Призменный магнитный масс-спектрометр

 

1. ПРИЗМЕННЫЙ МАГНИТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник ионов, коллттматорную электростатическую линзу, отклоняняций магнит, фокусирующую электростатическую линзу и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, ярмо отклоняющего магнита вьшолненного в виде кольца, образованного вращением трапеции вокруг оси, проходящей через точку пересечения продолжений боковых сторон трапеции, в котором вырезан клиновидной участок двумя плоскостями, проходящими че?|ез ось вращения.А/1./«^toоосо00

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СоаЕЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g Н О1 J 49/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2647437/18-25 (22) 21. 07. 78 (46) 07.06.84. Бюл. N - 21 (72) В.М. Кельман и О. В. Павличков а (71 ) Институт ядерной физ ик и АН

КазССР (53) 621.384(088.8) (56) 1. Рик Г.P. Масс-спектроскопия, M. 1953, с. 36.

2. Кельман В.M. и др. Журнал технической физики, с. 36, 1966, с. 2028 (прототип). (54)(57) 1. ПРИЗМЕННЫЙ МАГНИТНЫЙ

МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий источ„„SU„„723980 ник ионов, коллиматорную электростатическую линзу, отклоняющий магнит, фокусирующую электростатическую линзу и приемник ионов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, ярмо отклоняющего магнита выполненного в виде кольца, образованного вращением трапеции вокруг оси, проходящей через точку пересечения продолжений боковых сторон трапеции, в котором вырезан клиновидной участок двумя плоскостями, проходящими через ось вращения.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что угол между плоскостями полюсом магнита составляет не более 20

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ ее с я тем,что расстояние между параллельными оси вращения краями полюсом не ме" нее чем в 4 раза превышает расстояние между полюсами.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано во всех отраслях науки и техники, где требуется масс-спектральный анализ.

Известны масс-спектрометры, в ко5 торых анализ исследуемого вещества по массам составляющих его элементов и соединений производится путем преобразования части этого вещества в 10 ионный пучок и магнитного анализа .последнего (1g.

Из известных масс-спектрометров наиболее близким по технической сущности к изобретению является призмен15 ный масс — спектрометр, состоящий из источников ионов, преобразующего исследуемое вещество в ионный пучок, коллиматорной электростатической ионной линзы, придающей ионному пуч20 ку параллельность, отклоняющей магнитной призмы с двумерным полем, осуществляющей разложение ионного пучка по массам составляющих его ионов, фокусирующей электростатической ионной

В

25 линзы, производящей фокусировку ионов на щель приемника ионов и самого приемника ионов с регистрирующим устройством (2 ). Для того чтобы указанный масс-спектрометр мог функцио30 нироваFb в соответствии с его теорией,. необходимо обеспечить двумерность его магнитного поля, т.е. не изменность напряженности поля в районе прохождения пучка при перемещении, параллельном некоторому одно35 му направлению. С этой целью поверхности полюсов магнита установлены строго параллельно друг другу, причем их края на входе и выходе из маг нита представляют собой параллельные

40 друг другу прямые линии. Однако несмотря на это, двумерность поля в точности соблюсти не удается из-за

2 магнитного сопротивления железа ярма и полюсов магнита. Действительно

Э напряженность поля в межполюсном зазоре подчиняется выражению щЕ НаЕ=Ипз, где Н вЂ” напряженность магнитного поля;

Ю вЂ” элемент замкнутой силовой линии магнитного поля, вдоль которой ведется интегрирование, n3 — количество ампервитков.

Первый интеграл, В, относится к участку силовой линии, лежащему в межполюсном зазоре, второй — к участку, проходящему по железу ярма и полюсов. Величина второго интеграла, представляющего собой падение ,магнитодвижущей силы в железе, неодинакова для различных силовых линий вследствие изменения их протяженности в железе, которое не компенсируется соответствующим изменением напряженности поля. Поэтому напряженность поля Н в межполюсном.зазоре будет меняться даже при взаимной параллельности обращенных к зазору поверхнос.тей полюсов и достаточном удалении .от их краев. Такое изменение напряженности поля в зазоре нарушает требуемую двумерность поля и приводит к некоторому размытию линейного изображения, образованного электроннооптической системой призменного массспектрометра в районе щели приемника, а следовательно, к уменьшению разрешающей способности масс-спектрометра.

Целью изобретения является создание призменного масс-спектрометра, у которого влияние магнитного сопротивления железа ярма и полюсов на

4)in З,ц

Н6

6 уyz i+ с(а Ц)

P(2Jl " (м- Ц) и в железе

Э 72398 требуемое распределение поля в зазоре существенно сниженно, и тем самым предотвращено связанное с ним уменьшение разрешающей способности.

