Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным отражателем

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований. Технический результат - повышение разрешения и чувствительности при анализе ионного нейтрального газа. Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным отражателем содержит трубку дрейфа, источник ионов, ускоряющую сетку, источник тока и напряжения, источник изменяемого во времени импульсного напряжения, сетку, ограничивающую нелинейный отражатель, нелинейный отражатель и приемник ионов в виде микроканальной пластины. Нелинейный отражатель выполнен в виде набора колец различного диаметра, источник тока и напряжения подключен к кольцам, источник изменяемого во времени импульсного напряжения подключен к ускоряющей сетке, трубка дрейфа и сетка, ограничивающая нелинейный отражатель, заземлены. 2 ил.

 

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований.

Известен времяпролетный масс-спектрометр, содержащий мишень, ускоряющие сетки выталкивающего промежутка, электростатический линейный отражатель, приемник ионов (статья: Мамырин Б.А., Шмикк Д.В. Линейный массрефлектрон - ЖЭТФ, 1979, т.76, в.5, с.1500-1505). За счет использования линейно изменяющегося электрического поля в массрефлектроне достигается более высокое значение разрешающей способности по сравнению с классической схемой масс-спектрометра при тех же габаритах и потенциале ускоряющего промежутка.

Недостатками прибора являются низкая разрешающая способность и малый диапазон измеряемых масс.

Более совершенным является масс спектрометр с нелинейным по продольной оси электрическим полем (патент №1651327 H01J 49/40 опубл. БИ №19, 23.05.91 г.). Времяпролетный масс-спектрометр, у которого сеточная сборка источника ионов с целью повышения чувствительности выполнена в виде кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру детектора, а в трубке установлена коаксиальная цилиндрическая система, внутренний и внешний диаметр которой соответственно равен внутреннему и внешнему диаметру сеточной сборки источника ионов. Недостатком данной конструкции является сложность точного формирования напряжений на элементах коаксиальной цилиндрической системы, которые авторы предлагают подбирать экспериментально.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому масс-спектрометру является времяпролетный масс-спектрометр (патент: №2239910, 7 H01J 49/40 опубл. Бюл. №31, 10.11, 2004 г.), содержащий источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа, отражатель ионов, который выполнен в виде сплошной резистивной пленки.

Недостатком прототипа являются: невозможность перестройки нелинейности поля в нелинейном отражателе за счет использования непрерывного принципа образования поля и вследствие этого недостаточно высокая разрешающая способность прибора в области тяжелых масс при жестких массогабаритных ограничениях, сложность изготовления ионного отражателя.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для анализа нейтрального газа ионов с более высоким разрешением, высокой чувствительностью при минимизации массогабаритных характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным отражателем, содержащий трубку дрейфа, источник ионов, ускоряющую сетку, источник тока и напряжения, источник изменяемого во времени импульсного напряжения, сетку, ограничивающую нелинейный отражатель, нелинейный отражатель и приемник ионов в виде микроканальной пластины, согласно изобретению, нелинейный отражатель выполнен в виде набора колец, различного диаметра, источник тока и напряжения подключен к кольцам, источник изменяемого во времени импульсного напряжения подключен к ускоряющей сетке, трубка дрейфа и сетка, ограничивающая нелинейный отражатель заземлены.

Сущность устройства поясняется чертежами, где:

на Фиг.1 изображена схема времяпролетного масс-спектрометра с нелинейным отражателем,

на Фиг.2 - зависимость электростатического поля от продольной координаты в отражателе.

Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным отражателем содержит трубку дрейфа 1, источник ионов 2, ускоряющую сетку 3, источник тока и напряжения 4, источник изменяемого во времени импульсного напряжения 5, сетку 6, ограничивающую нелинейный отражатель 7, приемник ионов в виде микроканальной пластины 8 и кольца 9.

Источник тока и напряжения 4 подключен к кольцам 9, источник изменяемого во времени импульсного напряжения 5 подключен к ускоряющей сетке 3, трубка дрейфа 1 и сетка 6 заземлены.

Особенностью устройства является то, что при линейном распределении потенциала на кольцах 9, электростатическое поле нелинейного отражателя 7 будет нелинейным. Это достигается за счет особенностей формирования электростатического поля кольцевым электродом. Поле от такого электрода может быть описано уравнением:

Где Q - заряд, распределенный по кольцу, R - радиус кольца, z - расстояние от плоскости кольца до точки, в которой рассчитывается электростатическое поле на оси симметрии кольца.

Как видно из (1) максимум Ez будет в точке:

Тогда для достижения максимального значения поля в нелинейном отражателе примем, что радиус кольца зеркала вычисляется из условия (3) по формуле:

где ai - расстояние от кольца до точки максимального поля зеркала.

