Времяпролетный масс-спектрометр

 

ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР , содержащий импульсный источник ионов, детектор ионов и рефлектор , расположенный перед детектором после пространства дрейфа, о т л ичающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точ .ности измерения, рефлектор вьтолнен в виде тора, расположенного коаксиально центральной оси масс-спектрометра , по которой также расположен детектор ионов, при этом на входе рефлектора расположена электростатическая отклоняющая система тороидальной конфигурации, а пространство дрейфа между источником ионов и рефлектором ограничено двумя коническими металлическими конусами. (Л (Ри.в.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) 01) сЯ) 4 Н 01 J 49 40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ": и. «, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3543184/18-21 (22) 21.01.83 (46) 07.02.87. Бюл. N 5 (71) Институт космических исследова,ний АН СССР (72) Г.Г. Манагадзе (53),621.384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 198034, H 01 J 49/40, 1966.

Ковалев И.Д. и др. Масс-спектрометрические исследования ускорения

) ионов при разлете лазерной плазмы бинарных соединений. — "Письма в

ЖТФ", т. 1, вып, 17, 1975, с. 798. (54)(57) ВРЕМЯПРОПЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий импульсный источник ионов, детектор ионов и рефлектор, расположенный перед детектором после пространства дрейфа, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точ.ности измерения, рефлектор выполнен в виде тора, расположенного коаксиально центральной оси масс-спектрометра, по которой также расположен детектор ионов, при этом на входе рефлектора расположена электростатическая отклоняющая система тороидальной конфигурации, а пространство дрейфа между источником ионов и рефлектором ограничено двумя коническими металлическими конусами.

118229 2

10

Однако при взаимодействии лазерного излучения с веществом основная масса многозарядных ионов выбрасывается 4 перпендикулярно поверхности мишени, что значительно снижает точность проводимых измерений, так как основную информацию дают однозарядные ионы.

Это вызвано тем, что пики многозарядных ионов могут накладываться на массовые пики однозарядных ионов и привести к существенному искажению .масс-спектров вещества. Все вышеуказанные трудности ведут к тому, что при работе в конфигурации "на отражения" разумные результаты получаются только в режиме "свободного разле та". Работа в этом режиме приводит к уменьшению количества попавших на датчик ионов в 10 -10 раз по сравне

4 нию с режимом ускорения. Косое пао дение (обычно под 45 ) лазерного излучения на образец приводит к об45

1 1

Изобретение относится к области научного приборостроения, преимуществанная область его использования — элементный анализ веществ.

Известно устройство, в котором ионизированные электронным ударом и ускоренные до определенной энергии, ионы газа после пролета нервого дрейфового промежутка попадают в область тормозящего электрического поля (рефлектора) и после отражения и пролета второго дрейфового промежутка регистрируются датчиком, Применение рефлектора вместо прямой времяпролетной дрейфовой трубки существенно повышает разрешающую способность прибора и сокращает его длину. Однако. используемый в приборе ионизатор пригоден только для газа и не может быть применен для анализа веществ в твердой фазе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является времяпролетный масс-спектрометр, содержащий импульсный источник ионов, пространство дрейфа, после которого расположен рефлектор, и детектор, в котором вещество образца в твердой фазе испаряется и ианизируется с помощью импульсного лазерного излучения. В зависимости от диаметра пятна и удельной мощности лазерного излучения ионы или ускоряются дополнительно, или двигаются в режиме свободного разлета.!

0 разованию углубления на его поверх-ности. Если образец спрессован из порошка, достаточно нескольких импульсов для того, чтобы глубина превысила диаметр кратера. В этом случае образованная при воздействии излучения плазма практически не выходит наружу ("зарывание").

Целью изобретения является увеличение чувствительности прибора и точности измерения.

Цель достигается тем, что в известном времяпролетном масс-спектрометре, содержащем импульсный источник ионов, детектор и рефлектор, расположенный перед детектором после пространства дрейфа, рефлектор выполнен в виде тора, расположенного коаксиально центральной оси массспектрометра, по которой также расположен детектор ионов, при этом на входе рефлектора расположена электростатическая отклоняющая система тороидальной конфигурации, а пространство дрейфа между источником ионов и рефлектором ограничено двумя коническими металлическими конусами.

На фиг. 1 показан предлагаемый масс-спектрометр; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез.

Предлагаемое устройство содержит лазерный испаритель 1, детектор

2, тороидальный рефлектор 3, электростатическую отклоняющую систему (30C) 4, подложки 5 для исследуемого образца, внешний конус 6, внутренний конус 7. Точками отмечена область, на которой двигаются ионные пакеты, стрелками — направление их движения. Импульсное лазерное излучение с удельной плотностью энергии, превышающей 5 > 2 ° 10 Вт/см, при воздействии на образец создает облако ионов, которое расширяется в виде полусферы с центром в точке воздействия. С помощью внешнего и внутреннего конусов из этого потока на вход отклоняющей системы попадают ионы, которые двигались в телесном угле то Bìàê о (см фиг.1). Радиально направленное электрическое поле отклоняет ионы, и они входят в торондальный рефлектор под углом об . Длина рефлектора h, расстояние d между средней окружностью тороидального входа и центром выходного отверстия, а также угол подбираются таким образом, что

3 11 ионы попадают в детектор 2 при заданном напряжении 7„ на рефлекторе, Прибор можно ориентировочно рассчитать с использованием некоторых формул, применяемых для расчета двух мерных рефлекторных масс-анализаторов.

Использовав эти формулы, можно рассчитать один из оптимальных примеров выполнения предлагаемого устройства. Для начала рассчитывается угол М, если d = 7,5 cM,h = 20 см

У, 150 В „ энергия иониэации Е, 1

150 эВ; 3=2h »nfl, ототр сюда g 5о

Для того чтобы обеспечить вход ионов в тороидальный рефлектор под углом 5 при расположении образца о на расстоянии g,,60 см, вдоль оси симметрии от выходной щели рефлектора необходимо на ЭОС 4 подать напряжение 1, равное, как показываэос ют расчеты, 100-200 В.

Если детектор располагать на удалении о 10 см от рефлектора во внутреннем конусе, то, воспользовавшись формулой разрешающей способности прибора нотр (I 1+ L + 4 cosoL, Е; h

4E;v„>((L,* )-2h cosa)*

18229 4

J 3 для вышеуказанных входных параметров, получим величину 100-120.

При диаметре пятна лазерного излучения 10 мкм и меньше-прибор способен работать в режиме ускорения. В этом случае на расстоянии

1-3 см от поверхности мишени перпендикулярно линии, соединяющей область лазерного воздействия с средt0 ней окружностью тороидального входа, устанавливаются ускорительные сетки и между образцом и сеткой подает

15 Изобретение позволяет увеличить чувствительность прибора и повысить предел обнаружения им малых примесей в 20-40 раз; благодаря конфигурации отбора ионов существенно умейь20 шить в потоке количество многозарядных ионов, которые снижают точность получаемых результатов; значительно упростить процесс изготовления и наладки прибора посредством перехо25 да на круговую конфигурацию и. сокращения трудоемких процессов при изготовлении прибора по части механической обработки и его наладки. Конфигурация прибора позволяет осущест30 вить нормальное падание луча на образец и тем самым сводит к минимуму нежелательный эффект "зарывания".

1)18229

Редактор Г. Бельская

Техред И.Попович

Корректор А. Тяско

Закаэ 7828/2

Тираж 721

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дЕлам иэобретений и открытий

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

Подписное

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4