Масс-спектрометр

Союз Советскик Социалистических Республик(51)М. Кл,Н 01 3 49/00 С 01 й 27/62 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы В.С. Ганзбург-Преснов и Б,Н. СокфовеСпециальное конструкторское бюро аналитического приборостроения Научно-технического обьединения м зоб;-., ееен и я(71) Заявитель АН СССР(54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР Изобретение относится к масс-спе"ктрометрии, в частности к масс-спек-,трометрам для изотопного анализа.Чувствительность и изотопическаячувствительность относятся к основным характеристикам масс-спектрометров, в частности масс-спектрометров для изотопного анализа. Ониопределяют количество вещества, требуемое для.анализа, и точность проводимых измерений,Известны масс-спектрометры, имеющие источник ионов, статический магнитный анализатор, приемник ионов, вкоторых для увеличения чувствительности и иэотопической чувствительности применен наклонный вход ионного пучка в магнитный анализатор. Этопозволяет увеличить про: ускание анализатора и, соответственно, повыситьчувствительность масс-спектрометра.Одновременно частично устраняетсярассеяние ионов на стенках камерыанализатора и повышается изотопическая чувствительность1 . Однако такие масс-спектрометры характеризуются бсльшими эаберрациями ионно-оптической системы и, следовательно, худшей Формой линии масс- З 0 спектра. Кроме того, рассеяние на стенках камеры анализатора устраняется не полностью, и поэтому не реализуется максимальная иэотопическая чувствительность, возможная для этих маса-спектрометров. Известен масс-спектрометр, содержащий источник ионов, статический анализатор и приемник ионов, в котором для повышения чувствительности и изотопической чувствительности применяется собирающая ионно-оптическая система, расположенная между источником ионов и масс-анализатором. В таких масс-спектрометрах при небольшой высоте ионного пучка, например в случае источников ионов с поверхностной ионизацией, осуществляется полное пропускание ионного пучка через камеру анализатора беэ столкновений ее со стенками и, таким образом, реализуется полная иэотопическая чувствительность с одновременно высоким значением общей чувствительности (21.Однако в масс-спектрометрии часто встречаются случаи, когда описанные вьюне устройства оказываются малоэФФективными, например в случаегазовых источников ионов с электронной бомбардировкой. Ионный пучок, формируемый такими источниками, имеет, как правило, большой размер в вертикальном направлении. При этом размер пучка в кроссовере после 5 прохождения описанной выше ионнооптической системы оказывается. больше высоты камеры анализатора и иэ-за рассеяния на ее стенках иэотопическая чувствительность резко уменьшается. Аналогичная ситуация возникает и в случае масс-спектрометров с наклонным входом ионного пучка в масс- анализатор. Для увеличения изотопической чувствительности в обоих случаях применяется коллимация ионного пучка диафрагмами, установленными на входе камеры анализатора, что вызывает уменьшение чувствительности масс-спектрометра в несколько раз, 20Цель изобретения - повышение общей и изотопической чувствительности масс-спектрометров.Указанная цель достигается тем, что между источником ионов и масс анализатором помещены две последовательно расположенные собирающие в вертикальной плоскости линзы и коллиматор вертикального размера ионного пучка, расположенный между ними.Эффект применения данной системы обусловлен тем, что при заданных размерах пучка частиц максимальное токопрогускание обеспечивается в случае ограничения размеров пучка в кроссовере и месте наибольшего сечения, При такой коллимации отсекаются крайние лучи ионного пучка, имеющие максимальные координаты и углы расходимости и, как правило, малую 40 интенсивность. Однако указанная коллимация невыполнима, если вертикальный кроссовер пучка, формируемого источником ионов, расположен в труднодоступном месте и является мнимым. Поэтому в предлагаемом массспектрометре при помощи собирающей линзы искусственно создают действительный вертикальный кроссовер в легкОдОступном месте прОизвОдят в 50 нем коллимацию пучка, а затем сформированный пучок транспортируют через масс-анализатор. Транспортировка ионного пучка осуществляется другой собирающей линзой. Коллиматор вертикального размера пучка устанавливается между этими линзами в месте кроссовера ионного пучка, а второй коллиматор - вблизи одной из линз.На фиг. 1 представлен предлагаемый масс-спектрометр; на фиг. 2 - Я вариант выполнения собирающих линз.Между источником 1 ионов и массаналиэатором 2 установлены две последовательно расположенные линзы 3 и 4, между которыми установлена диафрагма 5, являющаяся коллиматором ионного пучка в вертикальном направлении, Диафрагма 5 расположена в месте кроссовера пучка, который формируется линзой 3, Диафрагма б, ограничивающая ионный пучок в ме те его максимального сечения, устанавливается вблизи любой из линз, например перед линзой 3. Пучок ноно прошедший камеру 7 масс-анализатора регистрируется приемником 8 ионов. Собирающие линзы 3 и 4 могут быть выполнены, например, в виде одиночных линз (фиг. 2), и тогда роль диафрагмы б может выполнять первый заземленный электрод линзы 3 или 4,Предлагаемый масс-спектрометр ра ботает следующим образом.Пучок ионов, выходящий из источника ионов, попадает в линзу 3, при этом диафрагма б отсекает крайние лучи, обладающие максимальным углом расходимости. Как правило, доля ион ного тока, заключенного в них, незначительна, а при прохождении через масс-анализатор ионы вызывают максимальное рассеяние на стенках камеры 7 анализатора, Так как линза 3 является собирающей, то после про хождения через нее ионный пучок фокусируется в месте его кроссовера, диафрагма 5 отсекает крайние лучи пучка, имеющие максимальные координаты в вертикальном направлении.После прохождения кроссовера ион ный пучок вновь расходится и попадает в собирающую линзу 4, которая производит вторую фокусировку ионного пучка с целью его максимальног пропускания через камеру анализатора, При большой длине камеры анализатора и малой ее высоте оптическая сила линзы 4 должна быть такова, чтобы место второго фокуса ионного пучка находилось примерно в середине камеры анализатора. Проходя камеру 7 масс-анализатора, ионный пучок разделяется по массам, и ионы выделенной массы попадают в приемник 8 ионов, где регистрируются сис темой регистрации масс-спектрометра. Пучок ионов, сформированный линэои 3 и диафрагмами 5 и б, фокусируется линзой 4, при этом осуществляется полное пропускание ионного пучка камерой анализатора при отсутствии рассеяния на ее станках, те. при высокой изотопической чувствительности масс-спектрометра. в,Предлагаемое техническое решение обеспечивает наибольшее токопропускание при заданных размерах камеры анализатора и заданной высоте ионного пучка, выходящего из источника ионов . При этом чувствительность масс-спектрометра увеличивает.я в 2-3 раза по сравнению с известными устройствами при полном предот801137 Формула изобретения со слей оглроцц Составитель Н, АлимоваТехред Ж.Кастелевич Корректор В.Синицк Редактор И. Михее 44/72 Тираж 795 ПодпиИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб. д но Заказ лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,вращении попадания ионов на стенкикамеры анализатора. Масс-спектрометр, содержащий источник ионов, статический масс-анализатор, ионно-оптическую систему, расположенную между ними, и приемник ионов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения общей чувствительности и изотопической чувствительности масс-спектрометра,ионно-оптическая система состоит иэдвух последовательно расположенныхсобирающих в вертикальной плоскостилинз с коллиматором вертикальногоразмера ионного пучка, находящегосямежду ними. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Сговор И.-меч.5 с 1,3 чьГг. 22,1951. р. 717 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2459747,кл,О 01 й 39/34,1977 (прототип).