Масс-спектрометр

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТУ ного нно-оптив со стоа откловтор ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) ОФФис Насьональ дфЭтюд эде Решерш Ахроспасьаль О,Н.Э.Р.А. Юнивер" ситэ де Пари-Сюд (РК)(57) Изобретение касается масс-спектрометрии высокой яркости. елью изобретения является повышение разрешающей и пропускной способности за счет уменьшения аберрации отверстий второго порядка. Масс-спектрометр содер" жит источник ионов с выходной шельв и блоком передающей оптики, электростатический секторный и магнитнй анализаторы. Величины угла между Изобретение относится к сепаратору заряженных частиц или масс-спектрометру высокой яркости, предназначенному для одновременного детектирования и измерения нескольких элементов. Целью изобретения является повышение разрешающей и пропускной.щоской входной границей маганализатора и нормалью к иоческой оси масс-спектрометрроны отклонения пучка и углнения пучка в магнитном акалудовлетворяют соотношениюЕ 8 - с(6- Я) 2 .82 Блок электрофокусирующей оптики содержит расположенные до выходной щели источника две электростатическиелинзы с фокусом в радиальной плоскости в области выходной щели и рвсголоженную между ними щелевую линзудля создания параллельного в аксивльной плоскости пучка частиц в областивыходной щели ионного источника. Блокэлектрофокусирувщей оптики после выходной щели ионного источника содержит Фокусирующую линзу послеускорения, в фокусе которой расположенашестиполюсная линза, Вторая шестиполюсная линза расположена послеэлектростатического анализатора в точке его Фокуса. Линза для подачи кмагнитному анализатору параллельногов радиальной плоскости пучка частицвыполнена в виде квадрата4 з.п,Ф-лы, О ил,способности эа счет уменьшения аберрации отверстий второго порядка,На Фиг. 1 приведена схема спектрометра согласно данному изобретению, разрез в радиальной плоскости, на этом чертеже показаны два параллельных пучка, поступающих под разными углами падения на магнитый сектРР и два пучка соответствующих разлиЧ1600645 г б 7 б в Редакто аковс каз 3 3 Тираж 400 Подписнсударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 СССР при оизводственно-издательский комбинат "Патент Ужгород, ул. Гагари оставите Техред Л Н. Катиновардюкова Корректор Н.Короным энергиям" + 17, на Фиг. 2 - вид устройства, похожий на фиг. 1, но иллюстрирующий отделение в одном и том же пучке частиц, обладающих, двумя различными массами; на Фиг.3 участок схемы, иллюстрирующий в вертикальном сечении Форму пучка перед его входом в электростатический сектор, на Фиг, 4 - проекция устройст" Еа по Фиг.1; на Фиг. 5 - вертикальное сечение, иллюстрирующее Форму пучка в направлении, которое он имеет йосле выхода из магнитного сектора, ,йа Фиг.6 и 7 - то же, что и нв Фиг.2 М 3 в увеличенном масштабе, на Фиг.с дана более точная иллюстрация частого примера. выполнения изобретения, йа Фиг,9 для этого примера проиллюстрирована работа прибора с послеускорением, на фиг. 10 - то же, без послеускорения.В противоположность масс-спектрографам, в которых в качестве конечного детектора применяется Фотогра Ьическая пластина, масс-спектрометры не нуждаются в .том, чтобы их зона детектирования, Фокальная поверхность выхода магнитного сектора, была обязательно плоской. 30На входе спектрометра имеется блок 1 передавшей оптики. Характер передачи зависит от характеристик пучка частиц, подаваемого на вход или от "точечного источника" 2 частиц. 35 Блок 1 передающей оптики заканчивается на уровне входной щели 3, которая и является входом спектрометра.Как известно, спектрометр после входной щели 3 имеет электростатиче- щ ский сектор 4, а затем магнитный сектор 5., перед которым установлена щель отверстия 6. Весь этот комплекс средств предназначен для отклонения потока частиц в радиальной плоско- д сти, перпендикулярной большому размеру входной шели 3. Этой радиальной плоскостью и является плоскость рисунков 1 и 2.