и, соответственно, уменьшить габариты всего масс-спектрометра, существенно увеличить разрешающую способность и чувствительность масс-спектрометра путем повышения стабильности параметров питающего датчик напряжения; вдвое увеличить размах напряжений на электродах датчика без увеличения напряжений, питающих выходные каскады генератора. Это увеличивает вдвое чувствительность анализатора и его устойчивость к влиянию диэлектрических пленок, образуемых на его электродах.

1104601 Er

0 021

ВНЯИПИ Заказ 5314/40 ТИРах 683 Подаксков клкал ППП «Патектее, r Укгород уа,Проектная, 4