Времяпролетный масс-спектрометр

 

Использование: в масс-спектрометрии, в частности во времяпролетной масс-спектрометрии , в научных и практических целях для проведения масс-спектрометрических исследований различных материалов, в первую очередь нелетучих термически-нестабильных веществ биоорганического происхождения . Сущность изобретения: на корпусе источника ионов шарнирно закреплена шлюзовая камера 8, отделяемая от основного обьема шиберным затвором 9. В стенке шлюзовой камеры выполнено вакуумное уплотнение, через которое пропущен шток 10, причем ось штока параллельна оси трубы 2 дрейфа и имеет эксцентриситет относительно нее. На штоке крепится изолятор с кинематической парой 11 второго рода, посредством которой закрепляется пробонесущий диск 12 с нанесенными по окружности пробами исследуемых соединений . Диск имеет возможность плотного прижима к базовым контакт-упорам 13. На корпусе узла экстракции закреплены сетка 16 и источник осколков деления. 2 з.п. ф-лы, Зил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 01 D 59/44

ГОСУДАРСТВЕН-Ы1Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ...:К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797794/21 (22) 22.02.90 (46) 07.11,92. Бюл. t4 41 (71) Сумское производственное обьединение "Электрон" (72) А.К.Герман, С,И.Булат, P.À.Çóáàðåâ, А.Н.Кныш и П.В.Бондаренко (56) 1. "252 Of — Plasma Desorption TOF

Mass-Spectrometry", Macfarlane et al.

1ntenational Journal of Mass-Spectrometry

and lon Physics, ч.21, рр. 81 — 92. 1976.

2 Патент США hh 4490610, хл. В 01 059/44, 1984, (54) ВРЕЧЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (57) Использование; в масс-спектрометрии, в частности во времяпролетной масс-спектрометрии, в научных и практических целях для проведения масс-спектрометрических исследований различных материалов, в пер„, Ы2„„1773461 А1 вую очередь нелетучих термически-нестабильных веществ биоорганического происхождения. Сущность изобретения: на корпусе источника ионов шарнирно закреплена шлюзовая камера 8, отделяемая от основного объема шиберным затвором 9. В стенке шлюзовой камеры выполнено вакуумное уплотнение, через которое пропущен шток 10, причем ось штока параллельна оси трубы 2 дрейфа и имеет эксцентриситет относительно нее. На штоке крепится изолятор с кинематической парой 11 второго рода, посредством которой закрепляется пробонесущий диск 12 с нанесенными по окружности пробами исследуемых соединений. Диск имеет возможность плотного прижима к базовым контакт-упорам 13. На корпусе узла экстракции закреплены сетка

16 и источник осколков деления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение Относится к масс-спектрометрии и может быть использовано для и Гюведения исследований различных материалов, в первую Очеред»(не(летучих и/(»»л;."„Твом(;(!6 ски нестабильных ВРш8ств биОООГани,3»-. <Ого происхождения, <1звестна наиболее распpGcTQBH8,- ная конструкция ВОемяпролетного масс сг(ек»

PGM8TP3 C ИОНИЗВОИРЙ A(KQFI<ВМИ (" » л- (.»((Я( калифорния — 252, в которой проба исслед»вЂ” емого вещества наносится на полложку, представляющую собои TQHKY;..". »,(М,.(4 фольгу диаметром 8 — 12 мм (1), Радиоакт(ивнь(!л (источник, с(»де(э»к<3(((», и препарат калифорния — 252. находится; об- 1

РВТНой CTGPQI-(f I ФОЛЬГИ, Та(< Ч (О ОСК(ЪЛ1(i *(В(Е»»Ения, бомбардир .лршие проб»», (Gf»GH!:;3!.в;О-, перед этим всю толщину фольги. Узел Bi

Извест(ыа др»»гая конструкция (2,„В(ь-: бранная в качестве протогипа, ксзсрая ((Встично усграняе! )iк»ззан(ные н»ад(оста (ки. 8 з1Ом ма(с спе(< грометре источник оскс(:— ков деления на основе калифорния=.252 нахОдится с той же сторонь(, что и нанесенная на пробонесущуiG пластN:4»J г,ро(ба I»!cc.:(i":.,: .

