Времяпролетный масс-спектрометр
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3(5g.Н 01 J 49/ 40
OllMCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3333809/ 18-21 (22) 25.08.81 (46) 15.12.83 ° Бюл. 9 46 (72) A .È.Áóñûãèí, Б.Ш.Ульмасбаев и Д.Б.Каллестинов (71) Научно-производственное объединение"Квант" (53) 621.384.6(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 198034 кл. Н 01 J 49/40, 1966.
2. Авторское свидетельство СССР
В 515306, кл. Н 01 J 49/40 1973 (прототип ) . (54)(57) 1. ВРЕМЯПРОЛЕТНЕЙ MACC C1lEKTPONETP, содержащий импульсный источник ионов, дрейфовое бесполевое пространство, отражатель и при.емник ионов, о т л и ч а ю щ и й—
„„SU„„1061194 с я тем, ;ro, с целью расширения функциональных возможностей массспектрометра з а счет обеспечения возможности использования источников ионов, непрозрачных для ионных пучков, между источником ионов и отражателем под углом с(=5-80 к оси симметрии камеры анализатора расположен поворотный сетчатый конденсатор, а приемник ионов помещен в дополнительном патрубке, расположенном под углом 2 к оси симметрии масс-ст1ектрометра.
2. Масс-спектрометр по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что электроды поворотного конденсатора представляют собой две параллельные металлические сетки.
1061194
Изобретение относится к массспектроскопии и может быть использовано в научных и практических целях для проведения масс-спектральных исследований различных веществ.
Известный времяпролетный масс.спектрометр в вакуумной камере анализатора содержит импульсный ионный, источник, камеру дрейфа, приемник ионов и два сетчатых конденсатора с тормозящими электрическими полями — отражатель 513.
В этой конструкции угол между вектором скорости ионных пакетов и плоскостями конденсаторов с тормозящими полями отличен от 90О, и траектории ионов имеют, таким образом, V-образный вид. Вследствие этого значительно возрастают поперечные размеры вакуумно-аналитической части такого масс-спектрометра по сравнению с обычным, увеличивается объем вакуумной системы, усложняется конструкция, затрудняется использование систем, фокусирующих ионный пучок, возрастают трудности при неизбежно близком расположении импульсного источника и приемника ионов, становится невозможным создание прибора с малой длиной дрейфового пространства.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является безмагнитный времяпролетный массспектрометр с высокой разрешающей способностью — масс-рефлектрон, содержащий камеру анализатора, в которой размещены импульсный источник ионов, камера дрейфа, детектор ионов и отражатель, компенсирующий разницу во времени пролета ионами разных энергий бесполевого пространства (2 ).
Однако данный прибор имеет существенный недостаток, состоящий в том, что в нем можно использовать только такие источники ионов, которые могут становиться прозрачными для ионных пакетов после их отражения в отражателе ° Однако существует много источников ионов, которые не обладают этим свойством, например лазерный вторично-ионный, искровой и т.д.
Целью изобретения является.расширение функциональных возможностей масс-спектрометра за счет обеспечения воэмажности использования источников ионов, непрозрачных для ионных пучков.
Пзставленная цель достигается тем, что в времяпролетном массспектрометре, содержащем импульсный источник ионов, дрейфовое бесполевое пространство, отражатель и приемник ионов, между источником ионов и отражателем под углом d.= 5- 800 к оси симметрии камеры анализатора расположен поворотный сетчатый конденсатор, а приемник ионов ïîìåщен в дополнительном патрубке, расположенном под углом 2 с к оси симметрии масс-спектрометра.
Электроды поворотного конденсатора представляют собой две параллельные металлические сетки.
)О На чертеже представлена схема предлагаемого масс-спектрометра.
Масс-спектрометр содержит в камере анализатора импульсный ион: ный источник 1, бесполевое про15 странство 2 дрейфа, два зазораконденсатора 3 и 4 отражателя, приемник 5 ионов и поворотный сетчатый конденсатор, представляющий собой две плоские параллельные сетки
7П 6 и 7, расположенные пад углом aL к оси симметрии камеры анализатора.. Сетка 7 постоянно заземлена.
