Масс-спектрометр

Авторы патента:

H01J49/32 - с использованием двойной фокусировки

МАСС-СПЕКТРОМЕТР с фокусировкой по энергии, содержащий последовательно расположенные источник ионов, электростатический элемент, секторный магнит и приемник ионов, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повьшения удельной дисперсии по массе и упрощения конструкции, электростатический элемент выполнен в виде ионного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из кото- , рьгх представляет собой пару конгруэнтных прямоугольны : пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней с S плоскости. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

31 у H 01 J 49/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H AST0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3389482/18-2) (22) 03.02.82 (46) 07.05.84. Бюл. - 17 (72) В. N. Кельман, С ° П. Карецкая и Н. Ю, Сайченко (71) Институт ядерной физики АН

КазССР (53) 621.384(088.8) (56) 1. Кельман В, N. Явор С. Я..

"Электронная оптика", Л., 1968, с. 354-371, 2. Jnternational Journal of Nass

Spectrometry and Jon Physics, 26, 1978, р. 77-90, „Л0„;, 1091257 А (54) (57) МАСС-СПЕКТР011ЕТР с фокусировкой по энергии, содержащий последова-! тельно расположенные источник ионов, электростатический элемент, секторный магнит и приемник ионов, о т л ивЂ” ч а ю шийся тем, что, с целью повышения удельной дисперсии по массе и упрощения конструкции; электростатический элемент выполнен в виде ионного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из кото-, рых представляет собой пару конгруэнтных прямоугольньп. пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости, ЯВЛЯЮТСЯ сгРЯВНИтЕЛЬНО МЯЛаЯ УДЕЛЬНЯЯ дисперсия (дисперсия Отнесенггяя с д гине ионной траектории), св 1..--1àííàÿ с большг.гги размерами тороидяльного конденсатора, технологичес сая слогкность и-готовления обкладок кон;;енсятора и необходимость введения, спе, Рг циально "о механизма для поворота кр»- . ев магнита.

Цел.. изобретения вЂ” повышение удельной дисперсии по массе масс-спектро-г метра с секторным магнитом и упрощение его коггструкции, Поставленная цель достигается тем,, .гто в масс-спектрометре с фо усировкой по энергии, содержащег последова*с г гел 1О расположенные источник ионов, ->" электростатический элемент,. секторный магнит и приемник ионов, электростатический элемент выполнен в виде иоиИзобретение относится к технике масс-спектрометрии и может быть использовано в тех Отраслях народного хозяйства, где необходимо производить анализы веществ, Известны масс-спектрометры с фокусировкой по энергии, которые созданы на основе секторных однородных магнитных полей и дополнены цилиндрическим или тороидальным электроста- 1П тическим конденсатором для компенсации разделения ионов по энергии (1 ), Данные масс-спектрометры обладают невысокой удельной дисперсией и сравнительно большими размерами. 1с

Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометр, содер11сащий ионный источник, за которым рас- положен электростатический отклоняющий элемент вЂ” тороидальный конденсатор с профилировянньми краями, секторный магнит и детектор ионов. Размеры тороидального конденсатора и полюсов магнита примерно одинаковы.

Тороидяльный конденсатор яхроматизи-рует схему прибора и осуществляет вертикальную фокусировку ионного пу-: чка, Чтобы добиться стигматичсной фоксусирОвки необходимо иметь ВОзмож-

1 ОСТЬ РЕ1 УЛИРОВ ать ЕЕ СИЛУ ., ПОЭТОМУ wry (,! .3 гтряя магнита сделаны подвижными и их наклон по отпошению к ионному пучку может изменяться в процессе нястрог-ки масс-спектрометра. Принятые мерь, позволили, помимо фокусировки по энер"

3гпе полу -1и ь стигмат11чну!О Обьемнугэ фокусирогпсу ионного пучка и гсомп н=сировать Яоеррации второго порядка 1 211,.

Недостатками указанного прибора ного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из которых представляет собой пару контруэнтных пряомугольных пластин„ расположенных параллельно друг другу и симметрично относитульно средней плоскости.