8МОГО ВещеСЧва, огайо»Р»»К1ИВНО8 ИСПОЛ:<6Ние иСточника NGHOB указаННОГО маСС-СГ::— ектрометра привеДено на фиГ,1, Образец 9( который можег быть ДОстато(<но масси(Вным, Т6М или иным способо((»";,"-»акрепля : тся на пробонесущей пластине 10, которая -изолирована От корпуса прибора с ПЖ4ощь(о изолЯтора 42 и на которую ПОД38тсЯ Вы(с"

КО8 УС КОРЯ ЮЩ66 На Г(Р(лжбн(»(6. 333(8«<Л(ен и Ь(й ионопровод 32 Вместе с (.".åòKQé 20 предо гавлЯют сОбой элементы ИОнно-Оптиче(л « Ой сиСТЕМЫ (ИСТОЧНИК3 ИОНОВ, РЗДИОВК! „":. If»!i источник 12 с калифорнием-252 может испу. кать осколки деления в двух направлениях: .3", в сторону пробы 9, так и в сторону стартового детектора 18 (при спонтанном деле5 нии ядра калифорния-252 образуются два

GcкОлка, разл8тающихся В протиВОполож.- ых напоавлениях с энергией порядка 100

ЯЗВ). цесорбировавшие под воздействием одног". Из осколков деления ионы пробы ус0 <оря:отея в промежутке между пластиной 10 .е сеткой 20 электрическим полем, после чеГо дрейфуют 3 бесполевом пространстве трубки 32 и затем вт,рубке 22 дрейфа, Одно"=:,(l8»I6HHG с ДРсорбцией КОНОВ ВтОрОй Оско5 лак Деления, образовавшийся при том же

3KTå распада ядра калифорния-252, достигает стартового детектора 18, который задает временную отметку для начала времяпро".етных измерений, Времена пролета ионов ..0 пробы, достигающих стопового детектора

-iB фи .1 не показан) в конце трубки 22 дрейфа. регистрируются специальной системой регистрации, Вкл(очающей электронный счет <ик Времени и ЗВМ, в оперативной памяти

5 которой накапливается времяпролетный с. ектр. Такая констр» кция масс-спектрометра позволяет анализировать массивные обр- :зцы, 3 также устран"-:е.-. необходимость

:1спользовать ненадежные и неудобные В

<О:;:,,ра(гце;ии тонкие фольги В качестве пробо=(есугцей подлож,

С(»ЩССТВ8 (»((Н ЫМ(ИЗ КОТОРЫХ ЯВЛЯЕТСЯ Слож

5 Неп процедура смены образца, заключаю (эяся в следующем. Предварительно

НВПУСТИВ В СИСТВМ»J 3 ((И((ОС<»»ЕР», ПРОИЗВОДЯТ

86 разгерметизаци;о N извлечение всей сборки, показанной на фиг,1, из корпуса 54 <0 .".-:.3 исключением трубки 22 дрейфа). После .ло сни(.ае.ся» =,;(цая Гластина 30, АОнопрОВОД 3 . с се (кой 20 и (стартовь(м Де"

;8Kтором 18. При этом извлекается и радио=-(ки(ч- ь(. и О««((к 12 с калифорнием-252.

Б (ВГем блаГОД3(.»я появившемуся Доступjj K держателю образца 19 снимают прижимное кольцо 44 и удал"..ют держатель образца 19, и, сл чего заменяют Образец «а новый, Посл этого процесс cGGpKN г роизводится в а0 Ооратном порядке, вся сборка устанавлива6 ГСЯ В К((Р((У(С, ГВРМЕТИЗИРУЕТСЯ И СТКВЧИВВется H- высокий 33K (»»I. Таким образом, Весь процесс замень(Одно» 0 Образца зани мает Влучшем случае неменее10MNH. Кроме

55 -ого, данная конструкция не обеспечивает -" (ысок»ую p33peu(f3!Of(IvÎ способносгь и вос

ЛР(ЗИЗВОДИМОСТ(» аН3»(ИЗ(л ВСЛЕДСТВИЕ ТОГО, что Взаимное расположение Важнейших

3í6,"::,ентов ионной оптики — пробонесу(цей

;:.l3cTfIIII:I 10 и с8тки 20 заВисит От пОГреш1773461 ностей при изготовлении и сборке элементов источника иона — цилиндра 40, изолятора 42, опорной пластины 46 и ионопровода

32. При замене пробы взаимное расположение этих элементов может изменяться, что ведет к ухудшению указанных аналитических параметров, Цель изобретения — йовышение разрешающей способности, воспроизводимости анализов и производительности исследований.