Сетка 6 с помощью электронного ключа 8, запускаемого сигналом с источника ионов через блок 9 задержки, подключается либо к источнику
10 постоянного напряжения, либо заземляется.
Масс-спектрометр работает следующим обрузом.
В момент, когда источник начинает формировать ионные пакеты, сетка 6 заземлена. По истечении апре" деленного времени, когда пакеты, отразившись ое конденсаторов 3 и 4 отражателя, вновь достигают сетки 7, на сетку 6 с помощью электронного ключа подается потенциал, равный
Пц=2U 4О жатель, и пакеты отражаются на приемник ионов, расположенный под углом 2с к оси симметрии камеры анализатора. увеличивая задержку между началом работы источника ионов 45 и моментом подачи отражающего потенциала на сетку 7, можно сдвигать исследуемый участок масс-спектра в область. более тяжелых масс. Такая система позволяет осущест5О вить фокусировку.2-ro порядка времени пролета ионов от источника до приемника ионов по энергии, т.е. обеспечить равенство времени про" лета ионами различных энергий с точностью до членов 2-ro порядка малости . Это видно из следующего расчета. Полное время пролета иона с энергией q ° U от источника до приемника Ф = cF(K). (1) .здесь F(KJ= i@A(fK-Я-р) Я-р+и А VK (2) 4dк Uî Сr e 2 О, И„ .65 1061194 где ь ао u=u, а(,.г „ В,:," (":}.: где =.P"т 2 (6} Uo . 3-(ь + ь, ) А Корректор Л. Патай Заказ 10051/54 Тираж 703 Подпи сное ЖИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам:изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ГГП Патент, r. Ужгород, ул. Г эоектная, 4 к P = п=4 — —;. (4) dR u0 при о(=45; RñÎ5 9а . n =472 — (5} ( () =и,, где q Uz - энергия ионов, соответствующая скорости ионов по оси системы, на которую настраивается отражатель; q U=kqUo - энергия любого иона) где K=U/00- численный коэффициент порядка единицы; m u q - соответственно масса и заряд иона; общая длина бесполевого пространства дрейфа; d,d,ä - соответственно зазоры тормозящего, отражающего и повторного конденсаторов. Применяя к уравнению (1) условия фокусировки времени пролета по энергии второго порядка получим два алгебраических уравнения: -A+nA (1-ж)+и A+m=0 3 3 } (1» „3)»1 }ð Решая данные уравнения, получаем условия фокусировки второго порядка. Они имеют видг Составитель Редактор М.Циткина Техред И.Надь Для уменьшения габаритов отра5 жателя выбираются паl; и «1. Условия (6 ) и (7 ) вместе с условиями (3-5) .определяют параметры отражателя т; "; — 1-, необходимые . }о 10 для выполнения Фокусировки 2-го порядка,- и могут быть легко выполнимы. Изготовленный времяпролетный масс.пектрометр (масс-рефлектрон ) с приемником ионов, расположенным под углом 90О к оси симметрии камеры анализатора, имеет следующие параметры: и =5 мм оС=45+1о ЗТ-12 мму 4,р 195 мм;(,= 3500 мм. Тормозящие потенциалы U U u U тГ Х выбираются в зависимости от энергии eU, на которую настраивается массспектрометр, с помощью делителя напряжения в соответствии с соотношениями, определяемыми из условий (3-7): " ="о U =0 73 По U =0,387 Uо ЗО Испытания масс-спектрометра показали, что прибор имеет разрешающую способность, доходящую до нескольких тысяч на полувысоте масс-пиков. В качестве базового образца принят прототип с такой же длиной дрейфового бесполевого пространства. Использование поворотного конденсатора позволяет, не ухудшая анали-. 40 тических характеристик прибора 1. уменьшить объем вакуумно-анали тическай части масс-спектрометра, значительно уменьшить мощность вакуумных насосов, обслуживающих массспектрометр, улучшить остаточный 45 вакуум в камере анализатора, облегчить использование систем, фокусирующих ионный пучок, избежать технических трудностей, возникающих вследствие неизбежно близкого расположения источника и приемника ионов базового образца, упростить конструкцию прибора. Использование изобретения позволяет создавать спектрометры с вы55 соким Разрешением и мадой длиной дрейфового пространства. Н.A лимов а