На электроды подаются-такие потенциалы, что электростатический элемент работает в режиме ионного зеркала, Величина угла падения пучка на зеркаО ло лежит в интервале 20-45 . Отношение ширины пластин, образующих электроды зеркала, к расстоянию между ними для крайних электродов равно примерно 3, для средних лежит в интервале от 1 до 6. Отношение длины

",1rràñòèí к расстоянию между ними зависит от угла падения ионного пучка и лежит в интервале от 10 (для меньшего угла) до 20 (для большего угла), Удельная дисперсия по энергии у такого зеркала В Несколько раз больше дисдисперсии секторного магнита, поэтому при взаимной компенсации этих дисперсий электростатический элемент может быть сделан значительно меньше магнита и,следовательно, уменьшены

Общие размеры масс-спектрометра и повьшгеня его удельная дисперсия по массе, Электростатическое зеркало осущз=твляет Вертикальную фокусировку ионного пучка. причем ее сила легко регулируется изменением потенциала ня од;ом из э;гектродов зеркала, т.е. ,;тигмати ная фокусировка достижима без поворота краев магнитных полюсов, Электроды зеркяла (плоские плас-ины } простьг в изго1 овлснии. Предлагаемьгй масс-спектрометр может быть выполнен в двух вариантах: с действительным .вЂ :Оомежуточнь;.м фокусом и с мнимьгм, На фиг, 1 схемы.ически показан один из вариантов (c действительным промежуточным фокусом) предлагяемо го масс-спектрометря в проекции на среднюю плоскость; на фиг. 2 вЂ” вид на этот прибор вдоль средней плоскости; ня фиг,. 3 вЂ” проекция на среднюю

ПЛОСКОСТЬ ДР i r ОГО ВЯРИЯНТЯ (С МНИМЫМ промежуточным сгэокусом) масс-спектровЂ” метра; на фиг. 4 вЂ” его проекпия на лоскость,:герпендикулярную к средней.

Иясс-спектрометр включает в себя источник 1 1опов, за которым расположены ионное зеркало с электродами

2-4, секторный магнит 5 и приемник 6 ионов. Цифрой 7 отмечен Промежуточный фокус (изображение щели источника), 1091257

Угол при вершине магнитного секто-. о ра составляет 90, края полюсов магнита 5 вырезаны по дугам окружностей с радиусами, равными радиусу кривизны г ионной траектории в однородном поле, r „ = 200 мм. Центральная ионная траектория пересекает края магнита ортогонально. Угол падения пучка на электростатическое зеркало составляет 30, длина электродных пластин 145 мм, ширина среднего электрода 14,2 мм, ширина крайних электродов 35 мм, Расстояние между пластинами, образующими электрод, 12 мм.

Выходная щель источника ионов 1 расположена в свободном от поля пространстве за пределами электродной системы. Ближайший к этой щели электрод

2 заземлен. На электрод 4 подается задерживающий потенциал, достаточный, ц чтобы изменить направление движения ионов на обратное °

Масс-спектрометр работает следующим образoM.

Сформированный источником 1 ионный пучок отражается электростатическим зеркалом, которое создает дейст,4 вительное (в первом варианте прибора) или мнимое (во втором) изображение 7 щелй источника. Затем пучок входит в магнитное поле, разлагается по массам, и лишь ионы определенной массы фокусируются вновь в плоскости входной щели приемника 6 ионов.

Центральная точка для щели, вершина магнитного сектора 0 и центральная точка промежуточного изображения должны быть расположены на одной прямой (правило Барбера). Дисперсия прибора по массе Э„, = г„„ увеличение в средней плоскости равно единице.

Расчеты показывают, что при том же магните удельная дисперсия в предлагаемом приборе в 1,5-2 раза выше, чем в прототипе ° Плоские электродывЂ” зеркала изготовить значительно легче, чем электроды тороидального конденсатора. Сила вертикальной фокусировки легко регулируется изменением потенциала на среднем электроде зеркала, ! поэтому не нужно устройство, пово рачивающее края магнита. Аберрации второго порядка, как показывают численные расчеты, могут быть устранены.

1091257

Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3091/50

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Алимова

Редактор Н,Стащитина Техред В.Далекорей корректор Г. Решетник

Масс-спектрометр // 1061193

Масс-спектрометр с тройной фокусировкой // 1014068

Призменный масс-спектрометр // 995156

Масс-спектрометр // 993362

Призменный масс-спектрометр // 974458

Призменный магнитный масс-спектрометр // 723980

Магнитный масс-спектрометр с двойной фокусировкой // 2176836

Изобретение относится к области спектрометрии, а точнее к статистическим масс-спектрометрам, и может быть использовано при создании портативных приборов для изучения химического и изотопного состава газообразных жидких и твердых веществ

Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления // 2444083

Изобретение относится к области масс-анализа заряженных частиц в линейных электрических ВЧ полях и может быть использовано для улучшения конструкторско-технологических и коммерческих характеристик радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров

