Устройство для образования двумерных линейных электрических полей

Изобретение относится к области пространственно-временной фокусировки и масс-анализа заряженных частиц по времени пролета в двумерных линейных высокочастотных электрических полях и может быть использовано для улучшения аналитических характеристик приборов микроанализа вещества, использующих ионно-оптические системы с планарными дискретными электродами. Технический результат - расширение пространства с линейным электрическим полем радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов в направлении дрейфа ионов без увеличения размеров планарных дискретных электродов. Указанный результат достигается путем замыкания граничной области ионно-оптической системы с помощью двух дополнительных планарных электродов с противофазными потенциалами. 3 ил.

 

Изобретение относится к области пространственно-временной фокусировки и масс-анализа заряженных частиц по времени пролета в двумерных линейных высокочастотных [ВЧ] электрических полях и может быть использовано для улучшения аналитических характеристик приборов микроанализа вещества. Задача образования пространства дрейфа с двумерными линейными электрическими полями в радиочастотных времяпролетных масс-анализаторах ионов решается с помощью ионно-оптических систем [ИОС] из планарных непрерывных и дискретных электродов [1, 2]. Из-за незамкнутой в плоскости y=yα краевой области таких ИОС протяженность пространства дрейфа ионов по оси Y с достаточной для времяпролетного масс-анализа с разрешением R>102 линейностью электрического поля ограничена величиной у<уα-2xа. Известно [3], что разрешающая способность радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов возрастает с увеличением длины траектории дрейфа ионов. Повышение разрешающей способности масс-анализатора путем увеличения размера уα дискретных электродов создает проблемы конструкторско-технологического характера и ухудшает коммерческие показатели радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров. Предлагаемое решение позволяет увеличить длину траектории дрейфа ионов без изменения размера уα дискретных электродов. В качестве прототипа принята ИОС для образования двумерных линейных электрических полей, состоящая из заземленного в плоскости y=0 сплошного электрода и двух в плоскостях x=±xα электродов с дискретно- линейными противофазными распределениями потенциалов φ1i=-φ2i=φ=Δφ·i, где Δφ=φ/n - шаг дискретности распределений потенциалов, i=1, 2, 3…n - номера дискретных элементов электродов, каждый из которых составлен из n равномерно с шагом Δy=уα/n распределенных вдоль оси Y и параллельных оси Z проводящих полосок шириной Δу-d каждая, где d<<Δy - расстояние между соседними полосками [1, 2].

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструкции ИОС масс-анализаторов заряженных частиц с планарными дискретными электродами с целью расширения по оси Y области дрейфа ионов в линейном электрическом поле без увеличения размера уα дискретных электродов.

Известно [3], что идеальное двумерное линейное поле в полупространстве у≥0 образуется с помощью одного в плоскости y=0 заземленного 3 и двух гиперболических 1, 2 с неограниченными размерами по всем осям электродов с противофазными потенциалами φ1=-φ2=φ (Фиг. 1). Электрическое поле, близкое к идеальному, двумерному линейному, может быть образовано так же с помощью одного в плоскости y=0, ограниченного по оси X координатами х=±хα, заземленного электрода 3, двух с ограниченными по оси Y координатами y≥yα, гиперболических электродов 4, 5 с геометрическими параметрами r 0 = 2 x α y α , с противофазными потенциалами φ4=-φ5=φ и двух в плоскостях x=±хα дискретных электродов 1, 2 с граничными по оси У координатами 0 и yα, составленных из равномерно распределенных по оси Y параллельных оси Z проводящих полосок шириной Δy=yα/n, с противофазными дискретно-линейными распределениями потенциала на них φ1i=-φ2i=Δφ·i, где Δφ=φ/n - шаг дискретности распределений потенциала (Фиг. 2). При этом границы ИОС оказываются замкнутыми и электрическое поле во внутренней области будет отличаться от идеального линейного в рабочей области по осям X и Y только из-за дискретности электродов 1 и 2. Выбором параметров дискретности Δу отличие поля от линейного в области |x|<xα-Δy, 0≤y≤yα можно сделать сколь угодно малым. При этом пространство дрейфа ионов с линейным электрическим полем по оси Y может быть расширено более чем на 2xα.

Для расширения по оси Y области линейности электрического поля и упрощения конструкции и технологии изготовления и сборки ИОС вместо гиперболических используют два дополнительных электрода прямоугольной формы с размером Zα по оси Z и координатами вершин в плоскости XOY (xα,yα+Δy/2); (0.6xα, yα+2xα) и (-xα,yα+Δy/2); (-0.6xα,yα+2xα), причем на дополнительных электродах устанавливают противофазные потенциалы φ4=-φ5=φ (Фиг. 3). Планарные электроды 4, 5 на фиг. 3 выполняют в первом приближении функции гиперболических электродов 4, 5 на фиг. 2. Наибольшее расширение рабочей области ИОС по оси Y с минимальным отклонением потенциала от идеального линейного для планарных электродов 4, 5 достигается при углах их наклона к оси Yα=14° (Фиг. 3). В этом случае протяженность рабочей области с относительными отклонениями распределения потенциала от линейного, не превышающими уровня 10-3, достигает размера дискретных электродов yα. Дополнительное преимущество предлагаемого решения состоит в том, что расширение по одной оси рабочей области ионно-оптических систем с двумерными линейными электрическими полями достигается при условии φ4=-φ5=φ.