Известно, что основным элементом масс-спектрометра является его магнитный сектор 5, рассеивающее действие которого зависит одновременно и от массы частицы, и от ее энергии,ь Это рассеивающее действие выражается в том, что траектория частицы приобретает Форму дуги окружности, радиус которой зависит от массы и энергии частицы, Известно также сочетание магнитного сектора 5 с предшествующим электростатическим сектором 4. Электростатический сектор 4также оказывает рассеивающее дейст"вие, но только в зависимости от энергии частиц. При одновременном действии обоих этих секторов электростатический сектор компенсирует рассеивающее действие магнитного сектора,зависящее от энергии частиц. Такимобразом, в принципе на выходе магнитного сектора остается только рассеивающее действие, зависящее от массычастиц.Магнитными сектор 5 снабжен плоской стороной входа , размещеннойпод углом к оси пучка частиц, и выходной стороной 8, также плоской илежащей в плоскости, проходящей черех пересечение О (Фиг.2) входнойстороны 7 с осью пучка частиц. Притаком расположении угол отклоненияостается одним и тем же независимоот массы частиц. Этот угол вдвоебольше угла между выходной стороной8 и осью пучка частиц на входе магнитного сектора 6. Отсюда следует,что для пучка, параллельного на входе,Фокусирование частиц на выходе магнитного сектора происходит в плоскости 10, которая также проходит через пересечение 9,Дпя получения спектрометра с многочисленным детектированием и большой яркостью, а также с большой разрешающей способностью необходимокомпенсировать различные аберрации,вызываемые элементами спектрометраи рассматриваемые каждая в отдельности или в их сочетании.Первая аберрагия известна под названием аберрации отверстия второгопорядка магнитного сектора. Этот типаберрации обусловлен тем, что дветраектории, симметричные относительно центральной траектории на входе вмагнитный сектор, после выхода изэтого сектора пересекаются в точке,не находяшейся на центральной траектории. Смешение этой точки относитеьно центральной траектории пропорционально квадрату углового отклоненияа каждой секущей траектории относительно целтральног траектории (откудаи появляется второй порядок а )Первый аспект изобретения состоитв корригировании этого типа аберрацииотверстия второго горядка на уровнесамого магнитного сектора, Обозначимчерез поэициго 11 нормаль к оси пучкачастиц в точке, где начинается изгибтраектории, получавшейся под воздействием магнитного сектора 5, Буквой8 обозначим угол отклонения пучкачастиц в магнитном секторе 5. Аберрация отверстия второго порядка, созданные магнгиных сектором, для траекторий, расположенных в радиальнойплоскости, уничтожаготся, если этиуглы удовлетворяют следующему соотношению: с 6/2 ц(В - Я) = 2 г б/2 ер (6 - Я ) = 2 40 Так, для отклонения з магнитномсекторе БМ, равном 90, получаем КЯ = 1/2, т.е. с., = 26,56 Это соотнощение установлено исходя из коэФФициентсв аберраций, выявленных во время опытов с магнитными секторами различных конФигураций. Комбинируя некоторые коэФФициенты, можно установить приведенное выше соотношение, при соблюдении которого оказываются скорректированными аберрации отверстий второго порядка магнитного сектора. Именно это и является основным положением, которое позволило корригировать эти аберрации при любых геометрических размерах пучка, что соверщенно необходиИзобретение относится к масс-спектрометру очень высокой яркости, иначе говоря к прибору, воспринимаюшему пучок, геометрическая протяженность О которого очень велика, и способному к одновременному детектированию, благодаря чему коррекция аберраций становится очень сложной.Согласно изобретению рекомендует ся, чтобы входная сторона магнитного сектора имела. Соответствующий наклон, с тем,чтобы магнитный сектор был лишен аберраций отверстия второго порядка для всех ма с (для в, ех траекто- ; рий пучка, расположенньгх в радиальной плоскости), коне гно, прн у словии, что предварительно уже были ликвидированы аберраггигг электростатического сектора.