Времяпролетный масс-спектрометр

Времяпролетный масс-спектрометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области физической электроники, в частности к масс-спектрометрам. Может быть использовано для изучения элементного состава вещества. Цель изобретения - увеличение разрешающей способности масс-спектрометра (М-С) 7 « W i S S I I 1 I I / / / и повышение его чувствительности - достигается тем, что между вторым и третьим эле ктродами отражателя, параллельно им, установлены дополнительные сетчатые электроды, количество которых определяется из математического выражения, приведенного в формуле изобретения. М-С содержит источник ионов I, камеру дрейфа 2, детектор 3 и отражатель 4, состоящий из электродов 5, 6 и. 7 отражателя и дополнительных сетчатых электродо в 8, 9, 10, ..., 3. Потенциалы поданы на дополнительные электроды так, что на каждом последующем электроде потенциал будет больше, чем на предыдущем. Ионы, образованные в источнике 1, подаются на отражатель 4, отражаются,. вновь проходят источник ионов 1, камеру дрейфа 2 и попадают на детектор 3. М-С может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в. источнике ионы, имеют большой разброс начальных энергий, например масс-спектрометрия с применением искрового или лазерного источника ионов. 1 ил. / г LL а @ О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 Н 01 J 49/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 -,. Г « .ъ ° ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !13. 3 . Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ #RE(i -. a. + .- — — ««« (21) 3842695/24-21 (22) 14.12.84 (46) 30.06.86. Бюл. ¹ 24 (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе АН СССР (72) Б.М.Дубенский, Т.В.Новикова и Д.В.Шмикк (53) 621.. 384 (088. 8 ) (56 ) Ионов Н . И., Мамырин Б .А. -ЖТФ, т.23, 2101, 1953. Авторское свидетельство СССР №- 516306, кл . Н 01 J 49/40, 1973.

Шмикк Д.В. Кандидатская диссертация. Л., ФТИ АН СССР, 1.974.

Мамырин Б.А., Картаев В.И., Шмикк Д.В., Загулин В.А. -ЖТФ, т.64, с. 82, 1973.

Каратаев В.И., Мамырин Б.А., Шмикк Д.В.,-ЖТФ,. т. 41, с. 1498, 1971. (54) ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (57) Изобретение относится к области физической электроники, в частности к масс-спектрометрам. Может быть использовано для изучения элементного состава вещества. Цель изобретения — увеличение разрешающей способности масс-спектрометра (М-С)

Ю (1()УФФА и повышение его чувствительности— достигается тем, что между вторым и третьим электродами отражателя, параллельно им, установлены дополнительные сетчатые электроды, количество которых определяется из математического выражения, приведенного в формуле изобретения. М-С содержит источник ионов !, камеру дрейфа 2, детектор 3 и отражатель 4, состоящий из электродов 5, 6 и. 7 отражателя и дополнительных сетчатых электродов 8, 9, 10, ..., 2. Потенциалы поданы на дополнительные электроды так, что на каждом последующем электроде потенциал будет больше, чем на предыдущем. Ионы, образованные в источнике 1, подаются на отражатель 4, отражаются,, вновь проходят источник ионов 1, камеру дрейфа

2 и попадают на детектор 3. М-С может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в источнике йоны, имеют большой разброс начальных энергий, например масс-спектрометрия с применением искрового или лазерного источника ионов. 1 ил.

124)303

Изобретение относится к физической электронике, в частности к масс-спектрометрии, и может быть использовано для изучения элементного состава вещества. 5

Цель изобретения — увеличение разрешающей способности, масс-спект" рометра и его чувствительности.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, Масс-спектрометр содержит источник ионов 1, камеру 2 дрейфа, детектор 3 и отражатель 4, состоящий из первого

5, второго 6, третьего 7 электродов отражателя и дополнительных сетчатыХ электродов 8,9,10,;.. 2 . Дополнитель. ные электроды 8,9,10,...,. соединены с вторым 6 и третьим 7 электродами отражателя и подключены к источнику питания через резистивный делитель 11 напряжения, Потенциалы на дополнительные электроды 8,9,10,...,I поданы так что на каждом последующем электроде потенциал больше, чем на предь)душем.

Ионы, образованные в источнике 1, попадают в отражатель 4, отражаются в нем, вновь проходят источник 1 ионов, камеру 2 дрейфя и попадают на детектор 3. При отсутствии дополнительных электродов отражателя ве- 30 личина 4),t, определяющая разрешающую способность ВПМ, не позволяет получить разрешающую способность более нескольких сотен при отношении максимальной энергии ионов в приборе

11«,„кс к минимальнс и Ч 44„„, .равном

)4 = 1,5-1,7.

Наличие дополнительных электродов существенно уменьшает величину 2),t и позволяет получить разрешающую способйость в несколько тысяч. При этом расстояния между электродами, и потенциалы, приложенные к ним, определяются из условия достижения наибольшей разрешающей способности при заданной величине разброса энергий ионов, т.е. дВ

20 0 47мив 4 M ° оке)

ЗR — =0W ««W Ы

Решение системы уравнений позволяет определить потенциалы на электродах и расстояния между ними. Ы

Расчеты показали, что количество дополнительных электродов определяется из условия тр

),15 4,961)o ° 1, ), (2) где R — требуемая разрешающая способность, макс /h мии 1

Х7 — — 0,054 (1,47 J + О,!

12 + 2,12) 1 2 1, 13) где Х вЂ” номер дополнительного электрода;

Е, — длина камеры дрейфа.

