Квадрупольный масс-спектрометр

 

<11>817800

Союз Советскик

Социалистичаскик

Феслублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 0210.78 (21) 26 792 30/18-25 (51)М. Кл.з с присоединением заявки ¹â€”

Н 01 3 49/42

G 01 N 27/62

В 01 0 59/44 (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР ио делан изобретений и открытий

Опубликовано 300381. Бюллетень Р 12 (53) УДК 621. 384 (ОВ8.8) Дата опубликования описания 300 381 (72) Авторы изобретения И.Н. Дубинский, И.И. Украинский и В.Т. Череп (11) Заявитель (54 ) КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКГPONETP

Изобретение относится к электрон- но-физическоьСр приборостроению и предназначено для проведения массспектрального анализа веществ.

Известен квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор, в виде четырех гиперболических электродов теоретически неограниченной протяженности, и приемник ионов. В пространстэе между электродами создается квадрупольное радиочастотное поле, в котором происходит разделение по массам ионов )1).

Недостатками такого устройства являются технологические трудности изготовления гиперболических электродов, сложность их точной установки, известен квадрупольный масс-спект- 2О рометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор, состоящий из четырех полеобраэующих .электродов, выполненных в виде стержней с круглым поперечным сечением, и приемник ионов. радиуса круглого электрода к наименьшему расстоянию от поверхности круглого электрода до точки пересечения нулевых эквипотенциалей должно быть равно г )го =1,16 (2 1.

Замена гиперболических электродов круглыми значительно упрощает техно" логию изготовления электродов. массаналиэатора, однако это устройство обладает низким разрешением, так как йри расчете оптимальных параметров электрического поля не учитывается влияние зеркальных эффектов и искажений, которые вносят металлические поверхности вакуумной камеры.

Наиболее близким к предлагаемому является квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, массанализатор, в виде четырех цилиндрических электродов круглого сечения, помещенных в экран квадратного сечения,и приемник ионов. Известное устройство обладает более высоким разрешением благодаря наличию экрана (3 $

Недостатком известного устройства является его большие габариты, так как для устранения влияния экрана на распределение электрического поля внутри квадрупольной системы, необходимо иметь К ъ 10.

При этом, для приближения структуры электрического поля внутри анализатора к гиперболической, отношение ЗО

Опыт но-конструкторское т ехнологическсе бюро 9. „,.4

817800

Общим недостатком известных устройств является невозможность одновременной сепарации нескольких ионных пучков.

Цель изобретения — улучшение аналитических возможностей устройства.

Поставленная цель достигаетоя тем, что в известном квадрупольном масс-спектрометре, содержащем источник ионов, масс-анализатор, состоящий из четырех цилиндрических электродов круглого сечения, помещенных в экран квадратного сечения, и приемник ионов, . центры круглых электродов расположе ны аксиально симметрично на диагоналях квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длины диагонали, а гео метрические размеры электродов и экрана выполнены в соотношении

hj21, = 0,1855 — 0,1862

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. устройство содержит источники ионов (не показаны), масс-анализатор, состоящий из четырех цилиндричес ких электродов 1 круглого сечения, помещенных в экран 2 квадратного се65 где г — радиус электрода, 2 Ь - длина стороны квадрата.

Кроме того, для одновременной многоканальной сепарации ионов, в д5 устройство введены дополнительно по четыре ионных источника и приемника ионов, каждая пара которых уст ановлена на од. ой оси, причем, указанные оси совпадают с осью соответ30 ствующего тракта анализатора, расположенного в одной из вершин квадратного экрана.

Выполнение экрана в виде трубы квадратного сечения и размещение электродов указанным образом позволяет значительно снизить габариты ы устройства и получить, наряду с центральным квадрупольным каналом, четыре дополнительных монопольных канала, примыкающих к вершинам квадрата, 40 в которых эквипотенциальные линии электрического поля имеют форму гипербол. В результате, аналитические возможности прибора значительно расширяются пОскОльку ПОявляются вОз- 45 можности одновременно анализировать по пять самостоятельных ионных пучков.

