Источник ионов

 

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий источник колли1«1рованного молекулярного пучка, источник ионизирующего излучения и ионизационную камеру , имеющую отверстия для прохождения ионизирующего излучения, закрытые экранирукздими сетками, а также . соосные отверстия для молекулярного и ионного пучков, отличающийся тем, что, с целью обогащения масс-спектра ионами исследуемлх соединений за счет дискриминации осколочных и фоновых ионов, от .верстие для выхода ионного пучка закрыто экраниру(ощей сеткой. 2, Источник ионов по п.1, о т личающийся тем, что, с целью повышения стабильности ионного тока, внутри ионизационной по разные стороны от оптической оси ;источника ионизирующего излучения расположены электроды, подключенные к источнику постоянного тока. 9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

XSO Н 01 Ю 49/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8, (21) 2906747/18-21 (22) 08.04 ° 80 (46) 30.06.84. Бюл. 9 24 (72) Л.А.Тараненко (53) 621.384 (088.8) (55) 1.Дж.Варнард. Современная массспектрометрия. М., 1957, с. 57, 73.

2.Авторское свидетельство СССР

9 433919, кл. Н 01 J 49/14, 1974. (54)(57) 1. ИСТОЧНИК. ИОНОВ, содержащий источник коллимированного молекулярного пучка, источник ионизирующего излучения и иониэационную камеру, имеющую отверстия для прохождения ионизирующего излучения, закрытые экранирующими сетками, а также соосные отверстия для молекулярного и ионного пучков, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обога.щения масс-спектра ионами исследуемых соединений за счет дискриминации осколочных и фоновых ионов, от,верстие для выхода ионного пучка закрыто экраниру10щей сеткой.

2. Источник ионов по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыаения стабильности ионного тока, внутри ионизационной камеры по разные стороны от оптической оси .источника ионизирующего излучения расположены электроды, подключенные к источнику постоянного тока.

951475

Изобретение относится к источникам ионов для масс-спектрометров и может быть использовано в аналитической масс-спектрометрии.

В масс-спектрометрической практике широкое распространение получили источники ионов типа Нира. В таких источниках молекулы исследуемого вещества ионизируются пучком электро..— нов или фотонов, а образовавшиеся ионы извлекаются через выходное от- 10 верстие или щель электрическим полем (1)

Недостатком известных источников является наличие фоновых и осколочных ионов ° 35

Наиболее близким к предлагаемому является истОчник ионов, включающий источник коллимированного молекулярного пучка и источник ионизирующего излучения, нонизационную камеру с отверстиями для прохождения молекулярного и ионного пучков и пучка ионизирующего излучения. При этом, молекулярный пучок и Ъучок образовавшихся ионов соосны, а отверстия для прохождения ионизирующего излучения закрыты экранирующими сетками )2)

В известном источнике ионов область пересечения электронного и молекулярного пучков (область ионизации) максимально приближена к плоскости выходного отверстия, а извлечение ионов осуществляется неоднородным электрическим полем, которое провисает в ионизационную камеру. через выходное отверстие и фокусирует на это отверстие образовавшиеся ионы, в том числе и те, у ко.торых векторы скоростей не совпада- 4О ют с направлением дрейфа молекуляр.ного пучка. Для целей масс-спектрометрического анализа смеси соединений желательно в общем масс-спектре смеси выделить молекулярные ионы, 45 соответствующие ее отдельным компонентам, Однако в таких конструкциях извлекаются не только молекулярные, но и осколочные ионы исследуемых соединений. Происходит взаимное на- 5() ложение индивидуальных масс-спктров; молекулярные ионы маскируются осколочными. Поэтому, не только количественный, но и качественный анализ смеси соединений по общему масс- 55 .спектру является сложной и трудоем-, кой задачей. другим недостатком известных конструкций ионных источников является присутствие в масс-спектре 60 ионов фонового газа, что ограничивает чувствительность и точность анализа даже чистых соединений.

Цель изобретения - обогащение масс-спектра ионами исследуемых сое- 55 динений за счет дискриминации осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа.

