Источник ионов на основе скользящего разряда для масс- спектрометрии

 

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ НА ОСНО СКОЛЪЗЯВ1ЕГО РАЗРЯДА ДЛЯ МАСС-СПЕКТ МЕТРИИ, содержащий источник импуль ного электрического питания, соеди ненный с электродами, один из кото gajas iisgBi t ggggg«s «g88Si8: рых выполнен цилиндрическим и расположен на внешней поверхности цилиндрического разделительного диэлектри-, ка, пробу анализируемого вещества, размещенную на цилиндрическом разделительном диэлектрике между электродами , отличающи тем, что, с целью повышения информативности анализа путем повьш1ения выхода ионов и формирования пространственнолокализованного пакета ионов, в него введен заземленный токопроводящий элемент, электрически соединенный с цилиндрическим электродом и расположенный на внутренней поверхности диэлектрика , другой электрод расположен по касательной к внешней поверхности цилиндрического диэлектрика, являющейся его образующей, а расстояние между электродами в 5-10 раз превышает толщину стенки диэлектрика. S J-.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (19) (11) (51) 4 .Н 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1-", Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3555984/24-25 (22) 25.02.83 (46) 30.10,87, Бюл, ¹ 40 (71) Научно-техническое объединение

АН СССР и Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им, М,И.Калинина (72) Л,Н,Галль, П.Н.Дашук, Н,В.Краснов, А.Г,Кузьмин, С.В,Лукашенко и В.И.Николаев (53) 621.385(088,8) (56) Патент США .№ 3337728, кл, 25-419 от 09.10.69.

Авторское свидетельство СССР

N - 906298, кл. Н 01 J 37/08. (54)(57) 1, ИСТОЧНИК ИОНОВ НА ОСНОВЕ

СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ, содержащий источник импульсного электрического питания, соединенный с электродами, один из которых выполнен цилиндрическим и расположен на внешней поверхности цилиндрического разделительного диэлектри-. ка, пробу анализируемого вещества, < размещенную на цилиндрическом разделительном диэлектрике между электродами, о т л и ч а ю щ и и с Ф тем, что, с целью повьппения информативности анализа путем повьппения выхода .ионов и формирования пространственнолокализованного пакета ионов, в него введен заземленный токопроводящий элемент, электрически соединенный с цилнндрическйм электродом и расположенный на внутренней поверхности диС электрика, другой электрод расположен 9 по касательной к внешней поверхности цилиндрического диэлектрика, являющейся его образующей, а расстояние С между электродами в 5-10 раз превышает толщину стенки диэлектрика.

113272б

20

30

2. Источник ионов по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения отбора ионов из областей разряда с разными потенциалами, электроды выполнены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндрического диэлектрика.

3. Источник ионов по пп. 1 и 2,, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности набоИзобретение относится к области масс-спектрометрического анализа, Известно устройство для получения ионов в масс-спектрометрии. В нем пульсирующая дуга образуется при вибрации одного из электродов. Недостатком устройства является то, что в этом источнике могут исследоваться только вещества, имеющие высокую проводимость, кроме того, невозможно регули- 10 ровать глубину отбора ионов из пробы, и иметь, при необходимости, малые (10 с) времена получения ионов, это снижает информативность анализа, Наиболее близким техническим решением является источник для массспектрометрического анализа, содержащий источник импульсного электрического питания, соединенного с цилиндрическими электродами скользящего разряда, размещенного на разделительном диэлектрике, выполненном в виде пустотелого цилиндра, причем один электрод размещен на наружной поверхности диэлектрика и полностью ее охватывает, а другой расположен внутри диэлектрика коаксиально с ним, а проба анализируемого вещества расположена между электродами на диэлектрике. В этом устройстве скользящий разряд формируется на внутренней поверхности цилиндрического диэлектрика, что имеет следующие недостатки, Невозможно существенно сократить время между актом ионизации пробы и детектированием.

Недостаточно высок выход ионов, вследствие трудности формирования коллимированного пучка ионов в этой конфигурации электродов скользящего разряда. ра статистических данных и последовательного анализа различных проб, заземленный токопроводящий элемент выполнен в виде цилиндра с наружным диаметром в 2-5 раз меньшим внутреннего диаметра диэлектрика и расположен на внутренней поверхности диэлектрика по образующей, а диэлектрик выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси.