Угол Е наклона входной стороны в зависимости от угла 6 отклонения магнитного сектора определяется по приведенному вьгце уравнению мо, гак как ижобретение преследуетцелью охват возможно более широкогопучка частиц,Существует вторичный эФФект, ко;срьдг состоит в том, что наклонвходной стороны. вводит плоскостьФокусирования (10) магнитного поляггагнита (это было известно и раньше).Использование приведенного вышее,соотношения дает возможность корригирсвания аберраций отверстий магнитадля траекторий, расположенных в радиальной плоскости, так, что остаются только аберрации, введенные электростатическим сектором, которыеможно ксрригировать при помощи расположенного перед магнитным секторомпгестигголюсника 12. Такая коррекцияаберраций отверстий второго порядка,связанных с магнитным сектором, самапс себе очень важна и, естественно,.может быть применена и в других видахспектрометров, отличавшихся от детально описываемого здесь,Пучек частиц, выходящий из электрсстатггческого сектора 4, имеетсужение в точке 13 (Фиг,2). Для того,гтобы гголучнть оптимальный эФФект отпервой коррекцнгд, вслед за точкой 13введены у.тройства, благодаря которым магнитный сектор получает пучок,параллельный в радиальной плоскости .Это достигается прн помощи одногоипн ггескольких четырехполюсников,таких как 14, установленных междуэлектгрсстатическим сектором 4 и магнитгым секторогг 5. Одним из способоввведения одного четырехполюсника 14лВллется такая установка прн котсргй его передний главный Фокус совпадает с точкой 13 сужения. Положениече 1 ырехполк сггика 14 выбирается так,чтобы наклон каждого параллельногог-учкэ, соответствующего различнымэнергиям, обеспечивал ахроматическоефункггисццрогзагпге на уровне черт,1) а сп сложен гЬГх В плОскО сти 1 О, ОднОзр гггго для всех масс, Эта особенгость проиллюстрирована на Фггг,1,где два параллельных пт .Ка, соответствугаггцгх энергггям Ч + Ьг" СФокусирсваны в одной и той же точке плоскосян 1 О (для бельгией ясности ординатанесколько растянута), Как это будетвидно .- Даггьггег,щем, точка 13 является дейгствнтельгыг изображением входнс . кгелгг 3, создаваемым электростэтиче-к;:м сектором в радиальной плос 1600645кости, Точно также на Фиг. 2 в радиальной плоскости показан параллельный пучок на его выходе из четырех".полвсника 14,На Фиг. 4 показано, что четырехполюсник 14 ввертикальйом сечении,наоборот, оказывает рассеивающее действие, Эторассеивающее действие, всвою очередь, компенсируется электростатической щелевой линзой 15. Такимобразом, на выходе этой линзы появг.:яется параллельный пучок частиц, который точно проходит через меньшийразмер щели отверстия 16,Если теперь снова вернуться к рассмотрению Фиг.2, то можно увидеть,что параллельный пучок (изображенныйдля упрощения как единственный пучок,обладавший средней энергией), выдаваемый четырехполюсником 14 в радиальной плоскости, проходит без изменений через шелевую линзу 15, чтобы затем войти внутрь щели большого размера отверстия .16, Сравнение с йиг,1 25показывает, что большой размер отверстия 16 обеспечивает проход параллельных пучков с различным хроматическим отклонением, поступающих от,четырехполюсника 14, с учетом диспер- ЗОсии энергии, существующей между электростатическим сектором 4 и магнитным сектором 5.В конце концов пучок частиц становится параллельным по двум его. поперечным направлениям после шелевойлинзы 15 и вплоть до входной сторонымагнитного сектора 5.Известно, что электростатическийсектор 4 и магнитный сектор 5 обладают каждый своим центром хроматиче 1ского вращения (прилагательное хроматическое" применена здесь в связис дисперсией энергии). Частицы, следувшие по центральной траектории поих входа в электростатический сектори обладавшие энергией, слегка отличавшейся от.номинальной энергии пучка, будут выходить из электростатического сектора 4 по отклоненнымтраекториям. В зависимости от энергии частиц отклоненные траекторииоказываются повернутыми вокруг не- .