Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным источником ионов

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, преимущественно для космических исследований и для применения в других областях при условиях жестких ограничений массы и габаритов. Времяпролетный масс-спектрометр снабжен ионным источником с нелинейным ускоряющим промежутком, выполненным в виде набора кольцевых электродов, приемником и источником ионов. Изобретение позволяет повысить разрешающую способность прибора за счет уменьшения временной дисперсии ионных пакетов в плоскости приемника. 1 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 масс-рефлектрон. - ЖЭТФ, 1979, т. 76, в. 5, с. 1500-1505). За счет использования линейно изменяющегося электрического поля в масс-рефлектроне 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.

Известен масс-спектрометр с нелинейным по продольной оси электрическим полем, содержащий сеточную сборку источника ионов, выполненную в виде кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру детектора, трубку, в которой установлена коаксиальная цилиндрическая система, внутренний и внешний диаметр которой соответственно равен внутреннему и внешнему диаметру сеточной сборки источника ионов, обладающий более высокой чувствительностью (патент РФ: №1651327, H01J 49/40, опубл. БИ №19, 23.05.91 г.).

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 выбранный в качестве прототипа времяпролетный масс-спектрометр, содержащий коаксиально расположенные источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа и отражатель ионов, выполненный в виде сплошной резистивной пленки с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля, нанесенной на диэлектрическое основание (патент РФ: №2239910, 7 H01J 49/40, опубл. бюл. №31, 10.11.2004 г.).

Недостатком прототипа является невозможность компенсировать временной разброс ионов, вызванный их начальным разбросом по координате внутри пространства ионизации.

В основу изобретения положена задача повышения разрешающей способности устройств для анализа нейтрального газа при минимизации массогабаритных характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что во времяпролетном масс-спектрометре, содержащем коаксиально расположенные источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа и отражатель ионов, выполненный в виде сплошной резистивной пленки с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля, нанесенной на диэлектрическое основание, согласно изобретению ускоряющий промежуток источника ионов содержит кольцевые электроды, образующие нелинейный участок ускорения и ограничивающие его сетки, подключенные к резистивному делителю.

Сущность устройства поясняется чертежом, где изображена схема времяпролетного масс-спектрометра с нелинейным ускоряющим промежутком.

Времяпролетный масс-спектрометр содержит трубку дрейфа 1, источник ионов 2, кольцевые электроды 3, образующие нелинейный участок ускорения, ограничивающие его сетки 4 и 5, управляемый источник импульсного напряжения 6, подключенный к резистивному делителю 7, заземленные сетки 8, нелинейный отражатель 9, источник тока и напряжения 10, подключенный к резистивному делителю 11, приемник ионов в виде микроканальной пластины 12, устройство управления 13 и аналого-цифровой преобразователь 14.

Источник тока и напряжения 10 подключен к нелинейному отражателю через резистивный делитель 11, источник изменяемого во времени импульсного напряжения 6 подключен к ограничивающим нелинейный участок ускорения сеткам 4 и 5 и к кольцевым электродам через резистивный делитель 7, устройство управления 13 формирует управляющие сигналы для источника тока и напряжения 10 и управляемого источника импульсного напряжения 6, аналого-цифровой преобразователь 14 преобразует сигналы с приемника ионов 12 в цифровую форму для обработки в устройстве управления 13, трубка дрейфа 1 и сетки 8 заземлены.

Особенностью устройства является то, что напряжение на кольцевых пластинах 3 подбирается таким образом, чтобы внутри нелинейного участка ускоряющего промежутка реализовалось оптимальное распределение потенциала согласно выражению:

где d - расстояние между сетками 5 и 8, ϕ1 - ускорение на линейном ускоряющем промежутке, t(x0) - время пролета иона с нулевой энергией, стартовавшего от сетки 5.

При этом нелинейный отражатель 9 компенсирует возникший вследствие неравномерного ускорения ионов энергетический разброс и фокусирует ионы в плоскости приемника ионов 12.

Расстояние между кольцевыми электродами ускоряющего промежутка, как и их внутренний диаметр, должно быть выбрано достаточно малым для возможности точного восстановления нелинейного распределения потенциала. Отражающий потенциал на нелинейном отражателе 9 для отражения ионов должен превышать потенциал на сетке 4.

Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным источником ионов, содержащий коаксиально расположенные источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа и отражатель ионов, выполненный в виде сплошной резистивной пленки с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля, нанесенной на диэлектрическое основание, отличающийся тем, что ускоряющий промежуток источника ионов содержит кольцевые электроды, образующие нелинейный участок ускорения и ограничивающие его сетки, подключенные к резистивному делителю.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам пробоподготовки биоорганических, в том числе медицинских образцов для определения в них изотопного соотношения 14С/12С и 14С/13С с помощью ускорительного масс-спектрометра (УМС).

Изобретение относится к вакуумной технике, масс-спектрометрической технике и может быть использовано в области исследования газовой проницаемости материалов и задач, сопряженных с точным измерением газовых потоков.

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов путем определения их химических или физических свойств и может быть использовано для хромато-масс-спектрометрической идентификации контролируемых токсичных химикатов в сложных смесях в рамках мероприятий по выполнению Конвенции о запрещении производства, накопления и применения химического оружия, а также его уничтожении.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ образования бескапельного непрерывного стабильного ионного потока при электрораспылении растворов анализируемых веществ в источниках ионов с атмосферным давлением характеризуется отсутствием образования капель в начале процесса электрораспыления, что существенно упрощает процесс получения непрерывного стабильного и монодисперсного потока заряженных частиц в широком диапазоне объемных скоростей потоков распыляемой жидкости и, соответственно, стабильным ионным током анализируемых веществ, поступающих в анализатор, а также долговременной работой источника ионов без разборки и чистки.

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач в органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике при исследовании лабильных веществ с использованием метода «электроспрей».

Изобретение относится к области химического анализа примесных соединений и ионов в растворах. Основой изобретения является экстракция ионов или их образование из раствора, просачивающегося в вакуумную часть газодинамического интерфейса через трековую мембрану под действием атмосферного давления и электрического поля в каналах мембраны.

Изобретение относится к области спектрометрии ионной подвижности. Технический результат - увеличение разрешающей способности анализатора, например, по ионной подвижности в широком диапазоне времени открывающего затвор основного импульса.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при изготовлении спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Спектрометр содержит сигнальный 1 и гетеродинный 2 генераторы СВЧ, измерительный аттенюатор 3, смеситель опорного 4 и сигнального 5 каналов, циркулятор 6, измерительный резонатор 7 с элементом перестройки его резонансной частоты 8, УПЧ опорного 9 и сигнального 10 каналов, фазочастотные дискриминаторы 11 и 12, делители частоты 13 и 14, синхронные детекторы 15 и 16, опорный генератор 17, устройство синтеза частот 18, трехпозиционный переключатель 19, импульсный модулятор фазы 20, усилитель переменного тока 21 и импульсный демодулятор 22.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технологии получения заряженных частиц больших энергий, и предназначено для применения в области ядерной физики и технологии.

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований, и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения элементного состава собственной внешней атмосферы космического аппарата.
Наверх