Величины сопротивлений резистивного делителя напряжеНия должны удовлетворять выражению

-<,çe

R =4422 R

344 (4) Решение системы уравнений (1) позволяет определить потенциалы на электродах и расстояния между ними, При иепользовании трех дополнительных электродов расчеты показали, что расстояния между электродами должны быть следующими:

У4 — 0,072 ) 7 =OO)6I.;

Х = 0,013 Ь, я потенциалы на них соответственно

41 П«ин 1

1,550 Бмии2

11мин где U«»,. 11,„и„ /ц, потенциал на третьем электроде отражателя равен U = W /q

4 М42КС

1,777 U)ии„, где q " заряд электрода.

При этом положение каждого последующего электрода и потенциал на нем определяются положением и потенциалами всех предыдущих электродов.

)4)МС1 Кс 7

W ии„— соответственно максимальная и минимальная энергии ионов в дрейфе, я расстояние между электродами должно удовлетворять выражению

1 24130 3

Введение трех дополнительных сетчатых электродов позволяет уменьшить длительность b t ионных пакетов на входе детектора и увеличить разрЕшающую способность. ВПМ примерно в пять раз, а также увеличить чувствительность, т.е.. получить на выходе детектора 3 сигнал, уровень которого больше, чем у известного масс-спектрометра, при одинаковом парциальном давлении в приборе исследуемого газа или паров вещества.

Сравним < — величину импульса ионного тока на входе детектора известного масс-спектрометра и 1

2 величину импульсного тока на входе детектора предлагаемого масс-спектрометра (в случае трех дополнитель— ных электродов).

Из истбчника ионов выходит одинаковое количество и ионов данного сорта. В масс-спектрометре, принятом за прототип, ионы дважды проходят первый 5 и второй 6 электроды отражателя, которые представляют собой сетки с коэффициентом прозрачности

1 и таким образом на вход детектора приходит n, = n . ионов и ионный ток на входе детектора равен

25

n q ° g

У (5) где b t< — длительность импульсов ионного тока на входе детектора известного масс-спектрометра. З5 В предлагаемом масс-спектрометре ионы с энергиями в диапазоне от до Wl = q Ul также дважды проходят сетчатые электроды 5 и 6 отражателя, иХ количество на входе де- ; 4р тектора равно и р44, где n, — количество ионов данного сорта в ука-. занном диапазоне энергий, вышедшее из источника.

Ионы в диапазоне энергий от W, до И2 = q Б2 дважды проходят электроды 5 и 6 отражателя и первый допол" нительный электрод 8, также представ.ляющий собой сетку с коэффициентом прозрачности . Их количество на входе детектора равно.п, где

6 п2 — количество ионов в диапазоне энергий от М< до Ч . Количество ионов, отраженных в зазорах между дополнительными электродами 9 и 10, а также между дополнительным электродом 10 и третьим электродом 7 отражателя равно на входе детектора

n> и и,,

Количество ионов, имеющих энергии в диапазоне от W „„ до W,, равно

Ul — Ue èí

"-0,4 и. и ( ма ко мин

Тогда импульс ионного тока на входе детектора равен

04Ы (6)

I где а — длительность импульса ионного тока на входе детектора предлагаемого масс-спектрометра.

Из сравнения (5) и (6) и с учетом

= 5 ь t следует, что в предлагаемом масс-спектрометре величина сигнала только от части ионов, отраженных в зазоре между вторым электродом 6 отражателя и первым дополнительным электродом 8, в два раза больше, чем в известном масс-спектрометре.

Пример . Изготовлен массспектрометр, состоящий из источника ионов с электронным ударом, камеры дрейфа. длиной 2 м, детектора в виде блока из двух микроканальных пластин, ИПК-28-19, и отражателя состоящего из параллельно расположенных трех электродов в виде колец из нержавеющей стали с натянутыми на них сетками с ячейкой 50 50 мкм и трех дополнительных электродов тако-. го же типа, расположенных на расстояниях: от второго электрода отражателя — 0, = 156 мм; от первого дополнительного электрода — 8 32 мм

Э от второго дополнительного электро да- Р3 =28мм. ./

При разбросе энергий ионов в пакете от Нмнн — 1000 эв до Ымакс

1777 эв разрешающая способность такого масс-спектрометра равна 1000.

Величина импульсов ионного тока на входе детектора 3 = 5,0 10 А, при P = 10 Торр. Известный масс-8 спектрометр в указанном диапазоне энергий ионов имеет соответственно

R 430 при Й = 1,3 10 А.

Предлагаемый масс-спектрометр может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в источнике ионы имеют большой раз1241303 брос начальных энергий, например масс-спектрометрия с применением искрового или лазерного источника ионов.

Составитель H.Àëèìoâà.

Техред Н.Бонкало Корректор В.Бутяга

Редактор М.Дылын

Тираж б43 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Заказ 3604/47

Производственно-полиграфическое предприятие,, г.ужгород, ул.Проектная,4

Формула изобретения

Времяпролетный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, камеру дрейфа, детектор и двухзазорный отражатель ионов, состоящий из трех, последовательно расположенных параллельных друг другу сетчатых электродов, подключенных к источникам питания, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, между вторым и третьим электродами отражателя параллельно им установлены дополнительные сетчатые электроды, при этом количество этих электродов удовлетворяет условию

1 R то

М > ------ (1,15 4,96 ° 10 К где К вЂ” требуемая разрешающая

tp способность;

5 ма кс мин 1

И „„„„„.; 11„, „„— соответственно максимальная и минимальная энергии ионов в дрейфе, расстояние между электродами удовлетворяет выражению

0,054 (1,47 3 " + 0,1х

x(7. + 2,12) J . и L, где 1 — номер дополнительного электll.5 рода отражателя;

1. — длина камеры дрейфа, и электроды подключены к источнику питания через делитель напряжения, состоящий из резисторов, величины сопротивлений которых удовлетворяют выражению

R, -= 4,42.3. R