Невозможно производить отбор ионов из областей разряда с разными потенциалами, это снижает возможности регулирования температуры получаемых ионов и затрудняет прохождение ионного пакета по фокусирующей системе, Целью изобретения является повышение информативности путем повышения выхода ионов и формирования пространственно-локализованного пакета ионов, обеспечение отбора ионов из области разряда с разными потенциалами, обеспечение возможности набора статистических данных и последовательного анализа различных проб, Поставленная цель достигается тем, что в источнике ионов на основе скользящего разряда для масс-спектрометрии, содержащем источник импульсного электрического питания, соединенный с электродами, один из которых выполнен цилиндрическим и расположен на внешней поверхности диэлектрика, а проба анализируемого вещества размещена на диэлектрике между электродами, введен заземленный токопроводящий элемент, электрически соединенный с цилиндрическим электродом и расположенный на внутренней поверхности диэлектрика, второй электрод расположен по касательной к внешней поверхности цилиндрического диэлектрика, являющейся его образующей, а расстояние между электродами в 5-10 раз превьплает толщину стенки диэлектрика, Электроды могут быть выполнены с возможностью перемещения вдоль оси цилиндрического диэлектрика, а токопроводящий заземленный элемент выполнен в виде цилиндра с наружным диаметром в 2-5 раз меньшим внутрен3 Il него диаметра диэлектрика и расположен на внутренней поверхности диэлектрика по образующей так, что упомянутая образующая и образующая наружной поверхности диэлектрика, по которой расположен один из электродов лежат в одной плоскости, при этом диэлектрик выполнен с возможностью вращения вокруг оси.

На фиг. схематически изображен предлагаемый источник ионов, содержащий источник импульсного электрического питания 1, подключенный к электродам 2 и 3, разделенным разделительным диэлектриком 4, на который нанесена проба 5 и внутри которого находится заземленный токопроводящий элемент 6, вся эта электродная система покрыта двумя цилиндрическими диэлектрическими трубами 7, 8, над которыми размещен вытягивающий электрод 9, Работает устройство следующим образом. ?!ри подаче импульса высокого напряжения от источника импульсного электрического питания на электроды

2, 3 вблизи электрода 3 у поверхности раздела "диэлектрик-вакуум" возникает резко неоднородное электрическое поле и формируется скользящий разряд, При формировании скользящего разряда по поверхности разделительного диэлектрика 4 происходит ионизация пробы 5, Поскольку заземленный электрод 2 является цилиндрическим и полностью охватывает цилиндрический диэлектрик 4, а другой электрод 3 касается поверхности разделительного диэлектрика 4, скользящий разряд формируется в, стриммерной форме по образующей диэлектрического цилиндра, которой касается электрод 3. Вследствие этого анализируется только та часть пробы, которая находится на этой образующей, При этом скользящий разряд на всех стадиях надежно формируется, при напряжениях 10-20 кВ, на длине более 5-10 мм.

Выбор расстояния между электродами, в 5-10 раз превышающий толщину стенки цилиндрического разделительного диэлектрика, определяется условием надежного функционирования на всех стадиях развития скользящего разряда, .Для получения полной информации об анализируемой пробе необходимо иметь возможность регулировать потенциал, при котором получается ионный пакет, 32726

Напряжение в канале скользящего разряда уменьшается с увеличением расстояния от высоковольтного электрода

-5

55 за счет омического сспротивления плазмы разряда и поэтому, имея возможность регулировать расстояние между электродами и располагать пробу в различных местах межэлектродного sa- . зора, можно формировать пакет ионов в разных участках искры и соответственно регулировать начальный потенциал пакета от почти полного напряжения источника питания до нулевого.

Для обеспечения анализа большого количества проб без необходимости частого разбора аналитической части масс-спектрометра предлагается набор проб наносить на наружную цилиндрическую поверхность разделительного диэлектрика равномерно по длине его окружности, тогда при вращении разделительного диэлектрика в зону анализа, которая располагается на образующей, которой касаются электроды, будут входить и анализироваться различные пробы, Для размещения на разделительном диэлектрике максимального количества различных проб, необходимо, чтобы стриммер скользящего разряда развивался максимально приближенно к образующей, Для этого saземленный токопроводящий слой выполняют так, что его диаметр не менее чем в 2-5 раз меньше внутреннего диаметра цилиндрического диэлектрика.

В этом случае обеспечивается быстрое убывание электростатического поля по мере удаления от образующей, которой касаются электроды, и стриммер будет жестко стабилизироваться в области сильного поля, которое будет совпадать с образующей наружной поверхности разделительного цилиндра в том случае, если заземленный токопроводящий слой касается внутренней поверхности диэлектрического цилиндра по образующей так, что упомянутые внутренняя и внешняя. образующие лежат в одной плоскости. Но диаметр заземленного токопроводящего слоя не должен быть более чем в 5 раз меньше внутреннего диаметра диэлектрического цилиндра, иначе не будет обеспечиваться удельная поверхностная емкость, необходимая для формирования всех стадий скользящего разряда. Кроме того, в тех случаях, когда необходимо иметь большие и длительные ионные тоТехред И. Попович

Редактор Н.Сильнягина

Корректор А. Обручар

Заказ 5205

Тираж 696

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

5 1l ки, анализируемая проба наносится по всей боковой поверхности разделительного диэлектрика и при вращении его в зону анализа непрерывно поступают новые участки пробы и при подаче на электроды последовательности импульсов от источника электрического питания формируется практически непрерывный ионный пучок, I

32726 6

Применение устройства позволяет существенно повысить информативность анализа, а также обеспечивает возможность набора статистических данных и

5 последовательного анализа различных проб, Устройство может быть применено для создания новых типов приборов для масс-спектрометрического анализа веществ.