Таким образом предлагаемое решение позволяет путем не сложного усовершенствования ИОС расширить область точного линейного электрического поля радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов ионов с планарными дискретными электродами и тем самым существенно повысить их разрешающую способность без изменения параметров дискретных электродов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления. Патент РФ №2327245.

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

3. Мамонтов Е.В., Гуров B.C. Радиочастотные времяпролетные масс-анализаторы ионов. Москва. Горячая линия - Телеком. 2012 г. 98 с.

Устройство для образования двумерных линейных электрических полей размером za по оси Z, содержащее в плоскости y=0 сплошной заземленный электрод с размером 2xa<<za по оси X и два в плоскостях x = ±xa электрода с размером уа по оси Y, с противофазными дискретно-линейными по оси Y распределениями потенциалов φ1i = -φ2i=φ=Δφ·i, где Δφ=φ/n - шаг дискретности распределений потенциалов, i=1, 2, 3…n - номера дискретных элементов электродов, каждый из которых составлен из n равномерно с шагом Δy=ya/n распределенных вдоль оси Y и параллельных оси Z проводящих полосок шириной Δy-d каждая, где d<<Δy - расстояние между соседними полосками, отличающихся тем, что для расширения по оси Y области линейности электрического поля используют два дополнительных электрода прямоугольной формы с размером za по оси Z и координатами вершин в плоскости XOY (xa,ya+Δy/2);((0.6xa,ya+2xa) и (-xa,ya+Δy/2);((-0.6xa,ya+2xa), причем на дополнительных электродах устанавливают противофазные потенциалы φ4 = -φ5 = φ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области масс-анализа вещества высокого разрешения и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик масс-спектрометрических приборов с преобразованием Фурье.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано для расширения аналитических возможностей масс-анализаторов времяпролетного типа. Технический результат - повышение чувствительности и расширение динамического диапазона времяпролетных масс-спектрометров путем увеличения средних значений токов анализируемых ионов.

Изобретение относится к области анализа заряженных частиц. Масс-спектрометр содержит камеру, инжектор, способный инжектировать в камеру заряженные частицы, и генератор поля.

Изобретение относится к области масс-анализа заряженных частиц в линейных электрических ВЧ полях и может быть использовано для улучшения конструкторско-технологических и коммерческих характеристик радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров.

Изобретение относится к области спектрометрии, а точнее к статистическим масс-спектрометрам, и может быть использовано при создании портативных приборов для изучения химического и изотопного состава газообразных жидких и твердых веществ.

Изобретение относится к диагностике поверхности ионными пучками низких энергий (1 - 10 кэВ), в частности к энергомасс-спектрометрии вторичных ионов - интенсивно разрабатываемому в настоящее время методу элементного, фазового и химического анализа поверхности твердых тел.

Изобретение относится к физическому приборостроению, в частности к ;устройствам для анализа ионов и электронов и может быть использовано при анализе поверхностных слоев материала .

Изобретение относится к области масс-спектрометрического анализа вещества и может быть использовано для улучшения конструктивных и коммерческих параметров ионных ловушек с дипольным возбуждением ионов. Технический результат - упрощение системы развертки масс и высокочастотного питания квадрупольных линейных ионных ловушек с резонансным выводом ионов. В процессе развертки спектров масс во времени изменяется амплитуда Vв и частота Ωв возбуждающего напряжения, а амплитуда V и частота ω высокочастотных напряжений u1 и u2 остаются постоянными, причем законы изменения во времени амплитуды Vв(t) и частоты Ωв(t) возбуждающего напряжения выбираются так, чтобы абсолютная разрешающая способность Δm линейной ловушки с дипольным возбуждением в диапазоне масс mмин-mмакс оставалась постоянной. 2 ил.

Изобретение относится к области масс-спектрометрического анализа вещества и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик линейных ионных ловушек с резонансным возбуждением ионов. Технический результат - улучшение качества поля и режима работы квадрупольных масс-спектрометров с резонансным выводом ионов. Способ масс-анализа заключается в воздействии на колебания ионов в квадрупольном ВЧ-поле однородным возбуждающим полем, направленным вдоль одной из асимптот квадрупольного поля. Способ реализуется в масс-анализаторе с планарными дискретными электродами, где создается суперпозиция квадрупольного ВЧ и однородного возбуждающего по одной оси поля. Использование планарных дискретных электродов позволяет повысить качество однородного поля и снизить амплитуды высших гармоник колебаний ионов вдоль оси возбуждения. Способ и устройство улучшают форму массовых пиков и в 2-3 раза повышают разрешающую способность линейных ионных ловушек с резонансным возбуждением. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области пространственно-временной фокусировки и масс-анализа заряженных частиц по времени пролета в двумерных линейных высокочастотных электрических полях и может быть использовано для улучшения аналитических характеристик приборов микроанализа вещества, использующих ионно-оптические системы с планарными дискретными электродами. Технический результат - расширение пространства с линейным электрическим полем радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов в направлении дрейфа ионов без увеличения размеров планарных дискретных электродов. Указанный результат достигается путем замыкания граничной области ионно-оптической системы с помощью двух дополнительных планарных электродов с противофазными потенциалами. 3 ил.

Наверх