Масс-спектрометр
СФюз СФветскик
Социалистически и
Республнк
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (1)871052 а (61) Дополнительное к авт. свид-еу (22) Заявлено 120177 (21) 2442075/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Опубликовано 071081. Бюллетень 149 37
Дата опубликования описания 07.1081
Р1) м. кл.з
G 01 М 27/62
В 01 0 59/44
ГесуаарстеекяыЯ кеиктет
СССР ее аеааи нзобретеяиЯ я открыткЯ (53) УДК 621. 384. .8(088.8) М..Л. Александров, Л.Н. Галль, Р.Н. Галль „ В.A. Павленко, В.Д. Саченко и Г.В. Фридлянский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
Специальное конструкторское бюро аналитического. приборостроения AH СССР (54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР
Изобретение относится к массспектрометрии,а именно к масс-спектрометрии высокого разрешения для химических исследований. Современные масс-спектрометры для точного определения масс ионов при анализе сложных органических соединений представляют собой статические приборы с высококачественной фокусировкой ионного пучка, которая достигается путем устранения аберраций, обусловленных энергетическим и угловым разбросом ионов, т.е. при помощи двойной фокусировки. Необходимые для двойной фокусировки поля формируются последова- 15 тельно расположенными электростати ческим конденсатором, обычно цилиндрического типа, и секторным магнитом с зазором постоянной высоты. Для описания полей, создаваемых этими эле- 20 ментами, создаются математические модели, с той или иной степенью .приближения описывающие истинную топографию поля. Длительное время при расчетах масс-анализаторов использова25 лась наиболее простая прямоугольная модель, в которой реальные оля заменялись полями, резко обрывающимися на границах, а учет действия рассеянных краевых полей, если токовые.име- 30 ли место, производился путем замены их эквивалентными по отклоняющему эффекту участками прямоугольного поля.
При расчетах по такой модели в урав- нения фокусировки входят следующие геометрйческие параметры ионно-оптической системы: радиусы центральной траектории "e г„,, углы поворота Че, Ч и плечи фокусировки 8„; С .,,- в е е п ою электрическом (индекс e ) и магнитном (индекс rn) полях, углы наклона первой и второй границ магнитного поля6, 8 и радиусы кривизны первой и второй границы магнитного поля Я„„,йо . Pen11 t шением уравнений фокусировки могут быть получены такие комбинации .этих параметров, при которых, в рамках принятой модели, достигается фокусировка по углу и по энергии, а также компенсируются наиболее существенные аберрации второго порядка в средней плоскости
Известен масс-спектрометр высокого разрешения, содержащий ионный источник, цилиндрический конденсатор и магнитный анализатор с однородным полем (1).
К недостаткам данного устройства относятся большие значения аберраций изображения, обусловленные высо871052 той щели источника ионов и угловой расходимостью пучка в вертикальном направлении, не позволяющие достичь достаточно высокой разрешающей способности и чувствительности.
Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и чувствительности масс-спектрометра.
Для этого в предлагаемый массспектрометр введены два выпуклых магнитных экрана, расположенные напротив соответствующих вогнутых границ полюсных наконечников, при этом радиусы кривизны магнитных экранов определяются формулай
R>=6-3 ф6 <в ссоз «Ь а ась — -МФн2 5 мр.q, - Р
Р+ Я 9 9 где R — радиусы кривизны магнитных экранов, плечи фокусировки магнитного анализатора от краев маг- Щ нитного анализатора из условий фокусировки пучка в горизонтальной плоскости, 3 - расстояние между краями экрана и полюсного наконечника, с р — параметры, зависящие от зазоров. магнита 21 и экранов
2Ь и от расстояния между ними B,,где 1 и Ь вЂ” половины величин зазоров магнитов и экранов, а радиусы закруг.лений прилегающих краев по-. люсных наконечников связаны с радиусами кривизны экранов соотношением
Я М Э где R< — радиусы вогнутости полюсных наконечников.
На чертеже представлена схема предлагаемого масс-спектрометра. 4О
Масс-спектрометр включает источник 1 ионов, электростатический конденсатор 2, промежуточную диафрагму
3, экран -4 первого края, электромагнит 5 с полюсными наконечниками сек торной формы, экран 6 второго края и приемник 7 ионов.
