Патент ссср 187385

 

I87385

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено ОЗ.Ч1.1964 (№ 904905/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 11,Х.1966. Бюллетень ¹ 20

Дата опубликования описания 4.XI.1966

Кл. 42l, 3/09

МПК С 01п

УДК 543.51(088.8) Комитет по долам изобретений и открытий ври Совете Министров

СССР

МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Известны динамические масс-спектрометры, содержащие ионный источник, систему вывода ионов на орбиту, систему отклоняющих электродов, электромагнит, устройство для съема сигнала ионов и регистрирующее устройство.

Предлагаемый масс-спектрометр обладает высокой разрешающей способностью и большой чувствительностью.

Это достигается благодаря тому, что ионный источник соединен с устройством для модуляции ионов по интенсивности, ограничивающие электроды установлены по окружности одного радиуса, на пути движения ионов расположен емкостный приемник сигнала ионов, на его выходе подключен узкополосный усилитель и на пути движения ионов смонтирована система отклоняющих электродов, На чертеже изображен описываемый массспектрометр, содержащий ионный источник 1, модулирующий электрод 2, тормозящую систему 8, электромагнит 4, ускоряющую систему 5, обмотку электромагнита 6, питаемую подмагничивающим стабилизированным постоянным током от управляющего генератора, систему электродов 7, ограничивающих выбранную круговую траекторию, сигнальный электрод 8, узкополосный фильтр 9 (частота пропускания фильтра равна, например, 500 кгпв, полоса его пропускания, например,—

2 кгпв), узкополосный усилитель 10 (частота пропускания усилителя и его полоса пропускания та же, что и в узкополосном фильтре), детектор 11, осциллограф 12, блок синхронизации 18, генератор 14 фиксированной частоты, вырабатывающий модулирующее напряжение, подаваемое на модулирующий электрод, и управляющий генератор 15.

Анализ ионов по массам в указанном массспектрометрическом устройстве осуществляется следующим образом.

Ионы, образованные в источнике 1, ускоряют до энергии так, чтобы самая тяжелая масса из регистрируемого диапазона могла двигаться по выбранной круговой траектории при максимальной напряженности магнитного поля. Затем ионы проходят сквозь модулирующий электрод 2, тормозящую систему 8 и выходят на выбранную круговую орбиту, ограниченную системой электродов 7. Электрод 2 модулирует поток ионов по интенсивности с частотой, равной частоте вращения регистрируемой массы в поле магнита 4 по орбите.

Тормозящая система 8 уменьшает энергию ионов так, чтобы траектория ионов не проходила через ионный источник. Напряжение на тормозящую систему подается от управляющего генератора 15.

Частота вращения иона удельной массы —

187385 т,УОС „" еН в магнитном поле Н, равна: f0 â€, (I) еН

2-" т С где С вЂ” скорость света в пустоте.

Формула для радиуса траектории иона, движущегося в магнитном поле, имеет вид: где V< — скорость иона массы m>. Для того, чтобы в поле электромагнита 4 с частотой /, равной, например, 500 кги, двигалась вместо массы т, масса m> — — km>, необходимо изменить магнитное поле от величины Н, до H ——

= — йН . 15

Чтобы масса т двигалась по траектории с постоянным радиусом Р, ее скорость должна стать равной V<. Для этого необходимо, чтобы на систему 8 вместо тормозящего напряжения Uq, подаваемого во время регистрации 20 массы т,, подавалось напряжение U2 определяемое из соотношения:

2eU, 2eU2 2еУ, Г о= 2 (III) т т,. Ат, 25 откуда следует, что Uq — — А ° U .

При неизменной частоте вращения f ионов по круговой орбите постоянного радиуса для смены регистрируемой массы т, на 30

m> —— km, необходимо, чтобы величины Н и Ь изменились до Н> и U> согласно формулам (1), VI) и (П1).

С помощью управляющего генератора 15, подающего подмагничивающий стабилизиро- 35 ванный ток в обмотку б электромагнита 4 и тормозящее напряжение на систему 8, магнитное поле Н и энергия ионов U меняются в необходимых пределах так, чтобы по траек. тории постоянного радиуса R< с фиксирован- 40 ной частотой fo вращалась та или иная масса.

Частота модулирующего напряжения, подаваемого от генератора 14 на электрод 2, равна частоте, вращения ионов регистрируемой массы по орбите. 45

При этом к вращающемуся на орбите ионному пакету после каждого оборота добавляются новые порции ионов, и заряд пакета возрастает. Возрастающий в результате син- 50 хронного напуска локализованный в пространстве пакет ионов при прохождении,сквозь сигнальный электрод 8 индуцирует на нем переменное напряжение с частотой f<.

Сигнальное напряжение с электрода 8 фильтруется фильтром 9, усиливается узкополосным усилителем 10, детектируется детектором 11 и поступает на вертикальной вход осциллографа 12. Горизонтальная развертка осциллографа 12 синхронизуется блоком И с изменением подмагничивающегося тока гене,ратора 15.

После совершения вращающимся пакетом ионов определенного числа оборотов на систему 7 подается импульс ускоряющего напряжения от управляющего генератора 15, и зарегистрированные ионы удаляются с орбиты.

Вслед за импульсом ускоряющего напряжения подмагничивающий ток и тормозящее напряжение генератора 15 меняются так, чтобы могла регистрироваться следующая масса.

Разрешающая способность описанного способа равна произведению разрешающих способностей трех применяемых в нем способов анализа ионов по массам: пространственного, статического и частотно-избирательного и может быть сделана очень высокой.

Получение большой чувствительности возможно путем накопления синхронной массы во вращающемся пакете и применения чувствительного узкополосного усилителя. Усиление сигнала по переменному напряжению предполагает получение большого быстродействия прибора при снятии спектра масс.

Сочетание пространственного и частотно-избирательного способов анализа ионов по массам исключает возможность регистрации ложных масс.

Предмет изобретения

Масс-спектрометр, содержащий ионный источник, систему вывода ионов на орбиту, систему отклоняющих электродов, электромагнит, устройство для съема сигнала ионов и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности масс-спектрометра, ионный источник соединен с устройством для модуляции ионов по интенсивности, ограничивающие электроды установлены по окружности одного радиуса, а в качестве устройства для съема сигнала ионов использован емкостный приемник, на выходе которого подключен узкополосный усилитель.

Составитель Н. Катииова

Редактор T. П. Ларина Текргд А. А. Камышиикова Корректоры; М. П. Ромашова

Заказ 3399(2 Тираж И75 Формат бум. 60+90 /з Обьем 0,27 изд. л, Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова д. 4

Типография, пр. Сапунова, д. 2