Цель достигается тем, что в масс-спектрометр введены базовые упоры, жестко закрепленнь å на узле экстракции менов, а держатель проб закреплен через кинематическую пару второго рода на дополнительном штоке, оасположенном эксцентрично по отношению к оси узла зкстракции ионов и имеющем возможность поступательного и вращательного перемещения и прижима к базовым упорам перпендикулярно оси узла экстракции ионов. Кроме того, вакуумноплотный корпус аналитической камеры пробы выполнен составным из двух частей, разделенных вакуумным шибером, причем в первой части размещены источник первичных ионизирующих частиц и узел экстракции ионов, э во второй части (шлюзовой камере) — шток с держателем образцов, при этом вторая. часть корпуса выполнена быстросъемной с возможностью соединения с системой откачки.

На фиг.1 и 2 приведена конструкция предлагаемого времяпролетного массспектрометра; на фиг.3 — конструкция устройства смены держателей проб.

Масс-спектрометр содержит вакуумноплотный корпус 1 источника ионов, соединенный с трубой 2 дрейфа и стартовым детектором 3. В конце трубы дрейфа установлен стоповый детектор 4, соединенный электрически, как и стартовый детектор, с системой 5 регистрации. Откачка масс-спектрометра осуществляется через патрубок 6 на высокий вакуум и патрубок 7 на форвакуум, На корпусе источника ионов шарнирно закреплена шлюзовая камера 8, отделяемая от основного объема шиберным затвором 9.

В стенке шлюзовой камеры выполнено вакуумное уплотнение, через которое пропущен шток 10, причем ось штока параллельна оси трубы 2 дрейфа и имеет зксцентриситет относительно нее. На штоке крепится изолятор с кинематической парой 11 второго рода, посредством которой закрепляется пробонесущий диск 12 с нанесенными по окружности пробами исследуемых соединений. Диск имеет возможность плотного прижима к базовым контакт-упорам 13, Корпус

14 узла экстракции ионов заземлен, на кон20

25 занимает по отношению к узлу экстракции

35

c=А m г+ В, 55

50 такт-упоры подано высокое напряжение, развязанное относительно корпуса посредством изоляторов 15. На корпусе узла экстракции крепятся сетка 16 и источник 17 осколков на основе калифорния-252. Ось узла экстракции ионов совпадает с осью трубы 2 дрейфа.

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Корпус 1 источника ионов и труба 2 дрейфа откачаны на высокий вакуум, на стартовый детектор 3 и стоповый детектор

4 поданы соответствующие напряжения, обеспечивающие их работу, пробонесущий диск 12 с пробами находится в рабочем положении (А на фиг.3, шиберный затвор 9 открыт), Пробонесущий диск 12 плотно прижимается к контакт-упорам 13, что обеспечивается кинематической парой 11 второго рода, компенсирующей возможные отклонения поверхности пробонесущего диска от нормали к оси ysna экстракции ионов. Таким образом, пробонесущий диск 12, являющийся элементом ионна-оптической системы, и, в частности, сетке 16 строго заданное положение, выставляемое при юстировке прибора с помощью базовых упоров 13. Одновременно посредством тех же контактупоров 13 на диск подается высокое ускоряющее напряжение. Один из осколков деления, образованных в результате распада ядра калифорния-252 в источнике 17, попадает в пробу, находящуюся в данный момент непосредственно под сеткой 16, вызывая десорбцию ионов в газовую фазу. В тот же момент времени второй, противоположный, осколок попадает в стартовый детектор 3, формирующий стартовый сигнал для системы 5 регистрации. Образовавшиеся ионы пробы ускоряются в электрическом поле между пробонесущим диском 12, к которому приложено ускоряющее напряжение через базовые контакт-упоры 13, и заземленной сеткой 16. После ускорения ионы попадают в трубу 2 дрейфа, где происходит их разделение по скоростям, а следовательно, по отношению их массы к заряду m/z. Время пролета ионов до стопового детектора 4 определяется соотношением где А- константа, зависящая от ускоряющего напряжения, длины труби дрейфа и ускоряющего промежутка;  — константа, зависящая от задержки сигнала в электронных блоках системы регистрации.

