Масс-спектрометр

Сфез Сфветскик Социалистически и РеспублнкОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТРРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 120177 (21) 2442075/18-25с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 0710,81. Бюллетень Йо 37Дата опубликования описания 071(181 51)М, К . С 01 М 27/62 В 01 0 59/44 ГесуаарстеекяыЯ кеиктет СССР ее аеааи нзобретеяиЯ я открыткЯ(71) Заявитель Специальное конструкторское бюро аналитического. приборостроения АН СССР(54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР Изобретение относится к массспектрометрии,а именно к масс-спектрометрии высокого разрешения для химических исследований. Современные масс-спектрометры для точного определения масс ионов при анализе сложных органических соединений представляют собой статические приборы с высококачественной фокусировкой ионного пучка, которая достигается путем устранения аберраций, обусловленных энергетическим и угловым разбросом ионов, т.е. при помощи двойной фокусировки. Необходимые для двойной фокусировки поля формируются последова тельно расположенными электростатическим конденсатором, обычно цилиндрического типа, и секторным магнитом с зазором постоянной высоты. Для описания полей, создаваемых этими эле ментами, создаются математические модели, с той или иной степенью .приближения описывающие истинную топографию поля. Длительное время при расчетах масс-анализаторов использова 25 лась наиболее простая прямоугольная модель, в которой реальные поля заменялись полями, резко обрывающимися на границах, а учет действия рассеянных краевых полей, если тОковые име ли место, производился путем заменыих эквивалентными по отклоняющему эффекту участками прямоугольного поля.При расчетах по такой модели в урав-нения Фокусировки входят следующиегеометрйческие параметрь ионно-оптической системы: радиусы центральнойтраектории ге, г, , углы поворота Че,Ч и плечи фокусировки 8; С- ве е щ оюэлектрическом (индекс Е ) и магнитном(индекс т) полях, углы наклона первойи второй границ магнитного поля 6, б"и радиусы кривизны первой и второйграницы магнитного поля Яйо . Решением уравнений фокусировки могутбыть получены такие комбинации .этихпараметров, при которых, в рамках принятой модели, достигается фокусировка по углу и по энергии, а также компенсируются наиболее существенныеаберрации второго порядка в среднейплоскости,Известен масс-спектрометр высокогоразрешения, содержащий ионный источник, цилиндрический конденсатор имагнитный анализатор с однороднымполем 1).К недостаткам данного устройстваотносятся большие значения аберраций изображения, обусловленные высотой щели источника ионов и угловойрасходимостью пучка в вертикальномнаправлении, не позволяющие достичьдостаточно высокой разрешающей способности и чувствительности,Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и чувствительности масс-спектрометра.Для этого в предлагаемый масс"спектрометр введены два выпуклыхмагнитных экрана, расположенные напротив соответствующих вогнутых границ полюсных наконечников, при этомрадиусы кривизны магнитных экрановопределяются формулойВ =-Зфб ессозЬассЬ - -Мбит5мр а, -РРф РФЯгде 1 з - радиусы кривизны магнитныхэкранов,6 - плечи фокусировки магнитного анализатора от краев маг Онитного анализатора из условий фокусировки пучка в горизонтальной плоскости,В - расстояние между краями экрана и полюсного наконечни"ка,СР - параметры, зависящие от зазоров магнита 21 и экранов2 Ь и от расстояния междуними В , где 1 и Ь - половины величин зазоров магнитов ЗОи экранов, а радиусы закруглений прилегающих краев по-.люсных наконечников связаныс радиусами кривизны экрановсоотношением35"м "э+агде 1 м - радиусы вогнутости полюсныхнаконечников.На чертеже представлена схемапредлагаемого масс"спектрометра. 4 ОМасс-спектрометр включает источник 1 ионов, электростатический кон"денсатор 2, промежуточную диафрагму3, экран 4 первого края, электромагнит 5 с полюсными наконечниками секторной формы, экран 6 второго краяи приемник 7 ионов.Масс-спектрометр работает следующим образом.