Энергомасс-спектрометр вторичных ионов // 2020645

Изобретение относится к диагностике поверхности ионными пучками низких энергий (1 - 10 кэВ), в частности к энергомасс-спектрометрии вторичных ионов - интенсивно разрабатываемому в настоящее время методу элементного, фазового и химического анализа поверхности твердых тел

Энерго-массанализатор // 1265890

Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к ;устройствам для анализа ионов и электронов и может быть использовано при анализе поверхностных слоев материала

Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии // 1438522

Устройство для измерения угловых зависимостей вторичной ионной эмиссии // 1465923

Масс-спектрометр // 1600645

Масс-спектрометр и способ масс-спекрометрического анализа // 2531369

Изобретение относится к области анализа заряженных частиц. Масс-спектрометр содержит камеру, инжектор, способный инжектировать в камеру заряженные частицы, и генератор поля. Генератор поля выполнен с возможностью формирования по меньшей мере одного поля, действующего на заряженные частицы и имеющего улавливающий угловой компонент, сконфигурированный с возможностью образования между осью вращения и периферией камеры по меньшей мере одного канала, задаваемого энергетическими минимумами улавливающего углового компонента. Генератор поля выполнен с возможностью вращения улавливающего углового компонента вокруг оси вращения. Благодаря этому при использовании масс-спектрометра перемещение заряженных частиц ограничено посредством улавливающего углового компонента движением в угловом направлении внутри по меньшей мере одного канала вместе с указанным угловым компонентом, в результате чего на заряженные частицы действует центробежная сила. Созданное генератором поле дополнительно имеет уравновешивающий радиальный компонент, монотонно возрастающий по мере увеличения радиального расстояния от оси вращения по меньшей мере вблизи по меньшей мере одного канала. В результате при использовании масс-спектрометра заряженные частицы движутся по меньшей мере по одному каналу под совместным влиянием центробежной силы и уравновешивающего радиального компонента с формированием одной или более орбит в соответствии с отношениями зарядов частиц к их массам. Масс-спектрометр содержит также детектор, способный детектировать по меньшей мере одну из указанных орбит. Предложены также способы масс-спектрометрии. Технический результат - упрощение конструкции масс-спектрометра и расширение диапазона анализируемых частиц. 7 н. и 26 з.п. ф-лы, 28 ил.

Способ времяпролетного масс-анализа и устройство для его осуществления // 2542722

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано для расширения аналитических возможностей масс-анализаторов времяпролетного типа. Технический результат - повышение чувствительности и расширение динамического диапазона времяпролетных масс-спектрометров путем увеличения средних значений токов анализируемых ионов. Пакеты ионов на каждом цикле ввода распределены во времени по псевдослучайному закону, который выбирается таким образом, чтобы периодическая автокорреляционная функция последовательности имела нулевые боковые лепестки, а величина главного максимума была равна числу единиц в последовательности. При детектировании сигналы, соответствующие импульсам выходного ионного тока времяпролетного масс-анализатора, обрабатываются в согласованном фильтре, который работает по принципу суммирования входной и сдвинутых последовательностей со знаками плюс и минус в соответствии с распределением символов «1» и «0» в псевдослучайной последовательности. Устройство для времяпролетного масс-анализа содержит генератор псевдослучайных последовательностей и согласованный фильтр, которые включаются соответственно в источники и детекторы ионов. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и устройство разделения ионов по удельному заряду с преобразованием фурье // 2557009

Изобретение относится к области масс-анализа вещества высокого разрешения и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик масс-спектрометрических приборов с преобразованием Фурье. Способ состоит в создании периодических колебаний ионов по осям X и Y под действием комбинации линейного высокочастотного и однородного статического электрических полей в полупространстве x>0. В этом случае плоскость x=0 может быть по радиочастоте заземлена и на ней возможно измерение с высоким отношением сигнал/помеха наведенных от колебаний ионов токов. Такой режим колебаний ионов реализуется в устройстве, представляющем собой линейную ионную ловушку из заземленного по радиочастоте и с постоянным положительным потенциалом электрода 1 в плоскости x=0, электрода 2 в плоскости x=xа с дискретно-линейным распределением высокочастотного потенциала и в плоскостях z=0, z=za электродов 3, 4 с положительным в несколько вольт потенциалом. Ввод ионов в ловушку осуществляется через щель в электроде 1. Технический результат - упрощение конструкции и улучшение массогабаритных характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.