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.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика включает задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения (M1) регулировки, регистрацию соответствующей амплитуды (А1) сигнала, задание второго, соответствующего молекулярной массе значения (М2) регулировки, отличающегося от первого значения (M1) регулировки, измерение соответствующей второй амплитуды (А2) сигнала, задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения (М3) регулировки, отличающегося от первого (M1) и второго (М2) значений регулировки, измерение соответствующей третьей амплитуды (A3) сигнала, определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений у и заданные значения регулировки в качестве значений х, определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения х максимума. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу структурно-химического анализа примесных соединений в растворах или газах. В способе предусмотрена экстракция ионов или их образование из раствора или газа, поступающего внутрь радиочастотной линейной ловушки газодинамического интерфейса через капилляр микронного размера. Испарение жидкости поддерживается притоком тепла от сверхзвуковой газовой струи, выходящей из подогреваемого канала. Струя направлена на выходной конец капилляра, который окружен цилиндрической оболочкой с входным отверстием для ввода струи, стимулирующей выход или образование анализируемых ионов. Возможно предварительное разделение анализируемых ионов из раствора по их изоэлектрическим точкам перед входом в капилляр и по подвижностям при движении внутри капилляра под действием электрического поля. Также ионы из газовой смеси и из раствора могут быть выделены благодаря различиям в адсорбируемости соответствующих соединений на стенках камеры и при различиях в скоростях выхода этих соединений из капилляра. Ловушка сопряжена с масс-анализатором, например времяпролетным масс-спектрометром с ортогональным вводом ионов. Техническим результатом является возможность характеризации биомолекул в растворах по равновесным вероятностям удерживания различных носителей заряда их отдельными функциональными группами. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к детекторному устройству, а именно к детекторам для спектрометров, которые могут быть использованы для обнаружения таких веществ как взрывчатка, наркотики, отравляющих веществ кожно-нарывного и нервнопаралитического действия и т.п. Согласно изобретению спектрометры включают интегральные емкостные детекторы, при этом интегральный емкостной детектор интегрирует ионный ток из коллектора с получением изменяющегося напряжения. Детектор имеет в своем составе коллектор, сконфигурированный для приема ионов в спектрометре, диэлектрик и пластину, перекрывающую коллектор, с противоположной стороны от диэлектрика. Детектор также имеет в своем составе усилитель. Предложен емкостной детектор со смещением. Изобретение обеспечивает возможность расширения динамического диапазона и снижение уровня шумов. 3 н. и 35 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, преимущественно для космических исследований и для применения в других областях при условиях жестких ограничений массы и габаритов. Способ основан на выталкивании ионов из ускоряющего промежутка нелинейным полем и отклонении ионов в бесполевом пространстве двумя парами отклоняющих пластин, формирующих динамическое электрическое поле. Технический результат - повышение разрешающей способности и чувствительности времяпролетных масс-спектрометров, работающих в режиме сепарации массовых линий. 2 ил.

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.

Наверх