Способ определения элементного и изотопного состава веществ
Изобретение относится к масс-спектрометрическим способам исследования и может быть использовано для измерения состава редких компонент в геологических породах, метеоритах, полупроводниковых материалах, а также в отходах промышленного производства. Цель изобретения - повышение чувствительности за счет пространствен+m- раз дельной временной фокусировки ионов по трем составляющим скорости. Сущность способа определения элементного и изотопного состава веществ, включающего образование ионов, формирование сгустка ускоренных ионов ускоряющим электрическим полем, вектор напряженности которого параллелен оси источник ионов - приемник ионов, воздействие на ионы отражающим электрическим полем, противоположным по направлению ускоряющему электрическому полю после их дрейфа, и определение искомого состава после обратного дрейфа ионов состоит в том, что к области движения ионов прикладывают постоянное однородное магнитное поле, вектор напряженности которого параллелен Силовым линиям ускоряющего и отражающего электрических полей, а величину напряженности магнитного поля задают в соответствии с соотношением, приведенным в описании изобретения. 1ил (Л С
@ СОК;З СОВЕТСКИХ
СОциАлистических
РЕСПУБЛИК (я)» Н 01 .3 49/40
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ пРи гкнт сссР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4644809/21 (22) 30.01.89 (46) 15.11.91. Beë. N 42 (71) Физико-технический институт им, А.Ф.Иоффе (72) В.Т.Коган и А,К.Павлов (53) 621.384(088.8) (56) Кельман В.M. и др, Статистические масс-спектрометры, — 1985, с.19.
Шмикк Д.В., Дубенский Б.M. Отражатель масс-рефлектрона. — ЖТФ, 1984, т.54, с.912 — 916.
Авторское свидетельство СССР
N 516306, кл. G 01 и 27/62, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО И ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ВЕ-, ЩЕСТВ (57) Изобретение относится к масс-спектрометрическим способам исследования и может быть использовано для измерения состава редких компонент в геологических породах, метеоритах, полупроводниковых материалах, а также в отходах промышленИзобретение относится к масс-спектрометрическим способам исследования и может быть использовано для измерения состава редких компонент в геологических породах, метеоритах, полупроводниковых материалах, а также в отходах промышленного производства.
Целью изобретения является повышение чувствительности.
На чертеже представлено схематическое изображение масс-спектрометра для реализации способа.
Масс-спектрометр включает источник ионизирующего излучения 1, исследуемый образец 2, систему формирования и ускоре Ы„» 1691906 А1 ного производства. Цель изобретения — повышение чувствительности за счет llpo странственно-раздельной временной фокусировки ионов по трем составляющим скорости. Сущность способа определения элементного и изотопного состава веществ, включающего образование ионов, формирование сгустка ускоренных ионов ускоряющим электрическим полем, вектор напряженности которого параллелен оси источник ионов— приемник ионов. воздействие на ионы отражающим электрическим полем, противоположным по направлению ускоряю;цему электрическому полю после их дрейфа, и определение искомого состава после обратного дрейфа ионов состоит в том, что к области движения ионов прикладывают постоянное однородное магнитное поле, вектор напряженности которого параллелен силовым линиям ускоряющего и отражающего электрических полей, а величину напряженности магнитного поля задают в соответствии с соотношением, приведенным в описании изобретения. iил. ния сгустка ионов 3, камеру дрейфа ионов 4, к которой приложено постоянное однородное магнитное поле, отражатель 5, приемник ионов 6.