Из источника 1 ионов выходит пу"чок ионов, ограниченный по вертикаливысотой И щели. В электростатичес".ком цилиндрическом конденсаторе 2пучок разлагается в спектр по энергиям, фокусируясь по горизонтальномууглу в области диафрагмы 3, послечего попадает в секторное поле элект"ромагнита 5. Размеры ионнооптическихэлементов схемы с учетом действиякраевых полей. обоих фокусирующих элементов вЫбраны таким образом, чтобы 0обеспечить двойную фокусировку и компенсацию аберраций в средней плоскости. Кривизна границ магнитных экранов и связанных с ними границ по-.:люсных наконечников электромагнита 65рассчитывается таким образом, чтобы совместным действием обоих краев в плоскости приемной щели полностью компенсировать искривление пучка, в том числе и создаваемое краевыми полями электростатического конденсатора. Путем вычисления эффектов краевого поля можно показать, что аберрации искривления в масс-спектрометрах с двойной фокусировкой, состоящих из последовательно расположенных электростатического цилиндрического конденсатора и секторного магнита с зазором между полюсами 2% и с экранами, имекщими зазоры 2 Ь и расположенными на расстоянии д от первого и Ц от второго края полюсных наконечников, могут быть полностью устра" иены, если края этих экранов, прилежащие к полюсным наконечникам, будут искривлены с радиусами кривизны соответственно для первого и второго экранов %6 6 В ФСРЯДУ(Ь 1 дбСИ - ф - П 1 Р 1, % й3 Р 1 а+ ЧчЛ ,- 1.1"д+ЧпПри этом соответствующие края полюсных наконечников также искривляются, причем радиусы криввзны первого и второго краев определяются соот" ветственно, соотношением 4 Д Йфз + 1 где Р и- вспомогательные параметры, связанные с за" К,Ь 1 И д зорами следующими соотношениями дл к -Ъб. ру1 а- +ьй 6Г й,Р+ьйц,ьМ МПучок ионов, прошедший магнитный анализатор, регистрируется на коллекторе 7 приемника ионов, щель которого установлена в фокусе этого анализатора. Благодаря действию краевых полей специальной форьы,сформированйых магнитнымиэкранами совместно с краями полюсных наконечников, в предлагаемом масс-спектрометре изображение пучка у щели приемника представляет собой прямую линию, ширина которой, в основном определяется шириной выходной щели источника и не зависит от значений .вертикальных параметров, пучка. Это дает возможность использовать весьма протяженные повысоте щели источника и приемника, ограниченные только конструктивными параметрами, и является, таким образом, весьма эффективным средством повышения чувствительности и разрешающей Способности масс-спектрометра.871052 Формула изобретения где з В.Мещер телевич Составител Техред ж, К Корректо ар актор И.Марголис 30 Тираж 910 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, ЖРаушская наб., д. 4/5 аказ 8767 иал ППП фПатентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Масс"спектрометр, содержащий источник ионов, электростатический цилиндрический конденсатор, магнитный анализатор с вогнутыми границами полюсных наконечников и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, массспектрометр снабжен двумя выпуклыми магнитными экранами, расположенными напротив соответствующих вогнутых границ полюсных наконечников, при этом радиусы кривизны магнитных экранов определяются формулой- 15 и вФ-д+(Вивсов+Ъаесей-КВи 1 )К- радиусы кривизны магнитныхэкранов- плечи фокусировки магнитно- щго анализатора от краевмагнитного анализатора изусловий фокусировки пучкав горизонтальной плоскости,д - расстояние между краями эк-,рана и полюсного наконечникаф,р - параметры, зависящие от зазоров магнита 2% и экранов 2 Ь и от расстояния между ними 3 , где ф и Ь-половина зазоров магнитов и экранов, а радиусы закругле"ний прилегакщих .краев полюсных наконечников связаны с радиусами кривизныэкранов соотношениемйм-аз+ агде Йм - радиусы вогнутости полюсныхнаконечников. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Вершевский В.Б. и др. Массспектрометр высокой разрешающей способности для Физико-химических исоле"дований. Материалы всесоюзной конфе"ренции по масс-спектрометрии. Л.,1972, с. 269.