Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления



Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2422939:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет (RU)

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, в основе которой лежит движение заряженных частиц в двумерных линейных высокочастотных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций приборов для масс-анализа и улучшения их аналитических и коммерческих характеристик. Устройство образования таких полей содержит плоские электроды с дискретным линейным по одной координате распределением потенциала. Для усовершенствования конструкции и системы высокочастотного питания анализаторов линейные по двум координатам электрические поля формируются с помощью двух дискретных из тонких металлических нитей с противоположными потенциалами электродов и трех сплошных заземленных электродов. Требуемое поле в рабочей области анализатора образуется путем неравномерного распределения координат нитей в плоскостях дискретных электродов, при котором заряды на электродах вдоль одной оси распределены по дискретному линейному закону. Технический результат - усовершенствование конструкции анализаторов с двумерными линейными электрическими полями, расширение возможности их использования для создания приборов для энерго- и масс-анализа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, в основе которой лежит движение заряженных частиц в двумерных линейных высокочастотных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций масс-спектрометрических приборов и улучшения их аналитических и коммерческих характеристик. Macс-анализаторы с гиперболическими электродами неэффективны для образования двумерных линейных электрических полей с протяженными вдоль одной координаты рабочими областями [1]. Анализаторы с плоскими электродами с дискретным линейным распределением потенциала [2] и с линейно распределенной емкостью дискретных элементов [3] решают эту задачу. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструктивно-технологических характеристик устройств образования двумерных линейных электрических полей, использующих системы с плоскими дискретными электродами.

Образование двумерного линейного электрического поля в рабочей области анализатора с размерами 2х0, у0, L по осям X, Y, Z при у0>>x0 можно осуществить, как и в [2,3], с помощью системы из плоских дискретных и сплошных электродов. Из электростатики известно, что электрическое поле системы зарядов определяется на основе принципа суперпозиции как сумма полей, создаваемых отдельными зарядами. При этом задачу образования электрических полей с заданным распределением потенциала в некоторой области пространства можно решать путем создания требуемого распределения поверхностных зарядов на границах этой области. Для случая двумерного линейного поля, протяженного вдоль одной оси Y, задача сводится к созданию на поверхностях х=x0 и х=-x0 линейных по координате у распределений плотностей зарядов противоположного знака. Практически требуемое распределение зарядов на непрерывной проводящей поверхности создать затруднительно. Задача решается с помощью проводящих поверхностей, состоящих из множества дискретных элементов [2,3]. С точки зрения практической реализации представляют интерес дискретные проводящие поверхности, состоящие из одинаковых эквипотенциальных элементов. Требуемое одномерное распределение зарядов на плоских поверхностях в этом случае формируется изменением плотности элементов дискретной поверхности вдоль одной координаты. Для образования двумерного линейного электрического поля с протяженной вдоль оси Y рабочей областью достаточно использовать две плоские, дискретные по координате у, проводящие поверхности х=х0 и х=-x0. В первом приближении, если не учитывать электростатические взаимодействия между элементами поверхностей, распределения плотностей зарядов и плотностей элементов на дискретных поверхностях вдоль координаты у можно считать связанными между собой соотношением пропорциональности. Из этого следует, что для образования линейного по осям Х и Y электрического поля координаты yi элементов дискретных поверхностей х=x0 и х=-x0 должны рассчитываться по формуле

где y1 - координата первого элемента, i - порядковый номер дискретных элементов поверхностей. Формула справедлива при условии, что размер d дискретных элементов по координатам х и у значительно меньше расстояний между ними. При этом в качестве дискретных элементов проводящих поверхностей могут использоваться параллельные оси Z тонкие металлические нити круглого или другого сечения.

Для случая нитей круглого сечения анализатор с линейным по осям Х и Y электрическим полем, создаваемым дискретно распределенными по координате у зарядами, представлен на Фиг.1. Анализатор состоит из двух плоских дискретных электродов 1 и 2, расположенных в плоскостях х=x0 и х=-x0, составленных из параллельных оси Z металлических нитей длиной L и диаметром d<<x0, двух сплошных электродов 3 и 4 с размерами у0 и L по осям Y и Z, расположенных в плоскостях х=х0+h и х=-x0-h и одного сплошного электрода 5 с размерами 2х0 и L по осям Х и Z, расположенного в плоскости у=0. Электроды 3, 4 и 5 заземлены, а к электродам 1 и 2 приложены противофазные потенциалы -φ и φ. Электроды 3 и 4 выполняют роль экранов, а 1, 2 и 5 являются полеобразующими электродами анализатора. При равенстве диаметров и потенциалов нитей плотность распределения зарядов на них будет одинаковой. Если координаты центров нитей определить по формуле (1), плотность распределения зарядов на электродах 1 и 2 вдоль оси Y будет описываться дискретно-линейным законом. При этом в рабочей области анализатора х<x0 образуется близкое к линейному по координатам x и у электрическое поле.

Степень линейности поля ограничивается дискретностью электродов, электростатическими связями между элементами электродов и конечными размерами электродов по координате у. Отклонения поля от линейного из-за дискретности электродов могут быть снижены до требуемого уровня ограничением размера рабочей области анализатора по оси X. Нелинейность электрического поля, возникающая по двум другим причинам, минимизируется коррекцией распределения координат у нитей добавлением к (1) полиномиальной функции вида

Коэффициенты а0, а1, а2, а3… при заданных геометрических параметрах x0, y0, d и h определяются в процессе компьютерного моделирования электрического поля в анализаторе с плоскими электродами из проводящих нитей по критерию минимума отклонений расчетного распределения потенциала в рабочей области |х|<x1, у<у1 от двумерного линейного распределения.