Способ определения элементного и изотопного состава реализуется следуюгцим образом. Исследуемый образец (горная порода, полупроводниковый материал, метеорит в виде пыли, крошек или целого куска) 2 подвергается воздействию испаряющего и ионизирующего излучения от источника излучения (например, лазера ЛТИ
ПЧ вЂ” б и фок. об ектива) 1. Образовавшиеся ионы обладают составляющими скорости как вдоль оси приемника, так и в перпенди 1
< V/1, !,НПМ 1<3(}PB!3/IBHVIN, IIBJIi8(3 На,!0 f13/)3. Iëf. лен Оси истО IHNKQ MQH(/B - 01)!ло<»,-! <ИК 1101 tI3 И<31<И Нс<Ч<гKBHHocTvi KQTopofc параллелен оси источник ионов -- llt3 ЛЕiM !1РОДОЛжа!От <<3 П РотКБНИИ ИХ Д<3Ейфа до обласги отражения. "-3()стояние межд, обл;-стями ускорения и отрах(ения согтавля е (4",>0 м м, < .Он стр у кти B I IÎ 0<элci с; Гь:11 ра>t(8" l СС; г С К и;-! p3Ci,Ò0ß ÍMN 5 Vif»I, 1-,а !18()BUЙ СЕТКЕ ! 0 l /.! Циа/1 !3BP I f ПО! (! Ци ал )/ /1 <38!л(!!ОБОГО прсinåæóTKB, На второй -- -700 B. 1-13 рассго,„},: и:38 мм от Вго!3ой сет:,(и оасполпже}!.3 ! <;<30, и! <а под потенциалом +1160 !8 по от< <ОБ<сi ию;,Дрейфовому промежутку. Выбо 3 УКВЗВННhlõ Р3ЗМЕРОВ И Зж)г<ЕНИЙ ПОтОНЦИ;ЛО; —; li!3M OTI i3)Ê(.;.ÍÈÈ ООЕСГIЕЧИВВЕТ фОКУСИpU fii .L MOll0B C MCXO!< IbIf T !33зб!30сом з, <Р13Г Лni 20 J1}:-:/ у::-" 160 -i8. После страже}<ия на ио;;ы Б<3здейству<от магнитным поло<.. На npof <-, .."I;NVi !(PC!йфа ДС/ ГIРИЕЛЛН!Лкга, I гlССТОЯНИР ме>:;Ду областями дрейфа и прием-lvIKB г/0.=<3 ляет550мм. В качс<гfB8приемникаионсв :,(Qf..!lUHåHò !<изкой распространенности !лс— <10/,ьзуется шевронная сборка микрока:гг1/ I iIЫХ ГIЛ<)СТИ}!. Г р}! анализе ваои Ilий дейтерия Б доч1 C).) !)г13Ц3 ИСГIОЛЬЗУЮТ П РООЫ ДОНН ЫХ СT/! 0>K BI<ий. 1-1еобходимая ве.);! <и(<а нап!)(<же!4}4 3СТI < "13 Г Н И THOI О Г<ОЛ. - г О 1Р ВДЕЛ Я/1 3Cb Г 0 ! }р.)дл !IBO!10M авторами за}эисилло(:ти, прлB 8!, о < Г!0 vi !3 ф 0 ) л! у / } с) и: I c) 6 р 8 I 8 t I M я, ll p vI 3 T /3 I» Д = ?, Q —: 1 3 Т определялась по из<)естн()й il)() l3<»! /ë»ç и аоста В/11!ло,">. / 4 1 0 с. В 13Рзул ь Г/}18 l -- 228 3. Содер;кание дейгериазце опрсделяется г:о Величине ампли-! у/(ь эарегисгрирс f!3 <НОГU cMct;13;i. ! i fr. 1lL ..Ть () )оме}! г Б:)c.гиен<л L" 0 Qооис) о/}}11 ьч брс<. Эарях(енных -.- <стиц и-. Псгоч}}M; 3:.,СЕ Ча," T<,ЛЦЫ Q(-,ла г(,3}01- < 0 ГВBi!ЯIOÙMl fn С i; 0<)ОС (И, }<3!I PB8/181.I I II»i11VI Ка l ВДОЛ Ь, И П 011() 0 г. -К 1» М 3 Г }! Ы Т Н 0 Г 0 П О Л Я . 8"-. Счет попере-:„- гй сос:га :)/ Я}ощэй И|,, }!! /<ВИЖ /Т(,я ПО Л=!13I»40130<3CK!Лм г);.)ДИ}/Саги f i, БЕ/i iHMН: I 1 .C)1 <30 1 (.. < р<-. ЦРЛ я }О! <.Я ИЗ ВЫ <)3 и )i 1) (г,м ) =- 148>,92 --;-.;-, 1/ (", (1) 1, гт (-) где f(-- (а <).лл.) масса она, /3 - кра ность ! Iог!изации YiÎHOB, 8 - з <3яц алекTpOH I, 1- }— / — ii/l) / 1- /2 (ЭБ) г}/4 -- 0008рв.« -B l < П (арле!10Б<ая скоросlè ионов, 14 напря>кенность магнитногo пс)ля (3). р!е!3<лод одного полно<о поворот; -(асти ц Оп !эеделя 8105! из вы рс)>КО
