Масс-спектрометр
Иллюстрации
Реферат
\. (7l ) Заявитель Ордена Ленина физико-технический институт цм . А!43*-Иоффе
1 1 (54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР
Изобретение относится к масс-спектрометрии заряженных частиц, а именно к основному узлу масс-спектрометра— анализатору заряженных. частиц по массе.
Известные магнитные масс-спектрометры можно разделить на два основных класса: с однородными и неоднородными анализирующими магнитными полями.
Известен статический масс-спектрометр с однородным анализирующим магнитным полем, представляющий собой секторный магнит. Он образован двумя плоскими полюсами с прямолинейными границами, направленными вдоль радиусов. Величина удельной дисперсии (отношение линейной дисперсии к произведению электронно-оптического увеличения прибора на длину пути ионов от источника до приемника)секторного магнита на 1Х изменения массы 13 мм/м (13.
Недостатком данного анализатора является низкая дисперсия, увеличение которой ведет к возрастанию массы магнита пропорционально кубу радиуса средней траектории заряженных частиц.
Известен призменный масс-спектрометр с анализатором, представляющим собой магнит, полюса которого имеют форму прямоугольников, вытянутых в одном направлении. Величина удельной дисперсии призменного масс-спектрометра на 17. изменения массы 5-7мм/мЯ.
Недостатком такого прибора является сравнительно малая дисперсия и большие габариты, вследствие сидьной вытянутости полюсов призмы в одном направлении, необходимой для обе« спечения двумерности поля.
Наиболее близким техническим решением является статический масс-спект" рометр с неоднородным анализирующим с аксиально-симметричным магнитным по--, лем, содержащий источник ионов, ана873307
4 плоскости предлагаемого масс-спектрометра лиэатор в виде магнита с полюсами, приеМник ионов и схему питания. Ана" лиэатор известного спектрометра образован двумя коническими полюсами, расположенными под углом друг к другу. Напряженность магнитного поля в них спадает от центра к периферии, а закон изменения поля определяется углом наклона полюсов и распределением плотности витков питающих ка- тушек. Величина удельной дисперсии масс-спектрометра с неоднородным полем на 1% изменения массы 6-7мм/м (3).
Недостатком известного масс-спектрометра является сравнительно малая дисперсия. Кроме того, необходимость создания намотки со строго заданным законом распределения витков ведет к погрешности в создании магнитного поля нужной конфигурации, что дополнительно приводит к снижению дисперсии.
Цель изобретения — повышение дис,персности масс-спектрометра заряженных частиц без увеличения его габаритов.
Цель достигается тем, что в массспектрометре заряженных частиц, содержащем источник ионов, анализатор в ниде электромагнита с полюсами, приемник и схему питания, анализатор выполнен в виде электромагнита с двумя парами полюсов, расположенных симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, причем каждые два противолежащих полюса имеют одинаковую полярность, а ось источника ионов на входе в анализатор находится на расстоянии, составляющем 0,2-0,6 расстояния от оси анализатора до его полюсов.
1 где Õp.и Х0
15
1е4
Y 0 } пС М,где }}}, е
25
35
Поле такого анализатора имеет две плоскости симметрии и две плоскости антисимметрии и линейно растет от центра к полюсам, т.е. является
45 неоднородным. При впуске пучка заря» женных частиц в поле анализатора пред,лагаемого масс-снектрометра на расстоянии, составляющем 0,2-0,6 расстояния от оси анализатора до его по- 50 люсов, под углом, меняющимся в пределах 0-1,2 рад. дисперсия по массе увеличивается sa счет увеличения отклоняющего действия линейного магнитного поля 55
Получено выражение для дисперсии по массе (0) в горизонтальной XOZ координата и тангенс угла наклона центральной траектории на входе в поле; эффективная длина поля; расстояние от выхода из поля до приемника.
V - масса, заряд и скорость иона;
С - скорость света;
+ Я вЂ” значение скалярного магнитного потенциала на полюсах;. г — расстояние от оси анализатора до его полюсов. Иэ формул следует, что дисперсия увеличивается с ростом P1,,G„ Xp, Угол входа центральной траектории может быть Х =0 (прямой вход) и
Х C 0 или Х О (наклонный вход).