Поставленная цель достигается тем, что в источнике ионов, содержащем источник коллимированного. пучка, источник ионизирующего излучения и ионизационную камеру, имеющую отверстия для прохождения ионизтрующего излучения, закрытые экранирующими сетками, а также соосные отверстия для молекулярного и ионного пучков, отверстие для выхода ионного излучения пучка закрыто экранирующей сеткой.

Внутри ионизационной камеры по разным сторонам от оптической оси источника ионизирующего излучения расположены электроды, подключенные к источнику. постоянного тока.

За счет того, что отверстия в ионизационной камере закрыты экранирующей сеткой, дрейф ионов происходит в эквипотенциальном пространстве (или в однородном электрическом поле). На пути дрейфа к выходному отверстию молекулярный пучок обогащается молекулярными ионами за счет дискриминации осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа.

На чертеже приведена схема источника ионов.

Предлагаемый источник содержит источник 1 молекулярного пучка, продуцирующий молекулярный пучок, источник 2 ионизирующих электронов или фотонов, испускающий пучок ионизирующих частиц, ионизационную камеру 3 с отверстиями 4 и 5 для дрейфа молекулярного пучка и отверстиями б и 7 для дрейфа пучка ионизирующих частиц, закрытых ионизирующей металлической сеткой 8, и электродов 9 и 10, подключенных к источнику постоянного тока (на чертеже не показан).

Источник работает следующим образом.

При столкновении ионизирующих частиц с молекулами, движущимися в пучке, образуются молекулярные и осколочные ионы, у которых различны формы углового распределения импульсов и их величины. Молекулярные ионы в акте ионизации практически не получают добавочного импульса и сохраняют направление дрейфа через выходное отверстие 5 (для целей предлагаемого изобретения величиной импульса, который получает молекулярный ион в результате обмена кинетической энергией с налетающим электроном и величиной импульса отдачи в результате вылета электрона, можно пренебречь).

В отличие от молекулярных осколочные ионы образуются с кинематичес-, кими энергиями, величины которых за-

95|475

Составитель редактор С.Титова .Техред A ° Êèêåìåçåé

Корректор Л.Шеньо

Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ 4026/4

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 метно превышают энергию теплового движения, а уговое распределение их импульсов близко к изотропному, следовательно, большая часть осколочных ионов покинет молекулярный пучок.

Через выходное отверстие пройдут лишь те осколочные ионы, у которых вектор скорости совпадает с направлением дрейфа молекулярного пучка.

Молекулы. фонового газа движутся изотропно, поэтому лишь та часть 10 молекулярных и осколочных ионов фонового газа пройдет через выходное отверстие, у которых вектор скорости совпадает с. направлением дрейфа через это отверстие. 15

Такая дискриминация осколочных .ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа возможна, в частности, если область ионизации и участок дрейфа к выходному отверстию являются эквипотенциальной областью. Это достигается тем, что отверстия 4-7 для дрейфа пучков закрыты металлической сеткой 8. 25

Для того, чтобы уменьшить возмущающее влияние полей поверхностных и зеркальных зарядов, а также сил кулоновского взаимодействия ионов на траекторию молекулярных ионов, 3О в промежутке, включающем область ионизации и участок дрейфа к выходному отверстию, может быть приложено .однородное электрическое поле, парал лельное направлению дрейфа молеку- 35 лярного пучка (между электродами 9 и 10) .

Пример. Доля ы. осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа, которые пройдут через выходное отверстие, приближенно райна величине телесного угла, под которым выходное отверстие видно из области ионизации.

Для случая точечной области ионизации

1 л ! . 4118 где 5 — площадь выходноего отверстия; б — расстояние от области ионизации до плоскости выходного отверстия.

Для случая 8 = 3 см, $ = 0,01 см получают ос ъ 10 . Таким образом, в рассмотренном примере плотность осколочных ионов исследуемых веществ и ионов фонового газа (образовавшихся в области пересечения пучков) в области выхопного отверстия снижена по сравнению с их плотностью в области ионизации на 4 порядка, в то время как плотность молекулярных ионов практически не изменилась.

Применение источников молекулярных ионов позволяет существенно упростить решение аналитических задач по определению состава неизвестных смесей и использовать для решения таких задач сравнительно простые по конструкции масс-спектрометры.