Датчик квадрупольного фильтра масс

(22) Заявлено 11.10,76 (21) 2411900/18 25 с присоединением заявки Ю Государственный комитет СССР до делам изобретений и отнрытий(23) Приоритет Опубликовано 25.01.80 Бюллетень3 Дата опубликования описания 28,0380(72) Автор изобретения . Э. П. Шеретов Рязанский радиотехнический институт(54) ДАТЧИК КВАДРУПОЛЬНОГО ФИЛЬТРА МАСС Изобретение относится к области ,масс-спектрометрии и может быть использовано при создании квадрупольных масс-спектрометров с высоким разрешением и чувствительностью.5Известны датчики квадрупольного фильтра масс, которые состоят из четырех цилиндрических либо гиперболических стержней 1Известен датчик квадрупольного фильтра масс четырех попарно противоположных стержней 12 . Стержни цилиндрические, постоянного сечения. Между двумя парами стержней (противоположныестержни электрически соединяются вместе) подается переменный с постоянной составляющей потенциал. В результате этого в объеме между стержнями образуется плоское квадрупольное поле (поле вдоль оси стержневой системы отсутствует). При этом анализируемые частицы двигаются вдоль стержневой системы с постоянной составляющей скорости вдоль ее оси. Недостатком известного устройства является постоянство скорости дВй- жения заряженных частиц вдоль оси системы и, как следствие этого, большая длина стержневой системы даже при средних разрешающих способностях прибора.Бель изобретения - создание такогоустройства датчика квадрупольного фильтра масс, в котором при той же разрешающей способности прибора значительно уменьшалась бы длина стержневой системы, либо увеличивалась разрешакхцая способность при сохранении длины стержней.Указанная цель достигается тем, что образующие рабочих поверхностей одной пары противоположно расположенных стержней вдоль оси системы являются сходящимися на величину ах, а образующие рабочих поверхностей второй пары стержней в том же направлении являются ра",ходяшимися на величину Ь У, определяемую соотношением: Ь, У=(2 У-ЬУ)= ЬХ (2 х- ьХ), где Хи У минимальное расстояние между соответВводим обозначения 45 получаем решения уравнения (4) в виде РОБЫ Ц 1" 3 ф 0052(1+9 2 1 АРоГНаиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован при отражении частиц от потенциального барьера и возвращении их во входную область стержневой системы. Для времени отраствующими стержнями на входе системыпо координатам ХУ, В поперечном сечении стержни могут являться ограниченными гиперболами.В рабочем объеме предлагаемого датчика распределение потенциала описывается уравнением %ХХ) = ЧО(Х-,,где Х, У, Е нормированы на расстояниемежду стержнями 1" при 2 О Уравйениедля электрода датчпса стержней определяется парой уравнений:+ 1 =Х-А+УХ (2)Уравнения (2) описывают в плоскости,перпендикулярной оси 2., гиперболы с зависимым от У- параметром.х- =+ 1 - дх. ЫИз (3) видно, что при 8=О предлагаемаясистема вырождается в известную, т. е.известная электродная система является20частным случаем предлагаемой. Из (3)видно, что расстояние между парой электродов, расположенных по оси Х (при8) О и 2.70 ),сувеличением д, уменьшается: 2х =1-сГЕ,а между парой, расположенный по оси, - увеличивается:дИз (Ц следует, что в предлагаемомдатчихе в отличие от известного вдольоси Х существует постоянное (не зависимое от Х и) поле, в зависимости от знака д ускоряющее либо тормозящее для анализируемых частиц,В соответствии с (Х) уравнеиемдвижения вдоль оси 2 можно записатьв виде8 г 402+ 2 0-2000 В 2(ьЧ,)1:а,)8 еО 4 аОГДЕ О Л ДЯ- Р,Ьо ожения 1 ;р о"о РоотрфРоМ 2(Ь +9 )зО Сб) поскольку для высоких разрешений прибо ра50%то р (1, иполучаем с высокой точностьюнотрРо (7) в таком случае, принимая, что отражение частиц происходит в конце стержневой системы получаем:ах(Таким образом, выбирая соответствуюгцую величину д можно за счет торможения частиц вдоль оси 7 значительно увеличивать время взаимодействия частиц с полем и, соответственно, разрешающую способность устройства. При Фиксированной разрешающей способности прибора можно значительно уменьшить требуемую длину стержневой системы датчиха.На чертеже изображен общий вид электродной системы предлагаемого устройства. Датчик состоит из четырех стержней 1,2,3 и 4, Противоположно расположенные стержни 1,3 и 2 и 4 электрически соединяются и между этими парами подается высокочастотная с постоянной составляющей разность потенциалов. Расстояние между противоположно расположенными стержнями на входе системы и на выходе соответственно различно.При этом из рисунка видно, что если при движении вдоль оси ,7 -,расстояние между одной парой стержней увеличивается, то при этом расстояние между поверхностями другой пары - уменьшается.Ионный поток вводится в датчик вдоль оси Е-. При прохождении вдоль стержневой системы заряженные частицы сортируются по массам и улавливаются располагаемым за стержнями коллектором ионов. Кроме приведенного на рисунке примера выполнения предлагаемого устройства, возможно выполнение стержней в виде конусов с малой хонусностью, При малой входной энергии ионов и больших рабочих напряжениях на стержнях можно стержни выполнять в виде цилиндров, но делать расстояние между стержнями переменным в соответствии с принципом, изложенным выше.Использование предлагаемого устро йства, талим образом, позволяет либо в 2 раза сократить длину стержневой системы при тех же параметрах масс-Фильтров, либо при той же длине в 4 раза10 Составитель Н. АлимоваС. Трапевский -Техред Л. Алферова . К едакто винская ПодписноССР з 9023/40 ЦНИИПИ Государ по делам изо 113035, Москв5 7116 увеличить разрешиащую способность прибора. Если положить постоянными и разрешающую способность и длину стержней, то использование предлагаемого устройства позволяет почти в 4 раза увеличить допустимый разброс по энергиям для входного ионного тока, что минимум во столько же раз увеличивает чувствительность прибора. Формула изобретения 1. Датчик квадрупольного фильтра масс, состоящий из четырех попарно противоположных друг другу стержней, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с пелью увеличения разрешающей способности и уменьшения габаритов датчика, образующие рабочих поверхностей одной пары про 20 тивоположно расположенных стержней вдоль оси системы являются сходящимися на величину Ь Х, а образующие рабочих поверхностей второй пары стержнейв том же направлении являотся расходящимися на величину Ь, определяемуюсоотношением где Х и- минимальное расстояниемежду соответствующимистержнями на входе системы по координатамХ и Ъ2. Датчик по н. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в поперечном сечнии стержни являются ограниченными гиперболами,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Слободенюк Г. И. "Квадрупольныемасс-спектрометры", Атомиздат, 1974,2, Патент США М 2,950.389,Н 01 У 39/36, 1960.