0 0
Наибольшая величина дисперсии имеет место при Х0 (О. Так при L}}4 = 2,0 (G = 0,8L, Хо= 0,23L, Х р= -0,2рад дисперсия в горизонтальной плоскости
0 = 2,0.
На фиг. 1 приведена схема предла- . гаемого спектрометра в горизонтальной (XOZ) и вертикальной (УОЕ) плоскостях; на фиг.. 2 — анализатор предлагаемого масс-спектрометра, поперечное сечение.
Предлагаемый масс-спектрометр заряженных частиц (фиг. 1) состоит иэ источника 1 заряженных частиц, анализатора 2, фокусирующих астигматичных электростатических линз 3 и 4 (в качестве которых могут служить цилиндрические, квадрупольные, скрещенные линзы) ° приемника 5 и схемы питания (не изображена). Магнитный анализатор
2 состоит иэ четырех одинаковйх полюсов 6 с питающими обмотками 7 и ярма
8 (фиг. 2) .
Работа предлагаемого устройства состоит в следующем.
Пучок заряженных частиц выходит из источника 1, ось которого расположена под углом к границе магнитного поля анализатора 2. Величина этого угла лежит в пределах 0-.1,2 рад.
При этом расстояние от оси источни.ка ионов на входе в анализатор 2 до
его оси составляет 0,2-.0,6 расстояния от оси анализатора до полюсов.
Далее пучок попадает в магнитный анализатор .2; в котором происходит разделение пучка по массам таким образом, что при данной гиле магнитного поля ионы одинаковой массы попадают в приемник 5. При этом электростати.ческие линзы 3 и 4 осуществляют фокусировку по углу одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При использовании в схеме спектрометра в качестве фокусирующих ас- . тигматичных электростатических:линз
3 и 4 (фиг. 1) квадрупольных линз и при режиме работы анализатора
2 0 G 0 8 XO 0 231. и Х 0 = -0,2) увеличение прибора в плоскости дисперсии М = 0,44, а общая длина пути ионов от источника до приемь ика S = 2,8 Ь . Тогда
Ощ = " = 12 мм/м на 1Х изменения массы, где aL — угол между осью приемника 5 и осью Z, Полученная величина удельной дисперсии на порядок превышает удельную дисперсию масс-спектрометров с однородным полем и почти в два раза больше удельной дисперсии призменного массспектрометра, а также масс-спектрометра с неоднородным аксиально-симметричным магнитным полем.
Таким образом, предлагаемый массспектрометр заряженных частиц позволяет увеличить дисперсию в 1,4-2,5 раза по сравнению с известными. При этом его удельная дисперсия на порядок выше., чем у масс-снектрометров с
73307 6 однородным полем, и в два раза больше, чем у масс-спектрометров с неоднородным полем. Кроме того, разрешающая способность предлагаемого масгспектрометра в шесть pas больше, а светосила (за счет пространственной фокусировки} на порядок выше, чем у масс-спектрометра с однородным полем при одинаковых габаритах анали . заторов.
Формула изобретения
Масс-спектрометр, содержащий анализатор в виде электромагнита с по. — . люсами, приемник ионов и схему питания, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей
20 способности, анализатор выполнен в виде электромагнита с двумя парами полюсов, расположенных симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, цричем каждые два противолежащих полшса имеют одинаковую полярность, а ось источника ионов на входе в анализатор находится на расстоянии, составляющем 0,2-0,6 расстояния от оси ана30 лизатора до его полюсов.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Сысоев А.А. Чупахин М.С. Введе" ние в масс-спектрометрию. М., Атомиздат. 1977, с. 38.
2. Кельман В.М. и др. Электроннооптические элементы призменных спектр и рометров заряженных частиц. Наука
Алма-Ата, 1979, с. 63-68, с. 89-98.
40 3. Шеховцов Н.А. Магнитные массспектрометры. М., Атомиздат, 1971, с. 33-52 (прототип).