Призменный масс-спектрометр

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 250581 (21) 3293578/18-21с присоединением заявки Мо(и)974458 1511 М Кп з Н 01,Т 49/32 Государственный комитет СССР ио елам изобретений и открытийОпубликовано 15.1182. Бюллетень Мо 42 Дата опубликования описания 15. 11.82 А.А. Зернов, В.М. Кельман, А.Г. Мить, Л.М. Назаренко и Е.М. Якушев(72) Авторыизобретения нститут ядерной ки АН Казахско Заявитель) ПРИЗМЕННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕ актеризущей споигается тем,спектрометре,приемник ионов Изобретение относится к масс-: спектральному приборостроению.Характерными признаками призмен-: ных приборов является наличие двумерной магнитной призмы, отклоняющих те; - лескопических,систем и двух линз коллиматорной и фокусируюцей (в, част ности трансаксиальных линз, в фокальных плоскостях которых помещены цели источника и приемника ионов. Роль диспергирующего элемента выполняет магнитная призма, а ахроматизация достигается применением в ионно. оптической схеме электростатических систем цилиндрическихлинз 1)..Известные устройстэа хар ются недостаточной размещаю сабностью и светосилой.а Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является .призменный масс-спектрометр,содержащий источник и приемник ионов,две,электростатические линзы и две отклоняющие телескопические электростатические системы, между которыми расположена магнитная телескопическая система, представляющая собой магнитнуюпризму с двумерным магнитным полем2. Этот прибор обладает значительнойразрешающей способностью и светосилой, однако дальнейшее увеличениеего дисперсии, а следовательно, иразрешающей способности, .вследствиеограниченности угловой дисперсиимагнитной призмы, может быть достиг-,. нуто только путем увеличения длиныплеч спектрометра фокусного расстояния коллиматорной и фокусирующейтрансаксиальных линз), что в своюочередь приводит к значительномууменьшению светосилы прибора, величина которой в симметричном варианте15 обратно пропорциональна квадратудлины его плеч. Кроме того, полныйугол отклонения ионов в магнитнойдисперсионной системе невелик,вследствие чего прибор оказывается2 О некомпактным - вытянутым .в одном направлении,Цель изобретения - увеличение дисперсиии Разрешающей способностиприэменного масс-спектрометра без25 уменьшения его светосилы, а такжеуменьшение габаритных размеров прибора.Укаэанная цель достчто в приэменном масс 30 содержащем источник идвеэлектростатические линзы и двеотклоняющие телескопические электростатические системы, между которымйрасположена магнитная диспергирующая система, диспергирующая системавыполнена в виде электромагнита стремя парами. полюсов, каждая из которых представляет. собой магнитнуюпризму с двумерным магнитным полем.На чертеже схематически представлен предлагаемый масе .спектрометр,общий вид и ход ионных, траекторийв проекции на среднюю плоскость.Щель источника 1 ионов расположена в Фокальной плоскости коллиматорной электростатической иммерсионной линзы 2 ( на рисунке показанатрансаксиальная электростатическаялинза). За этой линзой под углом Чк оси пучка помещена первая электростатическая телескопическая система 3. Вследствие разности потенциалов между крайники электродами электростатической телескопической систе-мы углы У 2 и У 4 между Осью пучка инормалью к граням телескопическойсистемы разные. Крайний (со стороныисточника ионов) электрод Фокусирующей линзы 2 и крайний (со.сторонымагнитной диспергирующей системы)электрод электростатической телескопической системы находятся под потенциалом Земли М, соответствующемэнергии ионов - е 1 . (Потенциал нормирован так, что он равен нулю, гдеравна нулю энергия частиц). Потенциал на среднем электроде линзы 2рассчитывается на основании решениясоответствующих уравнений движениятак, чтобы фокальная плоскость линзыбыла совмещена с плоскостью щели источника 1 ионов е. Потенциал на среднем электроде электростатическойтелескопической системы рассчитывается так, .чтобы удовлетворить усло-вию ее телескопичности. Потенциал Она общем для линзы и электростатичес.