которой точки, которая называетсяцентром хроматического вращения,Аналогично этому и магнитный сектор 5 обладает своим центром хроматического вращения, к которому полж -ным сходиться под соответствующим углом частицы, имеющие близкие одна другой энергии и одну и ту же массу, после завершения их отклонения, т,е, в той же точке Фокальной плоскости 17 и под тем же углом (по совпадающим траекториям), какова бы ни была энергия.в полЬсе + Ь Ч. Таким обра" зом, достигается полная компенсация (первого порядка) энергетической дисперсии магнитной призмы, 11 ентров хроматического вращения имеется столько же, сколько различных масс.Однако, если отклонение траекторий на входе сектора 5 просто пропорционально разнице энергии .Ч с коэй" йициентом пропорциональности, одинаковым для всех масс, и эти траектории все же сходятся в одной точке йокальной плоскости 17 для данноймассы, то траектории частиц с раз-.личной энергией будут иметь раэличное отклонение.Согласно другой характеристикеизобретения предусматриваются средствадля сопряжения двух центров хроматического вращения электростатического сектора 4 и магнитного сектора5. Это можно легко осуществить путемсоответствующего увеличения при помощи четырехполюсника 14, чем достигается полная коррекция хроматическойили энергетической дисперсии пучкачастиц одной массы, при этом четырех"полюсник размещен так, чтобы прида-,вать частицам других масс другие траектории с соответствующими отклонениями .Теперь рассмотрим коррекцию аберра"ций отверстий второго порядка, кото- .рые появляются на уровне электростатического сектора 4. Эта коррекция восновном осуществляется при поможипервого шестиполюсника 18. Однакопервый шестипслюсник 18 работает втесном контакте. с элементами спектрометра как такового, а также совместно с его блоком 1 передающей оптики.Чтобы составить представление обоптической передаче и о входе спектрометра прежде всего обратимся к Фиг.1,2, 3,6, 7,Пучок заряженных частиц, приложенный к входу в блок 1 передающей оптики, имеет сужение в точечном источнике 2. Этот пучок ионов состоит изчастиц различной массы, обладающихразными кинетическими энергиями, ненамного отличающимися одна от другой.Среднее значение этой энергии, как и раньше, обозначим буквой Ч, выраженной в электроновольтах, а ее дисперсию - через + 11 Ч.Этот пучок в принципе обладает5 симметрией вращения в точке:точечно" го источника 2 и может состоять из вторичньгх ионов, испускаемых образцом, подвергнутым воздействию пучка первичных ионов, сосредоточенного на поверхности образца.Первая унипотенциальная электростатическая линза 19 дает изображе" ние тачки 2 в точке 20. Вокруг этой точки могут быть предусмотрены пластинки 21, позволявшие выполнять возможное рецентрирование пучка на оптической оси.После первой линзы 19 и, если это требуется, после пластинок 21 центрирования устанавливается шелевая линза 22. На Фиг.2 и 6 показано, что щелевая линза не оказывает никакого влияния на траектории ионов, лежащих врадиальной плоскости, И наоборот, ввертикальном сечении (Фиг,3 и.7) шелевая линза 22 сводит эти траекториив точку 23 сужения.Вторая электростатическая линза 24 30установлена после шелевой линзы 22,В радиальной плоскости (Фиг,2 и 6)линза 24 дает изображение точек "2" и20 в точке 25, расположенной на уровне входной щели 3 и отцентрированной35на ее оси,В вертикальном сечении(Фиг.3 и7) линза 26 размещена так, что ее Фокус близок к точке 23. Следовательно,.эта линза выдает параллельные лучи 40или траектории, развертываясь вдольвходной щели 3 по ее большому размеру (Фиг.7). Таким образом, увеличение на уров . не входной щели 3 радиальной плоскости получается путем влияния на потенциал возбуждения электростатических линз 19 и 26.Независимое регулирование траекторий, расположенных в вертикальной плоскости (Фиг. 3 и 7), достигается при помощи шелевой линзы 22.На входе спектрометра перед входной шелью 3 установлены с одной стороны собирательная электростатическая линза 27, которая делает возмож в . ным управляемое послеускорение, а после нее - первый шестиполюсник 18. Линза 28 в вертикальном сечении пучка частиц служит для сужения потока частиц в точке, расположенной перед электростатическим сектором 4, Первый шестиполвсник 18 отцентрирован на уровне этого сужения.