10

После накопления ионных сигналов ат большого количества (10 -106) осколков де4 ления пробонесущий диск 12 поворачиваются с помощью штока 10 на угол 360 /и, где и — число проб, нанесенных на диск, Поскольку ось штока размещена эксцентрично по отношению к оси узла экстракции ионов, вращение штока вокруг оси приводит к тому, что непосредственно под узлом экстракции и соответственно под облучением осколками калифорния-252 оказывается новая область прабонесущего диска с дру гой пробой.

После того, как получены масс-спектры всех проб, нанесенных на пробонесущий диск, производится его смена. Для этого отключается ускоряющее напряжение, прабонесущий диск посредством поступательного движения штока переводится в положение Б, перекрывается шиберный затвор, а в шлюзовую камеру 8 напускается атмосфера. После этого шлюзовая камера поворачивается на 90 на шарнире, связывающем его с корпусом масс-спектрометра, обеспечивая доступ к пробонесущему диску. Диск извлекается из изолятора с кинематической парой 11 и заменяется другим диском, содержащим новые пробы. Затем операции повторяются в обратном порядке, Шлюзовая камера 8 прижимается к корпусу масс-спектрометра, открывается вакуумная магистраль откачки на форвакуум. После достижения давления 10О-10 Па перекрывается магистраль откачки и открывается шиберный затвор 9. При этом весь обьем откачивается на высокий вакуум средствами высоковакуумной откачки масс"спектрометра через патрубок 6. Пробонесущий диск

12 посредством поступательного движения штока 10 переводится в рабочее положение

А, по достижении рабочего вакуума включается ускоряющее напряжение и возобновляется процесс накопления масс-спектра.

Вся процедура замены диска, на котором при проходном сечении шиберного за15

45 твара @63 мм размещается да 12-ти проб диаметром 10 мм, занимает 5 мин, а смена проб в пределах одного пробонесущего диска — несколько секунд, При этом предлагаемое техническое решение позволяет повысить васпроизводимость результатов анализа и досгичь наивысшей разрешающей способности, достижимой приборами такого типа. - .:: p м у л а и з а б р е т е н и я . » ремя пролети ый масс-спектрометр, садержгщий источник первичных ионизирующих частиц, узел экстракции ионов и держатель проб, размещенные в вакуумнаплотнам корпусе, соединенном с системой откачки, а также пространство дрейфа и детектор, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, воспроизводимости результатов анализа и производительности исследований, а устройство дополнительно введены базовые упоры, жестко закрепленные на узле экстракции ионов, держатель проб закреплен через кинематическую пару второго pGда на дополнительном штоке, пропущенном через вакуумное уплотнение B стенке корпуса, с вазмажнасгью поступательного и вращательного движения и с возможностью прижима к базовым упорам перпендикулярно аси узла экстракции ионов.

2. Масс-спектрометр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, чта ввкуумнаплотный корпус выполнен составным из двух частей, разделенных вакуумным шибером, в первой части размещены источник первичных ионизирующих частиц и узел экстракции ионов, а ао второй части — шток с держателем образцов, при этом вторая часть корпуса выполнена быстрасъемной - возможнос. ю соединенил с системой Откачки.

3. Масс-спектрометр по п. 1, о т л и ч à юшийся тем, чта ась штока размещена эксцентрична по отношению к аси узла экстраKUNM ионов

1773461 Риг. 4

Фи2, 2

Составитель P.Çóáàðåâ

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Юрковецкая

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 3884 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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