О 23ГR ! 1=- — --.---, Гдг ),/< (c14!c: 1i.3851х Ъ3- I 0")/t= Ë (48) (2! /6 (Т Vi Jl Yi C i< 8 TO <" П ОД С 1. а Н 0 Б К и f i 1 3 B bi ") 3 ж (3 Н И Я <.! () Т (С)=-6,5,388 — А-:.С! 1Л01, (8) <л 3 Бы !33 же и ия ()1 след)/ет, -и О <3 01 и цы с оди!}аковой величиной А/О. стартовавшие г>» -< на оси, ctpox0/!!I(vein параллельно силовым ЛИ<«ЛЯМ Ма| <<и1 НОГО ПС/}Я, и(Завис ИМО От IX исходной энергии и наг.равления движения, Возвра ща<отся к l8ii од} OBp8< let< t40 в момент Bp8fM8t4N T.= =Г4, т.е. наб/Подается зффекr пространс ВВН!40-Временнои ( /! pocTpBI4cTBp. Б BBBYicMìQñTè OT составляю }1!ИХ ÑÊOPOÑTM. <)дйовремен <о c BTNI»ff происходит /1BN жение частиц вдоль силовых линий ллагнитного поля за счет соста<)ляющей скорости }/! <, 85 Прл Выполнении опред;ленных соотношений масс-рефлекгрон обеспечивает <1p00103нстBc IÍÎ-ВРЕМЕННУЮ фОКУСИРÎBКУ ИОНОВ г ДОЛЬ ! i0лЯ. При этом фокусировка ионов:!u )/! ! <ооисходит В момент времени T — Т.; l, !О Для обеспечения одновременной llp0" странственно-времен. <ой фокусировки по трем составляющим скорости монов необхо/1ÈMО ВЫПОЛНBНИQ УСЛОВИЯ ! Il -ЛТ}»=Т 45 и, следовательно, учить}вгя выражение (8). буде< 1 иметь, что 1-1!), =6,5288 — — -- 10 А Q Т(с) Причем положительный эффект дсстигается и при использовании л!агнитного поля. напряженность }.отооого кратна приведенному в дан«ом соотношении значению. Увеличен ИС ч/BCГБИ18 IbHOCTVi CIIOC063 ГIО СрВ !i8< .Nl 1 с п,)UTOTvlcloM обьясняется телл. ITÎ устраняются <-.. (г принципиальные огг,.=ничения «3 Величин чувствительности определения компонен1 низкой распространенности на фо!<е l»QiM!io НЕНт ВЫСОКОЙ РВСПРОСтРаНЕННОСти Нвпог;редственно В самом (. IOco )8.. 1691906 .оста ви ел ь B. Ка щ ее в Редактор B. Фельдман Техред M.Моргентал . Корректор М. Демчик Заказ 3932 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул.Гагарина, 101 Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает повышение чувствительности более чем в 100 раз, что позволяет селектировать ионы, мало отличающиеся по массе, но существенно отличающиеся по распространенности, Такая возможность обьясняется проведением пространственно-временной фокусировки ионов по трем составляющим скорости. Способ позволяет проводить экспресс-анализ практических любых образцов с малыми количественными потерями. Несмотря на то, что пример возможной конкретной реализации приведен только для дейтерия, общность свойств — наличие раздельной в пространстве пространственно-временной фокусировки ионов по трем составляющим скорости — позволяет считать, что предлагаемый способ применим для широкого спектра компонент низкой распространенности. Формула изобретения Способ определения элементного и изотопного состава веществ, включающий образование ионов, формирование сгустка ускоренных ионов ускоряющим электрическим полем, вектор напряженности которого параллелен оси источник ионов — приемник ионов, воздействие на ионы отражающим электрическим полем, противоположным по направлению ускоряющему электрическому 5 полю, после их дрейфа, и определение искомого состава после обратного дрейфа ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет пространственно-рездельной временной фоку10 сировки по трем составляющим скорости, к области движения ионов прикладывают постоянное однородное магнитное поле, вектор напряженности которого параллелен силовым линиям ускоряющего и отражаю15 щего электрических полей, а величину напряженности магнитного поля Н задают из соотношения Н=б,528810 ", 1 (Э5 20 где А — атомный номер иона: 0 — кратность ионизации иона; Т вЂ” время пролета ионов от источника до области пространственно-временной фог M Vz кусировки по энергии 2 = 2 вдоль полей, параллельно Z (с).