Указанное соотношение геометрических размеров электродов и экрана, полученное из синтеза общег0 решения уравнения Пуассона,, представленного в виде двойного ряда Фурье, позволяет Обеспечить более строгую гиперболнчность электрического поля, при этом оптимальное соотношение Я =

0,3710 — 0,3725 и соответствует соотношению 1 (l = 1, 1110. чения, приемник ионов и систему питания (не показаны) . Экран выполнен в виде трубы квадратного сечения.

Электроды расположены аксиально симметрично на диагонали квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длины диагонали ° Противолежащие по диагонали электроды соединены попарно. Геометрические размеры электродов и экрана выполнены в соотношении

1-) 2Ь =О, 1855 — О, 1862.

Устройство работает следующим. Образом.

Анализирующие ионные пучки формируются источниками ионов, например источниками c . .электронным ударом, и направляются в квадрупольную систему, состоящую из электродов 1 и экрана 2 ° При приложении к двум противолежащим электродам 1 потенциала вида

4=Vcos (rat,»- м), где (.1 — постоянная составляющая потенциала, V — амплитуда переменной составляющей потенциала, соответственно круговая частота и начальная фаза переменной составляющей потенциала, время, В пространстве между электродами 1 создается аксиально-симметричное квадрупольное поле, в котором происходит разделение ионов по массам.

При заданных величинах 4,М и радиусе поля r который равен половине расстояния между противолежащими стержнями, ионы с различными удельными зарядами 6).1и (где m — масса, е — заряд иона), двигаются с начальной скоростью вдоль оси квадрупольной системы, и совершают колебания различного характера. Стабильными, т.е. не превышающиьж расстояния между противолежащими электродаьж, оказываются колебания ионов, масса которых может иметь значения

111 + и . Эти ионы проходят сквозь квадрупольную систему, достигают приемника ионов и регистрируются. Изменяя амплитуду Ч переменной составляющей или ее частоту 1 создают условия, при которых стабильными становятся последовательные колебания ионов всех возможных значений масс, выводят, таким образом, ионы этих масс на приемники ионов и регистрируют полный масс-cíåêòð.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает значительно меньшими габаритами, позволяет улучшить аналитические возможности известных устройств, поскольку оно

817800

yJgl. = 0,1855 — Î,1862

Формула изобретения

Составитель Н . Алимова

Техред T.1 .аптечка Корректор Н. Синицкая

Редактор Е.Дичинская

Заказ 1477/69 Тираж 784 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 обеспечивает многоканальную сепарацию ионных пучков, приближение структуры электрического поля к гиперболической с большей степенью точности, а именно 10 - 10, что дает возможность повысить разрешающую способность на 50%.

Перечисленные факторы дают возможность применения предлагаемого массспектрометра при автоматизации технологических процессов, где тре-, буется точная дозирбвка различных компонентов в широком интервале кон.центраций.

1. Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, массанализатор, состоящий из.четырех цилиндрических электродов круглого сечения, помещенных в экран квадратного сечения, и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью улучшения аналитических возможностей, центры круглых электродов 25 расположены аксианьно симметрично на диагоналях квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длины диаго. вали, а геометрические размеры электродов и экрана выполнены в соотношении где г - радиус электрода, 2L - длина стороны квадрата.

2. Масс-спектрометр по п.1, отличающийся тем, что, с целью одновременной многоканальной сепарации ионов, s него введены дополнительно по четыре ионных источника и приемника ионов, каждая пара которых установлена на одной осн, причем, указанные оси совпадают с осью соответствукщего тракта анализатора, расположенного в одной из вершин квадратного экрана.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Слободенюк Г.И. Квадрупольные масс-спектрометры. М., 1974.

2. ЗсоФсю У Е., Яюепнз)(ег t .Ñ. сан) hherEG996.

Веч,Sci 25,5, 485, 1954.

3. Авторскэе свидетельство СССР

9 463055, кл. G 01 и 27/62 1972 (прототип).