Монопольный масс-анализатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТЮЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистичвских

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 27.1178 (21) 2688903/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 300381. Бюллетень М 12 рцм. к,.

H 01 J 49/42

G 01 и 27/62

В 01 0 54/44

Государствеииый комитет

СССР

Il0 делам июбретеиий и открытий (53) УДК 621.384 (088.8) Дата опубликования описания 300381

1 (-. - Г и) ...

В.7. Черепин, И.Н. Дубинский и И.И. Украински, Ц ":: (, "- ."ли л..., д I ,1

Опытно-конструкторское технологическое бюро Инсти 9 4 т металлофизики AH Украинской CCP и Институт теоретической — .-физики AH Украинской ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) МОНОПОЛЬНЫЙ МАСС-АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к масс-спектрометрии, и может быть использовано в аналитических приборах для химического и изотопного анализа веществ.

Из в естен масс-спектрометр, анализатор которого содержит четыре полеобразующих электрода, выполненных в виде стержней с круглым поперечным сочением. Сепарация ионов по массам осуществляется в созданном электродами квадрупольном поле (1).

Недостатком устройства является большая металлоемкость и высокое потребление энергии. Кроме того, 15 оно не обеспечивает многоканальной сепарации.

Известен также монопольный массспектрометр, анализатор которого содержит два полеобразукших электрода, один из которых в сечении представляет собой прямой угол, а второй является стержнем круглого сечения.

Электроды создают часть квадрупольного поля, в котором осуществляется одноканальная сепарация ионов по массам 2 j;

Недостатком устройств а является то, что для обеспечения нормальных аналитических характеристик электроды должны быть выполнены с высокой точностью, что связано с определенными технологическими трудностями.

Наиболее близким является монбпольный масс-анализатор, содержащий систему полеобразукщих электродов, в которой внешний электрод представляет собой трубу квадратного сечения, а внутренний — стержень,с круглым поперечным сечением, расположенный коаксиапьно относительно внешнего электрода. Электроды создают квадрупольное поле, в котором осу- ществляется многоканальная сепарация ионов определенной массы в нескольких самостоятельных ионных пучках (3 .

Недостатком известного масс-анализатора является то, что на его электродах образуются диэлектрические пленки, на которые оседают ионы, имеющие нестабильные траектории. Оаевшие ионы образуют на диэлектрических пленках поверхностные зарядЫ, которые ухудшают разрешающую способность масс-анализатора. На внутреннем электроде диэлектрическая пленка образуется примерно через 48 ч работы, после чеГо масс-анализатор необходимо разбирать и чистить, что делает его неудобным в эксплчатации.

817801

Цель изобретения — повышение раз.решающей способности прибора.

ПОставленная цель достигается тем, что в монопольном масс-анализаторе, содержащем систему полеобразующих электродов, в которой внешний электтрод представляет собой трубу квадратного сечения, внутренний электрод выполнен в виде четырех электропроводных нитей, элек грически соединенных между собой и расположенных аксиально симметрично относительно осей симметрии внешнего электрода.

Расстояние между противолежащими нитями и сторона квадрата сечения внешнего электрода находятся в соотношении

15

2 = 0,4071 где 2 а — расстояние между противолежащими нитями; 20 (— сторона квадрата. сечения внешнего электрода.

Нити выполнены из высокоомных ме-.. таллов и сплавов. аыполнение внутреннего электрода в виде четырех электропроводных нитей и расположение их аксиально симметрично относительно осей симметрии внешнего электрода позволяет получить поле, структура которого близка к гиперболической. 30

Действительно, теоретические расчеты показывают, что потенциал системы квадрат-круг (для двумерного случая), на основе общего решения уравнения лапласа представляется в виде З5 двойного ряда Фурье (ХЧ) (2Иi1) +(2В+1l

Я (ТИ+ 1)

° 1=1 40 KУ Г Ва 1сь

6 и (2в 4)(oos, Ем 1)+oos (> ) 1 1 е

Потенциал C(,> обладает осью 45 симметрии четвертого порядка, совпадающей с осями симметрии квадрата, что позволяет получить аксиально симметричное квадрупольное поле с высокой.степенью точности, располагая ак- 50 сиально симметрично четыре электропроводных нити ° При- этом потенциал

Ф(„„> имеет в качестве одной иЪ эквипотенциалей окружность, центр которой совпадает с центром квадрата.