Шестиполюсник 18 установлен для компенсирования аберраций отверстий второго порядка, создаваемых электрЬ- статическим сектором 4 для траекторий, расположенных в радиальной плоскости. Прежде всего, он не оказывает никакого влияния на траектории, рас" положенные в вертикальном сечении, и не вносит в них никаких изменений, в том числе аберраций типа В", благодаря тому Факту, что сужение пучка в зтом сечении находится в центре шестиполюсника аЛинза 28 послеускорения играет другую роль, заключающуюся в изменении угла отверстия спектрометра как такового. Соответственно сужение пучка, производимое блоком передавшей оптики, в точке 25 на уровне входной щели в радиальной плоскости, переносится в точку 27 линзой 28 послеускорения. Это позволяет увеличить яркость спектрометра после устранения наиболее существенных аберраций. В , результате послеускорейия энергия ионов Ч превращается в энергию Чр.На практике передняя главная плоскость линзы 28 послеускорения размещается в плоскости входной щели 4 так, что спектрометрвидит входную щель, расположенную в точке 29 в задней главной плоскости линзы 28. Лля такого спектрометра гауссовское иэображение остается без изменений. Для данной разрешаюшей силы увеличивается только располагаемый угол отверстия на входе.Как указывалось раньше, спектро метр устанавливают так, чтобы задний главный Фокус линзы 28 послеускоре,ния находился в центре шестиполюсника 18, в точке 30.Кроме того, послеускорение позволяет уменьшить энергетическую дисперсиго соотношения ЧЧ до отношения Ч/Чр, что в свою очередь, приводит к уменьшению смешанных аберраций и аберраций в (ЬЧЧр)С целью упрощения описания заявителя выбрали отношение 7/Чр порядка одной четверти, что потребовало для редакции отрицательных ионов энергии11, .порядка +5 кВ и расчета всех проводовспектрометра в цепях, расположенныхпосле линзы 28 поелеускорения, на на""пряжение +15 кВ.Спектрометр имеет второй шестиполвсник 12, расположенный после электростатического сектора 4 и отцентрированный на действительном изображении входной щели 3, которое даетэлектростатический сектор 4 в радиальной плоскости, Это позволяет уменьшить смешанные аберрации отверстия и:хроматические аберрации для траекторий, распможенных в радиальной плоскости, при обеспечении точной компенсации для выбранной массы, Центрирование шестиполюсника .12 в точке 13позволяет обеспечить коррекцию смешанных аберраций, не регулируя дляэтого шестиполюсник 18, которыйкорригирует аберрации отверстия (независимость регулировок).В описываемом здесь примере реа. лизации изобретения Фильтрование поэнергии производится перед блокомпередающей оптики,В одном из вариантов оно выполняется на уровне второго шестиполюсника 12. Таким образом, в этом варианте спектрометр имеет два шестиполюсника, обрамлявших щель Фильтрования по энергии (не показана).После второго шестиполюсника 12Энаходятся четырехполюсник 31, входнаялинза 15, щель отверстия 6 и, наконец, магнитный сектор 5,На Фиг. 1, 2, 4. показаны некоторыедетали магнитного сектора, Этот сектор имеет магнифг (не показан), который взаимодействует с двумя полюсныминаконечниками 32 и 33, Форма которыхпоказана на видах устройства в радиальной плоскости.Независимо от получения различныхкоррекций, уже описанных выше, изобретение позволяет значительно облегчить эти коррекции, осуществляя ихпри помощи регулировок, которые нетребуют перемещения отдельных элементов спектрометра и которые сделаныпо возможности независимыми один отдругого.Для этого сборка и регулировкаспектрометра производятся в следующем порядке:Прежде всего ставят на место электроСтатический сектор 4, относящийся к секторам сФерического типа, так 64512же, как и магнитный сектор 5, Вослеэтого ставят на свое место четырехполюсник 31, с тем чтобы заведомосоздать условия для соответствующего 5чнаклона хроматических траектории иполучения параллельности пучка, входящего в магнитный сектор. Затеи устанавливают щелевув линзу 15, служащую для корригирования расхождениячетырехпалюсника 22 в вертикальномсечении .