Магнитный многолучевой двухступенчатый масс-спектрометр

Магнитный многолучевой двухступенчатый масс-спектрометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

А" и

ОП ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ll) 55087 7

CoIo3 CoB67cIcIIx

Социалистическими

Республик

К ЛВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву . (22) Заявлено 10.11.75 (21) 2303956/25 с присоединением заявки Ph (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.03.78Бтоллетеиь И 9 (51) М. Кл.2

G 01 N 27/62

//В 01 0 59/44

//Н 01,Т 39/34

ГОВЦоротоооныб NNINTNT

Оовото Моооатроо CCCP оо.долов озобротоооб о оторытоб (53) УДК 543. 51 (088 ° 8) (45) Дата опубликования описания 16 02.78

P2),Авторы

ИЗОбрЕтЕНИя . Г.С. Ануфриев, A.М. Бронштейн, Б.A. Мамырин и А.3. Рафальсон

Pl) Заявители

Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения АН СССР и Физико-технический институт им. A,Ô. Ио фе

{ 54 ) МАГНИТНЫбт МНОГОЛУЧЕВОЙ ДВУХСТУЦЕНЧАТЫЯ

МАСС-СПЕКТРОМЕТР. l

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, в частности к устройству многолучевых масс-спектрометров с двумя ступенями разделения ионов, в которых первой ступенью является 180-градусный магнитный анализатор, а второй — магнитный резонансный анализатор.

Основным назначением таких массспектрометров является изотопный анализ инертных и химически активных газов, особенно анализ микроколичестВ газов и измерение больших изотоп-. ных отношений (до 10-10 ).. Наиболее

9 10 точные и экспрессные анализы произво- Тя дятся при одновременной регистрации двух и более ионных лучей. Одной из важных характеристик масс-спектрометров является ширина диапазона масс, в котором возможен многолучевой ана- go лиз.

Известен двухступенчатый масс-спектрометр, содержащий источник ионов импульсного типа, дуант, модулятор с одним ускоряющим промежутком, присое- Я диненный к импульсному генератору, щель, вырезающую пакеты ионов, выходную щель второй ступени, выводной конденсатор и регистрирующее устройство (1). ЗО

В этом масс-спектрометре дуант осуществляет 360-градусную фокусировку ионов, выходящих из источника, После поворота на 360 ионы входят в модулятор и ускоряются s первом его промежутке. Второй и третий промежутки модулятора ионы пролетают без воздействия электрического поля, так как время пролета до второго промежутка больше длительности импульсов, питакщих модулятор, 360-градусная фокусировка ионов означает, что ускоряющий промежуток дианта и единственный ускоряющий промежуток модулятора лежат в одной плоскости — плоскости фокусов первой ступени. После прохождения второй ступени (первое ускорение в модуляторе, второй поворот иа 360 через диафрагмирующую щель и второе ускорение в,модуляторе) ионы фокусируются в плоскости фокусов второй ступени, совпадающей с плоскостью фокусов первой в силу указанного расположения ускоряющего промежутка модулятора. Установка коллектора второго луча в масс-спектрометре (11 невозможна, так как в местах 180-градусных фокусов первой ступени, где этот коллектор должен быть установлен, находится ускоряющий промежуток дуан-.

550877 та и самое широкое место области траекторий второй ступени.

Поскольку масс-спектрометр однолучевой, он сильно уступает в точности и экспрессности изотопных анализов двухлучевому масс-спектрометру (21.

Масс-спектрометр (2)содержит источник постоянного ионного тока, модулятор с двумя ускоряющими промежутками, присоединенный к высокочастотному генератору, выходную щель и коллектор первой ступени, щель вырезающую пакеты ионов,.выходную щель второй ступени, выводной конденсатор, вторично-электронный умножитель и регистрирующие устройства (два) по числу одновременно принимаемых лучей.

В таком масс-спектрометре модулятор установлен так, что оба его ускоряющих промежутка расположены симметрично по обе стороны плоскости

180-градусных фокусов первой ступени, в силу чего плоскости фокусов первой и второй ступени совпадают. Выходные щели обеих ступеней расположены в этой плоскости.

Этот масс-спектрометр двухлучевой.

Луч, содержащий малораспространенный изотоп., разделяется последовательно в двух ступенях, дважды проходя модулятор, а второй луч, содержащий основной изотоп, принимается на коллектор после прохождения только первой ступени. Расстояние между выходными щелями первой ступени, т.е. фокусами обеих лучей, определяется шириной и глубиной модулятора, которые, в свою очередь, определяются требованием однородности электрического поля и ускоряющих промежутках модулятора и расстоянием между ними.

В известном масс-спектрометре минимальное расстояние между щелями первой ступени составляет 19 мм и при радиусе траектории 60 мм соответствует диапазону массовых чисел 1-5.

Поэтому двухлучевой анализ возможен только для водорода и гелия. Другие газы с большими массовыми числами в известном масс-спектрометре не могут быть аналиэированы двухлучевым методом, что сильно снижает точность и увеличивает время их анализа.