Для достижения этой цели ярму маг5 нита масс-спектрометра придана форма кольца, образованного вращением трапеции вокруг оси, параллельной ее основаниям и проходящей через точку (в дальнейшем именуемую центральной) 10 пересечения продолжений ее боковых сторон, с двумя плоскостями, проходящими через ось вращения под небольшим углом друг к другу, в кольце, двумя плоскостями, проходящими через ось вращения, вырезан клиновидный участок, освобождающий место для межполюсного зазора. Таким образом, межполюсной зазор приобретает клиновидную форму, а поверхности полюсов-фор-gp му трапеций. Высота этих трапеций должна быть достаточно большой по сравнению с расстоянием между полюса. ми для того, чтобы параллельные оси вращения края полюсов были удалены 25 от зоны прохождения ионного пучка на расстояние не менее, чем в 4 раза превышающее средний зазор между полюсами и не влияли на поле в этой зоне. Кроме того, угол между плоскос-ЗО тями полюсов не должен быть более

20 . При выполнении последних условий поле в зоне прохождения ионного пучка будет таким, как если бы полюса были продолжены в одну сторону до

35 оси (трапеция при этом обращается в треугольник с вершиной в центральной точке на оси вращения), а.в другую — до бесконечности. B таком поле все замкнутые силовые линии, пересе- 4 кающие какую-либо прямую, проходящую через центральную точку (радиальную прямую), будут подобными кривыми, с центром подобия в центральной точке, так как все Расстояния, характеризую- 45 щие размеры и положение любой силовой линии пропорциональны расстоянию от центральной точки. Тогда из равенства (1) следует, что на любой радиальной прямой напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию г от центральной точки. При выводе этого результата не вводилось предположения о бесконечной магнитной проницаемости, и поэтому этот результат справедлив также и при учете конечного магнитного сопротивления железа.

Указанный результат можно увидеть при рассмотрении силовых линий, про-. ходящих в межполюсном зазоре на достаточно большом расстоянии от всех его краев, где влияние последних уже не сказывается. Подобные силовые линии имеют форму окружностей и для них выражение (1) приобретает вид где Н и (— напряженность Магнитного поля и длина. отрезка силовой линии в железе ярма, а Н и Гв — в межполюсном зазоре. Так как 1„и пропорциональны расстоянию от оси ,симметрии вращения р и, кроме того, Н,/ Н, =, где с — проницаемость железа, то имеем в межполюсном зазоре где o(, — угол между плоскостями полюсов.

Следовательно, напряженность поля обратно пропорциональна р, а так как на одной радиальной прямой у пропорционально r то, напряженность поля пропорциональна и

Поле указанного типа, напряженность которого для любой радиальной прямой обратно пропорциональна является полем клиновидной магнитной призмы. Такая призма (как и двумерная), оставляет падающий на нее параллельный пучок параллельным после отключения поля и обладает значительной дисперсией. Поэтому она может служить диспергирующим элементом масс-спектрометра, причем требуемое теоретически распределение магнитного поля в ней (Н вЂ ) в описанной

l конструкции магнита, в отличие от поля двумерной магнитной призмы прототипа, не нарушается из-за магнитного сопротивления железа ярма и полюсов. Поэтому на предлагаемом масс-. спектрометре может быть получено большее разрешение, чем на прототипе.

На фиг. 1 схематически изображен призменный магнитный масс-спектрометр в разрезе по плоскости, проходящей через ось симметрии вращения mm и середину межполюсного зазора; на фиг. 2 — в проекции на плоскость, перпендикулярную к оси.

723980

Корректор М.Демчик

Редактор Л.Утехина Техред C.Èèãóíoâà

Заказ 5498 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Призменный магнитный масс-спектрометр содержит источник ионов 1, коллиматорную электростатическую линзу 2, отклоняющий магнит с клиновидным межполюсным зазором 3, фокусирую- 5 щую электростатическую линзу 4 и приемник ионов с регистрирующим устройством 5. Иа ярмо магнита надеты катушки возбуждения (по черт. не показан) . 10

Электронный пучок, вышедший из источника ионов, становится параллельным после прохождения коллиматорной линзы и фокусируется полем рассеяния на входе в отклоняющий магнит, образуя линейный фокус. После прохождения поля рассеяния на выходе из магнита пучок снова становится параллельным и собирается фокусирующей линзой на щели приемного устройства. Иэ-за диспергирующего действия магнитного поля в зазоре между полюсами магнита в приемник попадают только ионы одной массы, что делает возможным снятие спектра масс путем изменения величины напряженности магнитного поля.

Использование магнита с ярмом кольцевой формы и клиновиднь|м зазором между полюсами позволяет получить распределение магнитного поля, более близкое к теоретическому, чем в прототипе, что приводит к увеличению разрешающей способности.