После этого устанавливают щельотверстия 16, а также второй шестиполюсник 12, помешаемый в Фокусе че" 15 тырехполюсника 14.Перед электростатическим сектором4 устанавливают навстречу пучку частиц шестиполюсник 18, отцентрированный в выбранной заранее точке, как в 20 Фокусе, в вертикальном сечении, линзу28 послеускорения, входную щель 3вторую электростатическую линзу 26,шелевую линзу 22, пластинки 21 центрирования и, наконец, первую унипотен циальную электростатическую линзу 19,Все эти элементы могут быть размещены в заранее определенных положениях, которые в дальнейшем изменятьсяне будут.30 После этого производят дополнительные регулировки, выполняемые в следующем порядке; четырехполюсник 31 регулируется так, чтобы дисперсным поэнергии траекториям, выходящим из 35элек.гростатического сектора 4, при"давалось соответствующее отклонение,Линзу после ускорения с ее элементами регулируют так, чтобы точка 13сужения была в Фокусе четырехполюс О ника 14 и, следовательно, в центрешестиполюсника 12. Эта регулировкаобеспечивает параллельность в радиальной плоскости пучка, выходящего изчетырехполюсника 14 и позволяет скомпенсировать возможные деФекты положения, занимаемого четырехполюсником 14,йелевую линзу 22 оптики передачиРегулируют так, чтобы точка 30 сужения находилась в центре шестиполюсника 18. Специалист поймет, что прибор,таким образом, оказывается полностьюотрегулированным без какого-либо из 55 менения взаимного расположения егоэлементов,Точно так же нет необходимости осуществлять сбор отклоненных частиц навыходе из магнитного сектора 5, Час13 160064 40 тицы, имевшие различные массы, приходят на одну и ту же плоскость 10,Сепаратор частиц согласно изобретению позволит по образцу спектрограФа применять Фотографическую плас 5тинку для сбора отклонения частиц ианализа распределения масс.Согласно изобретению предпочтениеотдается размещению в Фокальной плоскости 1 О ряда отдельных коллекторов,например, такихкак электронные умножители, входная поверхность которыхчувствительна к ударам заряженныхчастиц, выходящих из магнитного секто ра 5.Теперь приступим к описание частного примера реализации изобретения,воспользовавшись Фиг.8 и последуюшими.Входной пучок, отрицательные ионы 20средней энергии 5 кВ образует пучоквращения, имеющий сужение в точке ионного источника 2. Полуугол при вершине имеет порядок 10 рад для разрешающей способности М/ДМ порядка 4000. 25В блок передающей оптики входят:электростатическая линза 19 - трикруглых электрода с центральнымиотверстиями диаметром 4 мм. Центральный электрод имеет потенциал 4670 В, 30а два других электрода, установленныхпо одну и по другую сторону от центрального электрода, имеет потенциалмассы;пластины 21 центрирования - четы 35ре пластинки из нержавеющей стали,имеющие активную поверхность размером 18 х 2 мм, создаюоие канал квадратного сечения. Расстояние междупротивоположными пластинками равно3 мм. Их центр расположен на уровнесужения пучка ионов;шелекая линза 22 " три электродас прямоугольными отверстиями, -большая ось которых лежит в радиальной 45плоскости, Центральный электрод имеет размеры 664, а два других электрода - 430 мм. Центральный электрод, получающий напряжение - 5 кВ,установлен на расстоянии 66,5 мм отоси линзы 22.Электростатическая линза 22 идентична линзе 19, разница между нимилишь в том, что ее центральный электрод имеет потенциал - 4310 В. Этотэлектрод размешен на расстоянии 36 ммот центра шелевой линзы 22 и на расстоянии 30 мм от входной линзы 3, расположенный выше,5 , 14Масс-спектрометр 2:входная щель 3 " прямоугольноеотверстие размером 0,024 к 08 мм сактивным послеускорением), имевшееразрешающую способность по массеМ/ДМ = 4000, Большая ось щели перпендикулярна радиальной плоскости, Размеры щели регулируются по осям Х и У 1электрод 28 послеускорения - дисктолщиной 8 мм с отверстием, имеющимвнутренний