Масс-спектрометр с электростатической разверткой масс- спектра

 

r, ОПИСАНИЕ

ИЗОЬЕЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и> 439303

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 04.07.72 (21) 1804714/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.08.74. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 22.01.75 (51) М. Кл. В 010 59/44

G 01п 27/62

Государст венный комитет

Совета Министров СССР ео делам изобретений и открытий (53) УДК 621.348.8 (088,8) (72) Авторы изобретения

Е. М. Клешков, Н. М. Нечаева, В, А. Павленко, А. Э. Рафальсон, М. Я. Цьтмберов и М. Д. Шутов

Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения

АН СССР (71) Заявитель (54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР C ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ

РАЗВЕРТКОЙ МАСС-СПЕКТРА

Изобретение относится к области массспектрометрии с электростатической разверткой масс-спектра.

Известно, что масс-спектрометры с электростатической разверткой масс-спектра и с постоянными магнитами обладают дискриминациями ионов по массам. Дискриминация по массам приводит к изменению чувствительности масс-спектрометра в процессе развертки масс-спектра.

Одной из самых существенных причин дискриминации по массам в масс-спектрометре является изменение условий прохождения пучка ионов в источнике ионов при изменении ускоряющего напряжения в процессе электростатической развертки масс-спектра.

Так, в источнике ионов типа Нира с электронной бомбардировкой ионов в ходе развертки масс-спектра потенциалы электродов меняются одновременно с изменением ускоряющего ионы напряжения, что необходимо для сохранения условий формирования пучка ионов в источнике независимо от величины ускоряющего ионы напряжения. Изменение потенциалов электродов источника ионов приводит прежде всего к изменению в условиях вытягивания из ионизационной камеры ионов, образованных при электронной бомбардировке, что ведет к изменению интенсивности выходящего из источника пучка ионов в процессе развертки и, как следствие, к дискриминации ионов по массам в масс-спектрометре.

Повышение минимального вытягивающего напряжения до величин, при которых вытягивается максимально возможное количество ионов, приведет к сильному увеличению ускоряющего ионы напряжения, что увеличивает габариты анализатора и постоянного магнита, 10 а также увеличивает приборный разброс ионов IIQ энергиям, и, как следствие, уменьшает разрешающую способность анализатора.

Кроме того, изменяются условия образования области ионизаци из-за влияния большо15 го вытягивающего поля на электронный пучок.

Известен масс-спектрометр, содержащий источник ионов, приемник ионов, анализатор с постоянным магнитом, устройства питания и регистрации, у которого для уменьшения

20 дискриминаций по массам вытягивающее напряжение в источнике ионов, приложенное между вытягивающим электродом и ионизационной камерой, остается постоянным в ходе изменения ускоряющего ионы напряжения.

25 Применение постоянного вытягивающего ионы напряжения приводит к изменению условий формирования пучка ионно-оптической системой источника ионов при изменении ускоряющего напряжения в ходе развертки, 30 что, в свою очередь, приводит к изменению

50 ширины и плотности пучка ионов, приходящих в область выходной щели источника, а следовательно, и к дискриминациям в масс-спектрометре. Кроме того, такая .конструкция источника ионов приводит к тому, что потенциал ускоряющего электрода неизоежно влияет на условия вытягивания ионов из ионизационной камеры.

Цель — уменьшение дискриминации ионов по массам.

Конструкция источника ионов, работающе-о в не изменяющихся условиях для всех ионов, обеспечивает равные наиболее эффективные для данного источника ионов условия образования, вытягивания, формирования и ускорения ионов, а развертка масс-спектра осуществляется дополнительным специальным электродом, на который подается напряжение сканирования и расположенным в анализаторе за ускоряющим электродом источника ионов.

Такая конструкция анализатора приводит к получению пучка ионов из источника одинаковой интенсивности и формы, независимо от массы исследуемого вещества. Полученный таким образом пучок ионов входит в область между ускоряющим электродом источника ионов и сканирующим электродом (электродом, определяющим необходимую для фокусировки в анализаторе скорость ионов данной массы). В этой области пучок ионов приобретает необходимую для данной массы скорость, не изменяя своей ширины, а следовательно, и интенсивности на выходе из щели сканирующего электрода в анализатор.

Обычно пучок ионов, выходящий из источника ионов, содержит ионы, обладающие некоторыми угловыми разбросами. Указанное обстоятельство приводит к тому, что ионы, входящие в поле между ускоряющим и сканирующим электродами под углом к оси источника ионов, будут двигаться по различным траекториям в зависимости от потенциала, приложенного к сканирующему электроду.

Таким образом, в данной конструкции исключаются такие существенные области дискриминации, как область вытягивания ионов из ионизационной камеры (где из-за малых начальных скоростей ионов влияние изменения условий прохождения пучка сказывается очень резко) и область формирования пучка ионов ионно-оптической системой источника ионов. Воздействие же поля между

Зо

З5 ускоряющим и сканирующим электродом на траектории ионов ослаблено тем, что ионы имеют большую энергию и малые угловые разбросы.

На чертеже представлена схема устройства, содержащего ионизационную камеру 1, вытягивающий электрод 2, фокусирующий электрод 3, ускоряющий электрод 4, область ионизации анализируемого вещества электронным пучком 5, камеру анализатора 6, постоянный магнит 7, коллектор ионов 8, сканирующий электрод 9.

Анализируемое масс-спектрометром вещество в виде газа или пара, попадающее в ионизационную камеру 1 источника ионов, ионизируется электронным пучком 5. Образованные ионы вытягивают с помощью вытягивающего электрода 2 и формируют в узкий пучок на уровне щели ускоряющего электрода 4 с помощью фокусирующей линзы, составленной из трех электродов — вытягивающего

2, фокусирующего 3 и ускоряющего 4, Сфокусированы ый пучок пропускают через щель ускоряющего электрода в поле между ускоряющим и сканирующим электродом 9, а затем через щель сканирующего электрода в камеру анализатора 6, где в поле постоянного магнита i происходит разделение ионов по отношению массы к заряду и фокусировка их по направлению. Затем ионы соответствующей массы, скорость которых обеспечивает их попадание на коллектор ионов 8, регистрируют соответствующими системами регистрации.

В процессе развертки масс-спектра на коллектор попадают ионы разных масс, что обеспечивается изменением напряжения, приложенного между сканирующим электродом и ионизационной камерой.

Предмет изобретения

Масс-спектрометр с электростатической разверткой масс-спектра, состоящий из источника ионов, приемника ионов, анализатора с постоянным магнитом, устройств питания и регистрации, отличаюцгийся тем, что, с целью уменьшения дискриминации ионов по массам, он снабжен дополнительным электродом, расположенным в анализаторе за ускоряющим электродом источника ионов и соединенным электрически с источником напряжения развертки. нстпчник ионоб

/(риемник ионЫ

Составитель Ю. Сухарев

Техред Т. Миронова

Редактор Л. Цветкова

Корректор Т. Гревиова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3723/6 Изд. № 1894 Тираж 651 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я(-35, Раушская наб., д. 4/5