Технологичная конструкция предлагаемого анализатора с плоскими сплошными и дискретными электродами из тонких металлических нитей и простой способ его электрического питания позволяют создавать на его основе эффективные приборы для фокусировки, энерго- и масс-анализа заряженных частиц с высокими аналитическими и коммерческими характеристиками.

На чертеже изображена схема анализатора заряженных частиц с двумерным линейным по осям Х и Y электрическим полем, 1, 2 - плоские дискретные электроды из тонких металлических нитей; 3, 4 - плоские заземленные экранирующие электроды; 5 - плоский заземленный полеобразующий электрод.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мамонтов Е.В., Гуров В.С., Филиппов И.В., Дятлов Р.Н. Времяпролетное разделение ионов по удельному заряду в ВЧ-полях с квадратичным распределением потенциала // ЖТФ. - 2007. - Т.77. - Вып.7. - С.139-142.

2. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления // Патент на изобретение №2327245 от 03.05.2006.

3. Гуров В.С., Мамонтов Е.В., Дягилев А.А. Электродные системы с дискретным линейным распределением ВЧ-потенциала // Масс-спектрометрия. - 2007. - Т.4. - №2. - С.139-142.

1. Способ образования двумерного линейного электрического поля, заключающийся в создании по границам области плоских, параллельных оси Z, проводящих поверхностей с размерами 2х0, у0 и L по осям X, Y и Z, отличающийся тем, что в качестве проводящих используют две дискретные с противоположными потенциалами φ и -φ поверхности х=х0 и х=-x0, составленные из параллельных оси Z и расположенных на различных расстояниях друг от друга по оси Y тонких проводящих нитей, и три непрерывные заземленные поверхности x=x0+h и х=-х0- h и у=0.

2. Устройство для образования двумерного линейного электрического поля, содержащее параллельные оси Z электроды длиной L, где L>2x0, с приложенными к ним потенциалами, отличающееся тем, что используют два расположенных в плоскостях х=х0 и х=-х0 дискретных, составленных из параллельных оси Z тонких металлических нитей с координатами, пропорциональными корню квадратному из номера нитей, электрода с размером у0 по оси Y с приложенными к ним противоположными потенциалами φ и -φ и три сплошных заземленных электрода, причем два из них с размером у0 по оси Y расположены в плоскостях x=x0+h и x=-x0-h и один с размером 2(x0+h) по оси X расположен в плоскости у=0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области масс-спектрометрических приборов, основанных на движении заряженных частиц в двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских характеристик таких приборов.

Изобретение относится к области масс-селективного анализа заряженных частиц в двумерных линейных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств масс-спектрометров времяпролетного типа.

Изобретение относится к области динамической масс-спектрометрии и может быть использовано для совершенствования способов развертки масс, улучшения аналитических и потребительских свойств гиперболоидных и времяпролетных масс-спектрометров.

Изобретение относится к динамической масс-спектрометрии и может быть использовано для улучшения потребительских свойств и увеличения срока службы масс-спектрометров с гиперболоидными электродными системами.

Изобретение относится к динамической масс-спектрометрии и может быть использовано для улучшения технологических и аналитических свойств гиперболоидных масс-спектрометров.

Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано для создания гиперболоидных масс-спектрометров с простыми анализаторами и высокими аналитическими показателями.

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых рентгеновским излучением с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов микро- и наноэлектроники методами рентгено-электронной спектроскопии

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной электроники методами электронной спектроскопии

Изобретение относится к области фокусировки, энерго и масс-анализа заряженных частиц в линейных высокочастотных электрических полях и может использовано для улучшения конструкторских и коммерческих характеристик приборов для микроанализа вещества. Технический результат - усовершенствование конструкции электродных систем для образования двумерных линейных высокочастотных электрических полей с целью достижения при изготовлении высокой точности реализации их расчетной геометрии с помощью современных технологий. Способ основан на формировании на плоских поверхностях дискретно-линейных распределений высокочастотного потенциала с помощью параллельных емкостных делителей. Система состоит из 3-х плоских электродов, одного заземленного и двух с противофазными дискретно-линейными распределениями вдоль одной оси высокочастотных потенциалов. Дискретные электроды выполнены из тонких диэлектрических пластин с нанесенными на них проводящими поверхностями. Внешние поверхности разделены по диагонали на две половины, одни из которых заземлены, а к другим приложены высокочастотные потенциалы. Внутренние поверхности, гальванически не соединенные с другими частями анализатора, образованы из равномерно распределенных вдоль одной оси проводящих полосок. Между внутренними и внешними проводящими поверхностями образуются емкостные делители высокочастотного напряжения с линейно изменяющимся по одной координате коэффициентом деления. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ разделения заряженных частиц по величине отношения массы к заряду относится к области масс-спектрометрии. Технический результат - повышение чувствительности и стабильности масс-анализа и улучшение масс-габаритных и конструктивно-технологических показателей масс-спектрометров. Способ включает воздействие на заряженные частицы неоднородного высокочастотного поля, при этом поле имеет градиент потенциала вдоль оси Y и близкий к нулевому градиент вдоль оси X, а пучок заряженных частиц с заданной величиной отношения кинетической энергии к заряду вводят в высокочастотное поле непрерывно в плоскости XY под острым углом α к оси Y. 3 ил.
Наверх