диаметр 14 мм, изолированный алюминиевым цилиндром, Этот дискимеет потенциал +10 кВ при работе в,качестве послеускорителя, при этомэлементы, расположенные в переднейчасти, имеет опорное напряжение+ 15 кВшестиполесник 18 - шесть цилиндрическчх стержней диаметром 8 и длиной36 мм. Их осн равномерно распределе"ны по цилиндрической поверхности диаметром 24 мм, Разность потенциаловдвух соседних стержней равна +36 Впопеременно, Центр шестиполесниканаходится в 52 мм после электрода 28и в 43 мм перед входной плоскостьюэлектростатического сектора;электростатический сектор 4 - уголоотклонения 90 , Два концентрическихучаспка сферы радиусами 94 и,106 ми,Разность потенциалов, приложенных квнутренней и наружной сферам, составляет +4819,в В. На входе и выходеимеется защитные. щели, служащие дляограничения утечки электрического поЛЯ,шестиполюсник 12 - такой же, каки шестиполесник 18. Разница заключается только в том, что длина стержнейравна 72 мм, а разность потенциаловравна +702,5 В. Центр шестиполюсника находится в 77 мм после выходнойстороны электростатического сектора 4;четырехполюсник 14 вчетыре цилиндрических стержня диаметром 24 мми длиной 100 мм. Оси этих стержнейравномерно распределены по цилиндрической поверхности диаметром 46 мм,Разность потенциалов попеременно составляет +46,4 В, Стержни с отрицательным потенциалом должны лежать врадиальной плоскости;шелевая линза 15 имеет такую жеконструкцию, как и линза 22. Центральньй электрод имеет отверстие размером 470 мм, электроды, расположенные по краям, имеет отверстия5 160 размером 10 ф 60 мм, Потенциал центрального электрода соответствует Фокус" ному расстоянию 173 мм. Он отстоит на 119 мм после центра четырехполюсника 14,щель отверстия 16 имеет размеры 507 для разрешающей способности по массе М/ЬМ4100. Большая ось щели расположена в радиальной плоскости,"магнитный сектор 5 - магнитная цепь из мягкой стали П- образного сечения. Междужелезное пространство магнита - 8 мм. Полезный радиус траектории - от 70 до 350 мм, Магнитная индукция может регулироваться с точностью до 1 Тл.оУгол входной стороны 1- = 26 56 (1 8 = 1/2).Угол отклонения а = 90оУгол выходной стороны 1/2 = 45Угол плоскости 10 фокусирования 53 13Магнитная цепь имеет потенциал массы, но немагнитные электроды, размещенные внутри имеют потенциал +15 кВ при работе в качестве после- ускорителя. Магнитный шунт ограничивает утечку поля с входной стороны магнитного сектора, На верхней части плоскости 1 О фокусировки находится узел.мультиколлектора состоящего из ионно-электронных преобразователей послеэлектронных умножителей.Оптические элементы (за исключением магнита) установлены на детали конструкции, изготовленной из нержавеющей стали, которая Фиксирует взаимное расположение различных уСтройств и служит вакуумной камерой. Группа криогенных насосов обеспечивает получение требуемого сверхвысокого вакуума. Магнит соединен с предшествующим устройством эластичной герметичной системой, в которую входят элементы механического выравнивания оптических осей по одной линии.При последующем описании обращаться к Фиг. 9, 10, которые иллюстрируют работу системы при наличии послеускорения и без него.До шелевой линзы 22 траектории остаются такими же, как и раньше, и находятся в радиальной плоскости и в вертикальном сечении.На фиг 9 показано, что в радиаль;ной плоскости траектории без ускоре 0645 16ния проходят через шелевую линзу 22,чтобы сходиться к второй электростатической линзе 26 и фокусироваться в5точке 25. Однако линза - электрод 28послеускорения, имеющая потенциал до10 кВ, создает мнимую фокусировку вточке 29 по ходу лучей вспектрометре, Таким образом, из этой точки.находят траектории, поступающие в шестиполюсник 18. Для конкретных числовых значений величин, описанныхранее, расстояние между точками 29и 25 равняется 11 мм.