Устройство для образования двумерных линейных электрических полей



Устройство для образования двумерных линейных электрических полей
Устройство для образования двумерных линейных электрических полей
Устройство для образования двумерных линейных электрических полей

 


Владельцы патента RU 2565602:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

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 .
Наверх