Тогда электростатическое поле всей сборки колец (фиг.2) будет определяться из выражения:

При этом максимальное поле будет наблюдаться внутри первого кольца, а потенциал на нем будет равен нолю.

Расстояние между кольцами может быть выбрано постоянным, для простоты изготовления. Потенциал на кольцах растет линейно и для отражения ионов должен в 2 раза превышать потенциал на ускоряющей сетке. Таким образом, при линейном потенциале реализуется нелинейность поля отражателя, а так как линейный делитель потенциала намного проще в изготовлении и обладает высокой точностью, то достигается непрерывность и высокая точность реализации функции изменения электростатического поля внутри нелинейного отражателя 7. Изменяя потенциал на кольцах 9, можно перестраивать нелинейный отражатель 7 на различные диапазоны масс ионов. Таким образом, достигается увеличение диапазона исследуемых масс.

Времяпролетный масс-спектрометр, содержащий трубку дрейфа, источник ионов, ускоряющую сетку, источник тока и напряжения, источник изменяемого во времени импульсного напряжения, сетку, ограничивающую нелинейный отражатель, нелинейный отражатель и приемник ионов в виде микроканальной пластины, отличающийся тем, что нелинейный отражатель выполнен в виде набора колец, диаметр которых увеличивается по мере отдаления от источника ионов, источник тока и напряжения подключен к кольцам, источник изменяемого во времени импульсного напряжения подключен к ускоряющей сетке, трубка дрейфа и сетка, ограничивающая нелинейный отражатель, заземлены.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газового анализа и предназначено для обнаружения микропримесей веществ в газовых средах, в частности атмосфере воздуха, имеет применение в газовой хроматографии в качестве чувствительного детектора.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в конструкторских разработках и в производстве приборов для быстрого масс-спектрометрического анализа твердотельных проб и сухих остатков растворов.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, в частности времяпролетной масс-спектрометрии. .

Изобретение относится к области газового анализа и может использоваться для определения микропримесей различных веществ в газах. .
Изобретение относится к области аналитического приборостроения для исследования и анализа веществ и преимущественно может быть использовано в целях испытаний, например, при проверке работоспособности приборов спектрометрии подвижности ионов, которые предназначены для обнаружения и идентификации паров следовых количеств органических веществ, прежде всего, наркотических, взрывчатых, психотропных, отравляющих или экологически опасных веществ.

Изобретение относится к устройству транспортировки заряженных частиц. .

Изобретение относится к области газового анализа и предназначено для обнаружения и идентификации следовых концентраций микропримесей различных веществ в атмосферном воздухе.

Изобретение относится к конструкции спектрометров ионной подвижности, которые находят широкое применение для контроля содержания различных веществ в воздухе и, в частности, для обнаружения малых концентраций взрывчатых и наркотических веществ.

Изобретение относится к способам разделения ионов, а именно к спектрометрам, работающим по принципу измерения времени пролета ионов, в частности к определению состава жидких и газовых проб, и может применяться в медицине, фармацевтике, криминалистике.

(57) Изобретение относится к области спектрометрии заряженных частиц и может быть использовано для измерения зарядового и массового состава ионов плазмы. Времяпролетный спектрометр содержит вакуумную камеру (1), в которой последовательно расположены труба дрейфа (2) и детектор ионов (7), на входном и выходном торцах трубы дрейфа (2) установлены электроды (3, 4), прозрачные для ионов и электрически связанные с ней, перед входным электродом (3) размещен заземленный электрод (5), труба дрейфа (2) электрически соединена с импульсным источником ускоряющего напряжения (8). Между выходным электродом (4) трубы дрейфа (2) и детектором ионов (7) установлен дополнительный электрод (9), прозрачный для ионов, электрически подключенный к отрицательному выходу источника постоянного напряжения (10), второй выход которого подключен к вакуумной камере (1). Технический результат - повышение точности измерения зарядово-массового состава ионов плазмы, создаваемой любым источником плазмы и на любом расстоянии от него. 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа и предназначено для обнаружения малых концентраций целевых веществ в газовых средах со сложным составом примесей, концентрации которых превышают концентрации целевых веществ. Технический результат - снижение порога обнаружения целевого вещества в газовой фазе со сложным составом примесей. Дифференциальный спектрометр ионной подвижности с ионной ловушкой состоит из камеры ионизации, системы электродов, дополнительной камеры для ввода потока ионизируемого газа, источника ионизации, генератора периодического несимметричного по полярности напряжения, генератора компенсирующего напряжения, источника высокочастотного напряжения, генератора выталкивающего напряжения, коллектора ионов, аналитического зазора, ионного регистратора, системы очистки газа. Изобретение применимо для обнаружения в воздухе следов взрывчатых, отравляющих, наркотических веществ, мониторинга промышленных загрязнений в атмосфере, контроля пищевых продуктов по выделяемым испарениям, медицинской диагностики по составу выдыхаемого воздуха. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх