Масс-спектрометр

263256 О П И С А Н И ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 29,1.1968 ( 1213373/2с присоединением заявки21, 3/О Комитет оо делам зобретеннЯ и открытий при Совете Министров СССРПК 601 ПриоритетОпубликовано 0411.1970. Бюллетень7 Дата опубликования описания 5 Л 1,1970 УДК 543,51(088,8 АСС-СПЕ ЕТ Изобретение относится к масс-спектрометрам, в частности, для анализа остаточного газа в устройствах, в которых используется явление резонанса при движениями ионов в скрещенных переменном электрическом и постоянном магнитном полях.Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности известных масс-спектрометров.Отличительной особенностью предлагаемого масс-спектрометра является выполнение высокочастотных электродов в виде квадрантов с приосевым вырезом, внутри которых расположены сигнальные электроды. Приосевой вырез квадрантов имеет форму окружности. Количество высокочастотных электродов в несколько раз, например вдвое, превышает число сигнальных электродов,Преимущество предлагаемого масс-спектрометра заключается в том, что определяемые ионы при ускорении в зазорах между квадрантами получают вертикальную фокусировку и поэтому более длительное время, чем в омега- троне, пребывают в пространстве дрейфа. Длительное время пребывания ионов в резонансном приборе дает возможность повысить его разрешающую способность и чувствительность.Кроме того, благодаря резкому различию частоты питающего напряжения и частоты сигнала можно применять весьма чувствительныеузкополосные приемники,Иа чертеже изображено предлагаемое устройство.5 Устройство состоит из накаленного катода 1,ускоряющей диафрагмы 2, высокочастотныхэлектродов т, сигнальных пластин 4, соединенных через повышающий трансформатор Тр совходом узкополосного резонансного усилителя,0 и коллектора Б электронов, На высокочастотные электроды 3 подается напряжение высокойчастоты. Чтобы потенциал на оси устройстваоставался постоянным, переменное напряжениена электроды 3 снимается с делителя, состоя 5 щего из равных сопротивлений Р, и Р.Электроды 3 изготовляются в виде квадрантов. Внутри электроды 3 полые и соединеныдруг с другом попарно через один. Они расположены по окружности, так что каждый зани 0 мает 90, и отделены один от другого зазорами.Углы высокочастотных электродов, обращенные к оси устройства, срезаны по окружности.При подаче высокочастотного напряженияна систему электродов образуется вращающее 5 ся электрическое поле, частота вращения которого вдвое меньше частоты приложенного напряжения. Сигнальные пластины 4 расположены внутри высокочастотных электродов 8. Пооси устройства направлено сильное однородноеО манитное поле.пасвМ 65 Устройство работает следующим образом. Электроны, эмиттированные катодом 1, ускоряются диафрагмой 2, которая вырезает тонкий пучок электронов, фокусируемый магнитным полем. Электроны ионизируюг газ,вблизи оси устройства и улавливаются коллектором 5. Образовавшиеся ионы попадают под воздействие вращающегося электрического поля. Если циклотронная частота этих ионов равна частоте вращающегося электрического .поля, то радиус их вращения увеличивается, как это следует из теории омегатрона,В результат воздействия вращающегося поля ионы группируются по фазе, т. е. образуют пакет. По мере увеличения радиуса вращения резонансные ионы попадают внутрь высокочастотных электродов 3 и в дальнейшем ускоряющее действие высокочастотного поля испытывают только в зазорах между электродами 3. Зазоры действуют как фокусирующие электрические линзы, препятствуя рассасыванию пакета ионов на стенке электродов,Приближаясь к сигнальным пластинам 4, пакет резонансных ионов наводит на них переменный заряд, Таким образом, частоты выходного сигнала датчика равны частоте вращения ионов, т, е. циклотронной частоте, и однозначно определяют род создающих сигнал нонов, а величина сигнала определит количество ионов данного рода,Ионы, циклотронная частота которых значительно отличается от частоты вращения поля (в том числе и ионы с кратными массами и зарядами), останутся в приосевой области и не попадут внутрь высокочастотных электродов 3. Разделение масс, незначительно отличающихся по циклотронной частоте, производится выделением соответствующих частот выходного сигнала. Ионизирующий пучок электронов несколько смещен с оси устройства, что предотвращает возникновение двух, симметричных пакетов ионов, которые могли бы нейтрализовать сигналы друг другу на выходных пластинах.Как видно пз работы устройства, вращающееся электрическое поле использовано для развязки выходного сигнала от сигнала генератора высокой частоты, поскольку частота высокочастотного напряжения, равна в этом случае удвоенной циклотронной частоте резонансных ионов, и частота выходного сигнала равна циклотронной частоте ионов, Предлагаемое устройство позволит использовать узкополосные чувствительные приемники, что обеспечит ему более высокую чувствительность, а в ряде случаев и разрешающую способность по сравнению с устройствами аналогичного назначения, использующими на выходе усилители постоянного тока.Энергия вращающегося в магнитном поле иона равна 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 где е - заряд иона.Н - напряженность магнитного поля,Р - радиус вращения иона,М - масса иона.Тогда максимальная мощность сигнала пакета ионов определится выражением:р ЕОЧЧ2 М 1 - величина тока ионов.ПриЯ=-2 см и Н=5000 э приемники,с чувствительностью 10 4 - 10-1 д вт позволяют получить чувствительность всего устройства на 1 - 2 порядка выше, чем у омегатрона. Современные приемники имеют чувствительность до 10 8 вт,Разрешающая способность устройства определится из соотношения: где о, - циклоронная частота ионов, равная частоте выходного сигнала. Тогда = - НдМ М МУчитывая, что полоса частот приемника может достигать 2 - 3 кгц, для однозарядного иона при Н =5000 э может быть получерно разрешение 70 и 71 ат. ед. массы. Ввиду того, что зазоры между высокочастотными электродами 8 действуют как фокусирующие линзы на движущиеся заряды, уход ионов на стенки электродов будет относительно невелик даже при малых продольных размерах датчика предлагаемого устройства. Поэтому можно использовать значительно меньшие, по сравнению с омегатроном, магнитные зазоры, что позволит получить магнитные поля большей напряженности и большей однородности в радиальном направлении.В отличие от омегатрона его разрешающая способность в значительной степени не зависит от величины высокочастотного электрического поля. Следовательно, можно использовать относительно большое электрическое поле и, таким образом, получить по сравнению с омегатроном большие ионные токи при равных токах ионизирующего пучка электронов.В предлагаемом устройстве ионы не движутся вдоль оси вращения, поэтому высокочастотные и сигнальные электроды совмещены в одной плоскости,Предмет изобретения 1. Масс-спектрометр, основанный на явлении резонанса при движении ионов в скрещенном переменном электрическом и постоянном магнитном полях и,содержащий источник ионов, высокочастотные электроды, соединенные попарно, и сигнальные электроды, отличаюиийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, высокочастотные электроды выполнены в виде квадрантов, имеющих приосевой вырез, а сигнальЗаказ 131818 Тираж 500 Подписн ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров ССС Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ипография, пр, Сапунова,ные электроды расположены внутри квадрантов.2, Масс-спектрометр по п, 1, отличающийся тем, что приосевой вырез квадрантов имеет форму окружности. 3, 1 Часс-опектрометр по пп, 1, 2, отличающийся тем, что количество высокочастотных электродов в несколько,раз, например вдвое, превышает число сигнальных электродов.5