В вертикальном сечении (Фиг;9)эти траектории деФормированы шелевойлинзой 22. При этом остаются параллельными до плоскости 33 (Фиг,8),после которой они слегка сходятся,20 с тем чтобы пройти через шелевое отверстие 3 в плоскости 34 (фиг.9) и,таким образом, получить окончательное направление, идущее к точке 30сужения, в которой отцентрирован25 шестиполюсник 18,Фокусные расстояния этих линз равняются, мм:для линзы 19 Г 11 = 15для линзы 22 Г 13 = 9,4430 для линзы 2414 = 19,88для линзы 28 й 21 = 97При работе без послеускорения(Фиг.10) имеет место только один эффект собирательной линзы, создаваемый линзой 28. Следовательно, точка25 остается связанной с точкой 30,из которой как быисходят траектории,которые находятся после линзы 28 врадиальной плоскоСти,40 В вертикальном сечении 1 О регулировка оптической передачи изменена так, чтобы траектории начиналисходиться тотчас же после выхода извторой электростатической линзы 26.Они проходят через входную щель 3,несколько раньше сходясь до уровнялинзы 28 и окончательно сходясь в тойже точке 29 сужения, что и в предыдушем случае,50 Величины Фокусных расстоянии приэтом:Г 11 и Г 14 остаются такими же;для линзы 22 Г 13 = 8,30 мм;для линзы 28 т 21 = 139,09 мм,Если при работе с послеускорениемувеличение на уровне входного отверстия равняется епинице, то при работе без послеускорения между изображениями, расположенныпж в точке 29и160 йд 6/2 Е 8(6- 8) = 2,изображением в точке 30 имеется увеличение в 1,32 раза,Отсюда следует, что послеускорение, сопровождаемое зФФектом сходимости, вызванным дополнительным электродом, соответствует особенно" стям независимой регулировки, которыми обладает устройство согласно изоб-. ретениа, - изменяется только величичина электрических напряжений.Некоторые из элементов описанного выше спектрометра могут быть. заменены эквивалентными элементами. Так, единственный четырехполвсник 34 может быть заменен двумя четырех-полвсниками. Возможно использование и других элементов, эквивалентныхчетырехполвснику, а также шестиполвсникам, электростатическим линзами.шелевым линзам. Ф о р м у л а и з.о б р е т е н и я 1. Масс -спектрометр, содержащий источник ионов с выходной щельв, блок электроФокусируюшей оптики, электростатический секторный анализатор, линзу для подачи к магнитному анали- затору параллельного в радиальной плоскости пучка частиц и магнитный анализатор с входной щелью и плоской . входной границей, неортогональной к ионно-оптической оси масс-спектрометра, причем плоская выходная граница расположена в плоскости, проходящей через пересечение входной границы с ионно-оптической осью масс-спектрометра, о т л и ч а ю Ш и й с я тем, что, с цельв повышения разрешающей и пропускной способности за счет уменьшения аберрации отверстия второго порядка, величины угла между входной границей магнитного анализатора и 0645 18нормальв к ионна"оптической оси массспектрометра со стороны отклоненияпучка и угла 8 отклонения пучка в 5магнитном индикаторе удовлетворявтсоотношенив 2. Иасо-спектрометр по и.1, о т "л и ч а в щ и й с я тем, что блокзлектроФокусирувшей оптики содержитрасположенные до выходной шелк источника две электростатические линзы с Фокусом в радиальной плоскостив области выходной щели ионного источника и расположеннувмежду нимищелевую линзу для создания параллельного в аксиальной плоскости пучка частиц в области выходной щели20 ионного истоника,3. Масс-спектрометр по пп,1 и 2,о т л и ч а в ш и й с я тем, чтоблок электроФокусирувщей оптики после выходной щели ионного источника25 содержит Фокусирувщув линзу послеускорения, в Фокусе которой расположена шестиполвсная линза,ф4. Масс-спектрометр по пп.1 "3, о тл и ч а ю ш и й.с я тем, что он3 О содержит вторую шестиполюсную линзу,расположеннув после электростатического секторного анализатора в точкеего Фокуса.5. Масс-спектрометр по п, 1, о тл и ч а в щ и й с я тем, что линза35для подачи к магнитному анализаторупараллельного в радиальной плоскости.пучка частиц выполнена в виде квадруполя, задний Фокус которого совпадает,10 с Фокусом электростатического секторного анализатора в радиальной плоскости, причем после квадруполя установлены средства для компенсации расхождения пучка в аксиальной плоскости,