Place-спектрометр работает следующим образом.
Из источника 1 ионов выходит пучок ионов, ограниченный по вертикали высотой И„ щели. В электростатичес.ком цилиндрическом конденсаторе 2 пучок разлагается в спектр по энергиям, фокусируясь по горизонтальному углу в области диафрагмы 3, после чего попадает в секторное поле электромагнита 5. Размеры ионнооптических элементов схемы с учетом действия краевых полей. обоих фокусирующих элементов вЫбраны таким образом, чтобы обеспечить двойную фокусировку и компенсацию аберраций в средней плоскости. Кривизна границ магнитных экранов и связанных с ними границ по-.: люсных наконечников электромагнита 65 рассчитывается таким образом, чтобы совместным действием обоих краев в плоскости приемной щели полностью компенсировать искривление пучка, в том числе и создаваемое краевыми полями электростатического конденсатора. Путем вычисления эффектов краевого поля можно показать, что аберрации искривления в масс-спектрометрах с двойной фокусировкой, состоящих из последовательно расположенных электростатического цилиндрического конденсатора и секторного магнита с зазором между полюсами 2% и с экранами, имекщими зазоры 2Ь и расположенными на расстоянии 8 от первого и с3< от второго края полюсных наконечников, могут быть полностью устранены, если края этих экранов, прилежащие к полюсным наконечникам, будут искривлены с радиусами кривизны соответственно для первого и второго экранов
% =9< <6 В б ЬРЧф Ь1дО СИ\ — - -7П 1+р1, % и
3 01,%+%4Л
КЫ " 1 !у
P +(«y
При этом соответствующие края полюсных наконечников также искривляются, причем радиусы криввзны первого и второго краев определяются соответственно, соотношением
4Д Й
Э 42 где Р„2 и 2 — вспомогательные параI метры, связанные с заК,Ь 2И Й зорами следующими соотношениями
8 д -«к - Ь
Ъ
Ру
1 а„,2-К Ь и Ф.Р+ь2 )-мРь2
g9. 4Д "Л
Пучок ионов, прошедший магнитный анализатор, регистрируется на коллекторе 7 приемника ионов, щель которого установлена в фокусе этого анализатора. Благодаря действию краевых полей специальной форьы, сформированйых магнитными экранами совместно с краями полюсных наконечников, в предлагаемом масс-спектрометре изображение пучка у цели приемника представляет собой прямую линию, ширина которой, в основном определяется шириной выходной щели источника и не зависит от значений .вертикальных параметров, пучка. Это дает возможность использовать весьма протяженные по высоте щели источника и приемника, ограниченные только конструктивными параметрами, и является, таким образом, весьма эффективным средством повышения чувствительности и разрешающей способности масс-спектрометра.
871052
Формула изобретения где з
Составитель В.Мещеряков
Редактор И.Марголис Техред Ж.Кастелевич Корректор Г- Огар
Заказ 8767/30 Тираж 910 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35р Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Масс" спектрометр, содержащий источник ионов, электростатический цилиндрический конденсатор, магнитный анализатор с вогнутыми границами полюсных наконечников и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешанищей способности и чувствительности, массспектрометр снабжен двумя выпуклыми магнитными экранами, расположенными напротив соответствующих вогнутых границ полюсных наконечников, .при этом радиусы кривизны магнитных экранов определяются формулой — )5
Я вФ-it+ (Всиваов +Ъсмсей -Ми1" ) э r
- радиусы кривизны магнитных экрановр — плечи фокусировки магнитно- зл
ro анализатора от краев магнитного анализатора из условий фокусировки пучка
s горизонтальной плоскости, 8 - -расстояние между краями эк-. рана и полюсного наконечника, g,p — параметры, зависящие от зазоров магнита 2% и экранов 2Ь и от расстояния между ними 3, где ф и ф-половина зазоров магнитов и экранов, а радиусы закругле" ний прилегакщих .краев полюсных наконечников связаны с радиусами кривизны экранов соотношением н 9+3 где Ям — радиусы вогнутости полюсных наконечников.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Вершевский В.Б. и др. Массспектрометр высокой разрешающей способности для физико-химических исоле" дований. Материалы всесоюзной конфе" ренции по масс-спектрометрии. Л., 1972, с. 269.
