Устройство для крепления электродов квадрупольного масс- спектрометра

Устройство для крепления электродов квадрупольного масс- спектрометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскид

Социалистических

Респуублик н868886

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24. 01. 80 (21) 2874105/18-25 51) М. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 01 J 49/42

Государственный комитет,СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано300981. Бюллетень Но 36 (53) УДК 621. 384 (O8S.8) Дата опубликования описания 30. 09. 81 (72) Авторы изобретения

P.H. Галль, A.Ô. Кузьмин и В.A. ПавленкоОрдена Трудового Красного Знамени специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения.

Научно-технического объединения AH СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ

КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-CIIEKTPOMETPA

Изобретение относится к масс-спектрометрии, а именно к квадрупольным масс-спектрометрам.

Известно устройство для крепления полеобразующих электродов квадрупольного масс-спектрометра, в котором электроды кругового сечения фиксируются в двух шайбах, помещенных вблизи концов этих элен родов каж- io дая из которых снабжена цилиндрическими расточками, к которым упомянутые электроды притягиваются внитами.Каждый электрод снабжен закрепленными на нем плоскими пластинами, приближающими форму электрода к гиперболи- 15 ческой (1).

Недостатком этого устройства крепления электродов является.сложность и трудоемкость его изготовления, а также сложность юстировки в 20 нем указанных электродов и недостаточно строгое приближение поля к гиперболическому.

Известен квадрупольный-масс-спектрометр, в котором крепление преци25 зионной структуры масс-анализатора осуществляется непосредственно в процессе изготовления этой структуры с использованием оправки с четырьмя гиперболическими профилями, выпол- 30 ненными на ее поверхности. Оправка изготавливается из материала с низ — кой адгезионной способностью. Изоляторы прижимаются к наружной поверхности этой оправки посредством пружин, затем на оправку напыляется пленка металла и снимается с оправки вместе с изоляторами, образуя требуемую квадрупольную структуру анализатора (2).

Однако у такого устройства недостаточная жесткость, обусловленная малыми возможными толщинами напыления, что ведет к деформациям, вызывающим нарушение прецизионной структуры поля анализатора.

Наиболее близким техническим решением является известный квадрупольный масс-спектрометр, в котором устройство для фиксации полеобразующих электродов состоит из цилиндрических изоляторов и изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразующие электроды фиксируются последовательно чередующимися с ними цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционной обоймы и со смежными электродами (.3)868886 цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутрен-. ней поверхностью изоляционнбй обоймы и смежными электродами, геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выполнены в зависимости от формы поверхности полеобразующих электродов в соотношении:

1О

R(R+r)-L(R — )+(+ <)(L-R)+

8-с)

Недостатком такого устройства является его пригодность для крепления лишь электродов кругового сечения.

Как изьестно, поле электродов кругового сечения не является строго . гиперболическим. Это приводит к снижению разрешающей способности и чувствительности квадрупольных массспектрометров.

В случае цилиндрических электродов кругового сечения, что имеет место в известном масс-спектрометре,соотношение между радиусом электродов и расстоянием между ними задано однозначно из условий наилучшей аппроксимации гиперболического поля.

При этом радиусы цилиндрических изоЛяторов и изоляционной обоймы оказываются такими, что устройство фиксации электродов всегда является самоудерживающимся, т.е. силы, действующие на.электроды и на цилиндрические 20 изоляторы направлены от оси квадрупольной системы и прижимают электроды и цилиндрические изоляторы к внутреннему диаметру изоляционной обоймы.

При использовании в квадрупольных )5 масс-спектрометрах электродов с гиперболическими рабочими поверхностями гиперболические поверхности этих электродов дожны лишь совпадать с одной из гиперболических эквипотен- 30 циальных поверхностей формируемого поля. Так как таких поверхностей 6есконечное множество, поверхности Ф электродов могут быть расположены на любом расстоянии от оси квадруполь-З5 ной системы.

Известное устройство крепления электродов не является пригодным для крепления электродов с гиперболическими рабочими поверхностями. При неизменном внутреннем диаметре изоля- 40 ционной обоймы, для.получения максимальной области гиперболического по- ля, к чему всегда стремятся, необходимо увеличивать диаметр исходных круговых электродов и Уменьшить диа- 45 метр цилиндрических изоляторов. Однако при некоторых соотношениях радиусов кругового электрода R,öèëèíäðè÷åñêoro изолятора r и изоляционной обоймы (. это приводит к изменению на- 5р правления сил, действующих в устройстве фиксации электродов, вследствие чего систе .а фиксации электродов теряет работоспособность, так как выходит из состояния самоудержания.

Цель изобретения — повышение надежности и точности крепления полеобразующих электродов с гиперболической рабочей поверхностью.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для крепления поле- б0 образующих электродов, состоящем из изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразующие электроды фиксируются последовательно чеоедясщимися с ними б5 де R — радиус электродов;

r — радиус цилиндрических изоляторов; радиус внутренней поверхизоляционной обоймы; разность между радиусом электрода R и минимальным рас-. стоянием от оси электрода до его плоской пове хности, а. с = 2L - 44L - 2RL +

Геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выбраны в зависимости от формы поверхности полеобразующих электродов в таком соотношении,что условия самоудержания электродов с гиперболической рабочей поверхностью и цилиндрических изоляторов в изоляционной обойме всегда выполняются.

