Квадрупольный масс-спектрометр

11817800 Союз Советскик Социалистическик республикОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл.з с присоединением заявки Нов Н 01 3 49/42 6 01 М 27/62 В 01 0 59/44(23) Приоритет -Государственный комитет СССР ио делан изобретений и открытийДата опубликования описания 300 381(12) АвторыИ. Н. Дубинский, И. И. Украинский и В.Т. Череп изобретеии 11) Заявитель Огд 1 тно-конструкторско Института металлофизи технологическое бюроАН Украинской ССР(54) КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОЬП"ТР Изобретение относится к электрон-но-физическоьС приборостроению ипредназначено для проведения массспектрального анализа веществ.Известен квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов,масс-анализатор, в виде четырехгиперболических электродов теоретически неограниченной протяженности,и приемник ионов, В пространстэе между электродами создается квадрупольное радиочастотное поле, в которомпроисходит разделение по массам ионов 1.Недостатками такого устройстваявляются технологические трудностиизготовления гиперболических электродов, сложность их точной установки,Известен квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов,масс-анализатор, состоящий из четырех полеобраэующих.электродов, выполненных в виде стержней с круглымпоперечным сечением, и приемник ионов. При этом, для приближения структу ры электрического поля внутри анализатора к гиперболической, отношение радиуса круглого электрода к наименьшему расстоянию от поверхности кругло"го электрода до точки пересечения нулевых эквипотенциалей должно бытьравно г )го =1,16 2 1.Замена гиперболических электродовкруглыми значительно упрощает техно"логию изготовления электродов. массаналиэатора, однако это устройство обладает низким разрешением, так как йрирасчете оптимальных параметров электрического поля не учитывается влияниезеркальных эффектов и искажений, которые вносят металлические поверхностивакуумной камерыНаиболее близким к предлагаемомуявляется квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, массанализатор, в виде четырех цилиндри ческих электродов круглого сечения,помещенных в экран квадратного сечения,и приемник ионов. Известное устройство обладает более высоким разрешением благодаря наличию экрана 13Недостатком известного устройстваявляется его большие габариты, таккак для устранения влияния экранана распределение электрического полявнутри квадрупольной системы, необходимо иметь К10.Общим недостатком известных устройств является невозможность одновременной сепарации нескольких ионных пучков.Цель изобретения - улучшение аналитических возможностей устройства.Поставленная цель достигавтоя тем, что в известном квадрупольном масс-спектрометре, содержащем источник ионов, масс-анализатор, состоящий из четырех цилиндрических электродов круглого сечения, помещенных в экран квадратного сечения, и приемник ионов, центры круглых электродов расположе ны аксиально симметрично на диагоналях квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длины диагонали, а гео метрические размеры электродов и экрана выполнены в соотношении 21 = 0,1855 - 0,1862 20 На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.Устройство содержит источники ионов (не показаны), масс-анализатор, состоящий из четырех цилиндричес ких электродов 1 круглого сечения, помещенных в экран 2 квадратного сегде г - радиус электрода,2 Ь - длина стороны квадрата,Кроме того, для одновременноймногоканальной сепарации ионов, в 2устройство введены дополнительно почетыре ионных источника и приемникаионов, каждая пара которых установлена на од.ой оси, причем, указанные оси совпадают с осью соответЗОствующего тракта анализатора, расположенного в одной из вершин квадратного экрана.Выполнение экрана в виде трубыквадратного сечения и размещениеэлектродов указанным образом позволяет значительно снизить габариты ыустройства и получить, наряду с центральным квадрупольным каналом, четыре дополнительных монопольных канала, примыкающих к вершинам квадрата, 40в которых эквипотенциальные линииэлектрического поля имеют форму гипербол. В результате, аналитическиевозможности прибора значительно расширяются( поскОльку появляются ВОз-4можности одновременно анализировать по пять самостоятельных ионныхпучков.Указанное соотношение геометрических размеров электродов и экрана,полученное из синтеза общего решенияуравнения Пуассона представленногов виде двойного ряда Фурье, позволяет Обеспечить более строгую гиперболичность электрического поля, приэтом оптимальное соотношение Я =0,3710 - 0,3725 и соответствуетсоотношению "с = 1, 1110. чения, приемник ионов и систему питания (не показаны) . Экран выполнен в виде трубы квадратного сечения. Электроды расположены аксиально симметрично на диагонали квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длины диагоналиПротиволежащие по диагонали электроды соединены попарно, Геометрические размеры электродов и экрана выполнены в соотношении.2 Ь =О, 1855 - О, 1862.Устройство работает следующим образом.Анализирующие ионные пучки формируются источниками ионов, например источниками с электронным ударом, и направляются в квадрупольную систему, состоящую из электродов 1 и экрана 2При приложении к двум противолежащим электродам 1 потенциала видаО -ЧсО 5 (юФ + 9),где Ц - постоянная составляющая потенциала,Ч - амплитуда переменной составляющей потенциала,соответственно круговая частота и начальная фаза первменной составляющей потенциала,с - время.В пространстве между электродами 1создается аксиально-симметричноеквадрупольное поле, в котором происходит разделение ионов по массам.При заданных величинах М,Ми радиусе поля г, который равен половине расстояния между противолежащимистержнями, ионы с различными удельными зарядами 61 Ф (где в - масса,е - заряд иона), двигаются с начальной скоростью вдоль оси квадрупольной системы, и совершают колебания различного характера. Стабильными, т,е, нв превышающиьк расстоя-ния между противолежащими электродаьк, оказываются колебания ионов,масса которых может иметь значенияФ + ЬИ 1 , Эти ионы проходят сквозьквадрупольную систему, достигаютприемника ионов и регистрируются. Изменяя амплитуду Ч переменной составляющей или ев частоту 1 создаютусловия, при которых стабильнымистановятся последовательные колебания ионов всех возможных значениймасс, выводят, таким образом, ионыэтих масс на приемники ионов и регист.рируют полный масс-спектр,Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает значительно меньшими габаритами, позволяетулучшить аналитические возможностиизвестных устройств, поскольку оно