Для расшерения диапазона массовых чисел, увеличения точности и экспрессности анализов как чистых газов, так и газовых смесей в предлагаемом масс-спектрометре, ускоряющие промежутки модулятора расположены сзади плоскости 180-градусных фокусов первой ступени, .выходная щель второй ступени установлена в плоскости фокусов второй ступени под углом 5 к плоскости фокусов первой, определяемым зависимостью щ

"abhx г м где k — расстояние модулятора от плоскости фокусов первой ступени, „- радиус выходной траектро6 рии второй ступени, — радиус траектории первой ступени, проходящей через модулятор.

Новое положение модулятора и новое положение выходной щели второй ступени в плоскости фокусов, не совпадающей с плоскостью фокусов первой ступени не изменяет дисперсии, разрешающей способности и чувствительности масс-спектрометра. Диапазон же

15 масс, в котором возможен двухлучевой анализ, увеличивается из-за того, что выходные щели первой ступени, установленные в плоскости фокусов ее, располагаются на расстоянии

5l одна от другой, не зависящем от размеров модулятора, значительно мень- шем, чем в известном масс-спектрометре и соответствующем меньшим расстояниям между фокусами более тяжед6 лых масс.

На чертеже схематически показан предлагаемый масс-спектрометр, содержащий источник постоянного ионного тока 1 с выходной щелью 61 присоединенный к блоку питания постоянным напряжением 2, модулятор 3 с двумя ускоряющими промежутками, присоединенный к высокочастотному генератору 4, коллектор ионов первой ступени 5, присоединенный к регистрирующему устройству б, выходные щели S2 и S> первой ступени, щель S<,.вырезающую пакеты ионов, выходную щель SS второй ступени, выводной конденсатор 7 и вторично-электронный умножитель 8, присоединенный к регистрирующему устройству 9, Модулятор 3 установлен на расстоянии h от плоскости фокусов первой ступени, оба его ускоряющих промежут45 . ка расположены по одну сторону (сзади) от плоскости фокусов, а выходная щеЛь &S второй ступени установлена в плоскости фокусов, наклонной к плоскости фокусов первой ступени под yr60 лом, определяемым выражением (1).

Выходные щели SZ u SЗ первой ступени, расположенные в плоскости фокусов первой ступени, находятся на расстоянии одна от другой, определя56 емом лишь ширинами самих щелей и равном 1-2 мм при ширине щелей 0,1-0-3 мм.

Такое расстояние между щелями при радиусе траектории ионов 60-65 мм позволяет одновременно принимать два луча ионов в диапазоне масс от 1 до

140, т.е. вести двухлучевой анализ практически всех инертных и химически активных газов.

Ионы, входящие s модулятор, ускоряются в двух ускоряющих промежутках

550877 его, в двух фазах синусоидального напряжения, различающихся на половину периода: время, за которое ионы пролетают средний — бесполевой промежуток °

На коллектор первой ступени принимают луч ионов, содержащий основной изотоп, не требующий двойного разделения.

На коллектор второй ступени (элек-. тронный умножитель) принимают луч ионов, содержащий .редкий изотоп, после двойного разделения с высокой разрешающей способностью. Коллектор первой ступени может быть сделан подвижным для выбора пары одновременно принимаемых лучей. Расширение диапазона массовых чисел, в котором возможен двухлучевой изотопный анализ, до 140 позволяет анализировать практически все газы как химически активные, так и инертные, двухлучевым способом, тем самым увеличивается точность и сокращается время анализов как чистых газов, так и смесей их.

Формула изобретения

Магнитный многолучевой двухсту-. пенчатый масс-спектрометр, содержащий источник постоянного ионного тока модулятор с двумя ускоряющими промежутками, присоединенный к высокочастотному генератору, выходную щель и коллектор .первой ступени, щель вырезающую пакеты ионов, выходную щель второй ступени, выводной конденсатор, вторично-электронный умножитель и регистрирующие устройства по числу одновременно принимаемых лучей, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона масс, увеличения точности и экспрессности анализа, ускоряющие промежутки модулятора расположены сзади плоскости

180-градусных фокусов первой ступени, а выходная щель второй ступени установлена в плоскости фокусов второй ступени под углом 5 к плоскости фокусов первой ступени, определяемым

l5 зависимостью где h — сдвиг модулятора от плоскости фокусов первой ступени; — радиус выходной траектоЬъм рии ионов во второй ступени; — радиус траектории ионов в первой ступени, проходящей через модулятор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Мамырин, Н. A. Шустов, B. Н

ПТЭ Р 5, стр. 135, 1962.

2., Авторское свидетельство СССР

М 167673, М.Кл. & 01 Я 27/02, 1962.

550877

Составитель Б. Лукьянов

Редактор И. Шубина Техред;Н.Андрейчук Корректор Н. Ковалева

Эаказ 947/8 Тираж 1113 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

«», 113035 Москва. Ж- 5 Раушская наб. д..4 5 филиал ППП Патент, г..ужгород., ул. Проектная, 4