кой телескопической системы электроде, угол У и угол О - входа пучка в каждую призму магнитной дисперсионной системы должны удовлетворятьравенству= (1 + 3 сд . с )Ч,Вторая электростатическая телескопическая система 3, примыкающая к нейфбкусирующая линза 4 и щель 5 приемника ионов находятся в такой же кон-структивной взаимосвязи, что и истЬчник 1 и электроды. Магнитная диспергирующая система расположена между первой и второй электростатическими системамиЗ. В отличие от прототипа она выполнана в виде электромагнита б, включающего в себя трй 1пары полюсных йаконечников, имеющихобщее ярмо 7 и катушку 8 возбуждения,Каждая пара полюсных наконечников,представляет собой магнитную призму с двумерным полем. Угол входа а ионного пучка в магнитную призму выбирается исходя из требования ее телескопичности. Соблюдение условийтелескопичности электростатических5 и магнитных элементов призменныхспектрометров обеспечивает тройнуюфокусировку пучка анализируемыхионов. В зависимости от конструктивных особенностей магнитных призм10 угол м может составлять 49 - 53.Это обуславливает выбор магнитнойдисперсионной системы предлагаемого. спектрометра, состоящей именно иэтрех магнитных призм. При этом ось15 кОллиматОРных и Фокусирующих линзмогут быть Направлены в одну сторону,что обеспечивает наибольшую компактность прибора,Спектрометр работает следующим образом.Расходящийся ионный пучок, выходящий из каждой точки щели источника 1, преобразуется в параллельныйпучок коллиматорной трансаксиальнойлинзой 2, работающей в режимеанаморфота, и, отклонившись в первойэлектростатической теле:копическойсистеме 3, разлагается по энергиии затем последовательно проходиттри магнитные призмы диспергирую.щего электромагнита 6. Магнитныепризмы расположены под таким угломдруг к другу 49 - 53 , что каждаяиз них представляетсобой магнитнуютелескопическую систему 9 с линей 35 ным фокусом посредине. Параллельныйионный пучок, поступающий в диспергирующий магнит, вследствие телескопичности магнитных призм остаетсяпараллельным между призмами и пос 40 ле их прохождения. После прохождения второй электростатической телескопической системы 3 пучок частиц,направление движения которых не зависит от энергии этих частиц, а оп 45 ределяется их удельным зарядом, Фокусируется трансаксиальной Фокусирующей линзой 4, также работающей врежиме анаморфота, на входную щель 5приемника ионов, установленную в фокальной плоскости этой линзы. Диспергирование пучка по массе осуществляется системой из трех магнитныхпризм, вследствие чего величина дисперсии и разрешающей способностиприбора возрастает в три раза по55 сравнению с прототипом в соответствии с равенством.3соь у6 О где Х - Фокусное расстояние трансаксиальной линзы, При этом светосила предлагаемого прибора остается неизменной при одинаковых с прототипом размерах отклоняющих и фокуси рующих элементов и Фокусных расстояний коллиматорной и фокусирующей линз.Предлагаемый масс-спектрометр не сложен в исполнении, его детали и злы технологичны. В нем, как и во рсех призменных приборах; осуществля этся тройная фокусировка ионного тучка, свободная от аберраций второго порядка малости. При этом по сравнению с прототипом дисперсия увелинивается в три раза, что позволяет. при сохранении светосилы разрешающую способность увеличить в три раза при том жеразрешении втрое увеличить чувствительность прибора. Одновременно достигается уменьшение, габаритных размеров вследствие большей по сравнению с прототипом компактностью воино-оптической схема. Призменный масс-спектрометр, содержащий источник и приемник ионов,две электростатические линзы и двеотклоняющие телескопические электростатические системы, между которымираспбложена магнитная диспергнрующаясистема, о т л и ч а ю щ и й с я 5 тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и светосилы массспектрометра,а также уменьшения его габаритных размеров, магнитная диспергирующая система выполнена в виде 1 О электромагнита с тремя парами полюсов, каждая из которых представ-.ляет собой магнитную призму с двумерным полем. 15 Источники информации,принятые во внимание при экспертизеХ. Авторское свидетельство ССДРМ 353186, кл. Н 01 3 49/32,1972.202. Кельман В.М., Назаренко Л.М.Якушев Е.М. Призменный масс-спектрометр, ЖТФ, 1976, 46, с. 1700 ( прототип 7. Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,