В результате расчетов получено, что при b, = 0,2035 поле в рабочей области обладает гиперболичностью с высокой степенью точности, а именно 10 4- 1О 8 т.е. при выполнении укаэанного соотношения, разрешающая d0 способность прибора оптимальна.

Выполнение нитей иэ высокоомных металлов и сппавов позволяет снять диэлектрические пленки за счет непосред.ственного прогрева путем пропускания g5 тока через нити без разборки массанализатора.

На чертеже схематично изображен монопольный масс-анализатор.

Устройство содержит внешний электрод 1, представляющий собой трубу квадратного сечения, четыре электропроводные нити 2, расположенные аксиально симметрично относительно осей симметрии внешнего электрода.

Расстояние между противолежащими нитями 2 (2b ) и длина внутренней стороны квадрата сечения внешнего электро;,а 1 находятся в соотношении

2 А = 0,407.

Нити выполнены из высокоомных металлов и сплавов, например, на основе вольфрама, платины. Предварительный расчет влияния толщины нити на гиперболичность создаваемого поля показал, что если диаметр нити удовлетворяет соотношению ф с0,244 то она вносит искажения в поле. Для реальной систеьы с внутренней стороны квадрата внешнего электрода Ь=20мм диаметр нити не должен быть больше ф, » О g8 мм.

Устройство работает следующим образомм.

При приложении постоянного и переменного напряжений к электродам 1 и 2, между ними образуется квадрупольное поле. Анализируеьые ионные пучки формируются источниками ионов (не показаны) и направляются в соответствующие места 3 ввода, в которых структура поля максимально приближается к гиперболической. При заданной величине приложенного потенциала, ионы с различными удельными зарядами е/в (где е — заряд, m - масса иона)., двигаясь с начальной скоростью вдоль оси систеьы, совершают колебанйя различного характера. Стабильными оказываются колебания ионов, масса которых может иметь значения н1 +д 1. Эти ионы проходят сквозь квадрупольную систему и достигают приемника ионов (не показан) .

Изменяя приложенный потенциал, создают условия,при которых стабильными становятся последовательно колебания ионов всех возможных значений масс.

Ионы этих масс выводятся на приемник ионов, где регистрируется полный масс-спектр °

При анализе веществ на электродах 1 и 2 образуются диэлектрические пленки, и хотя они образуются значительно медленнее чем у известных устройств, их необходимо убирать, поскольку они ухудшают аналитические характеристики масс-анализатора. Пленки убирают непосредственным прогревом пропускания тока через нити 2, при этом не требуется разбирать масс-ана8.1780 1

2 ь = 0,407L

Формула изобретения Составитель Н. Алимова

Техред М. Рейвес Корректор М. Шароши

Редактор Е.Дичинская

Тираж 784 -Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1474/64

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 лизатор, что значительно упрощает работу с ним.

Разрешающая способность предлагаемого масс-анализатора повышается на 50% по сравнению с известным.Кроме того, предлагаемое устройство обладает меньшим весом и потребляет значительно меньшую энергию. Так, при анализе тяжелого компонента смеси устройство потребляет 26 Вт, тогда как известное — 130 Вт.

Снижение веса и потребляемой мощности особенно важно при использовании предлагаемого монопольного массанализатора, в космической аппаратуре для научных исследований.

1. Монопольный масс-анализ атор, содержащий систему полеобразующих электродов, в которой внешний электрод представляет собой трубу квадрат.ного сечения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, внутренний электрод выполнен в виде. четырех электропроводных нитей, электрически соединенных между собой и расположенных аксиально симметрично относительно осей симметрии внешнего электрода.

2. Масс-анализатор по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что, расстояние между противолежащими нитями и сторона квадрата сечения внешнего электр да находятся в соотношении где 2а — расстояние между противолежащими нитями, Ь вЂ” сторона квадрата сечения внешнего электрода.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

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

2. Авторское свидетельство СССР

Р 433917, кл. G 01 и 27/62, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

9 418785, кл. G 01 и 27/62, 1972 (прототип).