При этом обеспечена возможность выбора формы поверхности этих электродов, обращенной к изоляционной обойме, что важно для технологии изготовления электродов, а также для удобства и надежности их установки и фиксации в изоляционной обойме.

На фиг. 1, 2 и 3 представлено предлагаемое устройство.

На чертежах обозначены: 1 — полеобразующий элЕктрод с гиперболической рабочей поверхностью 2 — фиксирующий цилиндрический изолятор 3 внутренняя цилиндрическая поверхность изоляционной обоймы.

Как следует из направления действия .сил в предлагаемом устройстве крепления (фиг.1), состояние самоудержания электродов и цилиндрических изоляторов в обойме сохраняются только в том случае, если ось круговой поверхности электрода лежит между линией, соединяющей оси прилегающих к этой поверхности смежных цилиндрических изоляторов, и внутренней поверхностью изоляционной обоймы, т.е. если р - R L внутренней поверхности изоляционной обоймы, радиус электрода и радиус г цилиндрического изолятора это условие выражается соотношением:

R(R+r)-L(R-r) > О (1)

В целях обеспечения большей жесткости квадрупольной системы в собранном состоянии, а также удобства ее сборки, целесообразно, чтобы боковая поверхность каждого электрода ди868886 аметрально противолежащая поверхности этого электрода, имеющей профиль гиперболического цилиндра, имела пррфиль симметричного и параллельного оси масс-спектрометра кругового цилиндра, радиус которого равен радиусу внутренней поверхности изолирующей обоймы, как это показано на фиг.2.

В этом случае в предлагаемой системе крепления электродов условия самоудержания обеспечиваются, если !

О р- R+ t > О, т. е. если геометрические размеры изоляционной обоймы и цилиндрических изоляторов в зависимости от формы и размеров электродов выполнены в соотношении

R (R+r) -L (R-r)+f{L-R)+ — ) 0

P.

2 (2) где R - радиус круговой поверхности электродов, к которой прилегают смежные цилиндрические изоляторы;

r - радиус цилиндрических изоляторов; радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; разность между радиусом R электрода и минимальным ðàñстоянием от оси электрода до его круговой поверхности радиуса 30

Удобство сборки электродов, а также жесткость квадрупольной системы в собранном состоянии может быть получено также, если боковая поверяность каждого электрода, диаметрально 35 противолежащая его поверхности с гиперболическим профилем, представляет собой плоскую поверхность, симметричную и параллельную оси масс-анализатора (фнг.3). В этом случае условия самоудержания выполняются, если все элементы, входящие в представленную на данном чертеже сборку, выполнены в соотношении:

R(R+r)-L{R-r)+(t-c){L-R)+ . -)О (3) (-с) 45 2 где R — - радиус круговой поверхности электродов;

r — радиус цилиндрических изоля- щ торов; — радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; — разность между радиусом круГовой поверхности электрода у

R и минимальным расстоянием от оси электрода до его плоской поверхности, а

<С =У - - (4Ð-2R +ô.

Легко видеть, что устройства крепления электродов, представленные на 46 фиг. 1 и 2, являются частными случаями устройства, представленного. на фиг. 3. Действительно, если электроды не имеют йлоской поверхности (С О), то соотношение 3 переходит в 6$ соотношение 2, при этом t 6. Если же электроды не имеют ни плоской поверхности, ни поверхности, радиус которой совпадает с радиусом внутренней поверхности, изоляционной обоймы (C=0, t=0), соотношение 3 переходит в соотношение 1.

Следует особо отметить, что Устройства для крепления электродов, представленные на фиг. 2 и 3, имеют .то существенное преимущество, что в них гиперболические поверхности каждого из электродов автоматически устанавливаются в требуемое положение, т.е. строго симметрично относительно осей симметрии квадрупольной системы. Этим исключается нсобяодимость прецизионной (с точностью до микрон и угловых секунд) юстировки. этих электродов относительно ука- занных осей в процессе сборки квадрупольной системы. В данном устройстве обеспечиваются Условия самоудержания квадрупольной системы с гиперболическими электродами.

Формула изобретения устройство для крепления электродов квадрупольного масс-спектрометра, состоящее из изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразующие электроды фиксируются последовательно чередующимися с ними цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционной обоймы и смежными электродами, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью .повышения надежности и точности крепления полеобразующих электродов с гиперболической рабочей поверхностью, геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выполнены в зависимости от формы поверхности полеобразукицих электродов в соотношении:

R(R+r)-L(R-r)+(t-с) (L-R)+ >0

{ t-с)2 где и — радиус электродов;

r — радиус цилиндрических изоляторов;

L — - радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы;

t — разность между радиусом электрода R и минимальным расстоянием от оси электрода до его плоской поверхности, а

c2L-.Q L- ас+с ..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3725700, кл. Н 01 J 39/36, опублик. 1976.

2. Патент США В 4079254, кл. Н Oi J 39/36, опублик. 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

9 285322, кл. Н 01 J 39/40, 1969 (прототип).

868886

Тираж 787 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета СССР по делам изоЬретениа и открытий

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

Эаказ 8344/77

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4

Составитель И. Некрасов

Редактор П. Макаревич Техред Т.Маточка Корректор Г. Решетник

«З»