Радиочастотный масс-спектрометр

О ЕЛЬСТ РСКОМУ СВ К в,нный сомо 2721271,ик. 1956 (протоСША опу 2. Пат кл, 250-4 тип) . ОТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОонный источник,де анализатора,уса с размещенными(54) (57) РАДИОЧАСМЕТР, содержащийразмещенный на вх состоящего из кор ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1,Сысоев А.А., Чупахин МВведение в масс-спектрометрию1977, с. 114-11,8. в нем плоскими сеточными электродамии тормозным электродом, подключенным к одному иэ выходов источника питания, коллектор, размещенный на выходе анализатора и подключенный к регистратору, и высокочастотный генератор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпдения разрещающей способности, в него дополнительно введены формирователь бегущей волны, " делитель напряжения и конденсаторы, одним выводом подключенные к сеточным электродам, при этом вход формирователя бегущей волны подключен к выходу высокочастотного генератора, выход - к вторым выводам конденсаторов,С а второй выход источника питания подключен к делителю напряжения, выходы которого соединены с соответствующими сеточными электродами.Изобретение относится к электротехнике, а именно к приборам для исследования потока частиц, и можетбыть использовано для определениясостава и структуры газов,Наиболее эффективным устройствомдля исследования газового: состававерхних слоев атмосферы являются .масс-спектрометры, установленные наспутниках и метеоракетах. В этомслучае масс-спектрометр должен действовать автоматически, иметь большойдинамический диапазон и большое временное разрешение. Прибор должениметь высокую надежность и прочность,чтобы не выйти из строя при больших 15перегрузках, вибрациях, перепадахтемператур, должен работать в высоксм вакууме. Кроме того иметь малыйвес и габариты, малую потребляемуюмощность. Этим требованиям в наиболь шей степени удовлетворяют радиочастотные масс-спектрометры.Известен радиочастотный массспектрометр, имеющий источники питания, ионный источник, анализатор. высокочастотный и импульсный генераторы, обладающий повышенной разрешающей способностью (2,Недостатком устройства являетсяусложнение конструкции, вызванноенеобходимостью введения дополнительных электронных блоков, и сложностьрегулировки и эксплуатации,Наиболее близким к предлагаемому .является радиочастотный масс-спектрометр, содержащий ионный источник,размещенный на входе анализатора,состоящего из корпуса с размещеннымив нем плоскими сеточными электродами и тормозным электродом, подключенным к одному из выходов источника 40питания, коллектор, размещенный навыходе анализатора и подключенный крегистратору, и высокочастотный генератор Я ,Недостатком Указанного УстРойства 45является относительно малая разре-.шающая способность, обусловленнаяускорением ионов в пространстве анализа.Цель изобретения - повышение разрешающей способности устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что.в радиочастотный .масс-спектрометр, содержащий ионный источник,размещенный на входе анализатора,состоящего из корпуса с размещеннымив нем плоскими сеточными электродамии тормозным электродом, подключеннымк одному из выходов источника питания, коллектор, размещенный на выходе анализатора и подключенный к регистратору, и высокочастотный генератор, введены формирователь бегущейволны, делитель напряжения и конденсаторы, одним выводом подключенныек сеточным электродам, при этом вход 65 формирователя бегущей волны подключен к выходу высокочастотного гене" ратора, выход - к вторым выводам конденсаторов, а второй выход источника питания подключен к делителю напряжения, выходы которого соединены с соответствующими сеточными электродами.На фиг.1 изображена блок-схема радиочастотного масс-спектрометра (без ионного источника); на фиг.2 создаваемое делителем при выключенном Формирователе распределение потенциала вдоль анализатора для двух соседних сеточных каскадов (числами под графиком обозначены номера сеточных электродов в каскадах); на фиг.З - распределение потенциала в одном из каскадов анализатора в течение времени от о до (1 о+ 2 2 ), обеспечивающее дискретное движение участка нулевого электрического поля вдоль анализатора с усредненной по времени скоростьюЧср = 1(Схема содержит корпус 1 и изолированные друг от друга и от корпуса 1 плоские сеточные электроды 2, делитель 3 напряженйя, подключенный к блоку 4 питания и соединенный с электродами 2 анализатора, формирователь 5 бегущей волны электрического поля, выполненный по схеме ион-. ного разрядного сдвигового регистра, соединенный через конденсаторы б с электродами 2 анализатора, высокочастотный генератор 7, тормозной сеточный электрод 8, соединенный с блоком 4 питания, коллектор 9 ионов, соединенный с регистрирующей аппаратурой 10, моноэнергетичный поток ионов 11, поступающий из ионного источника на вход анализатора.Устройство работает следующим . образом.Моноэнергетичный поток ионов непрерывно поступает в анализатор. Делитель 3 напряжения, соединенный с электродами 2, создает в анализаторе распределение потенциала, показанное на .фиг.2. Формирователь 5 бегущей волны электрического поля с периодом =1 Д, изменяет распределение потенциала в анализаторе, последовательно увеличивая потенциал электродовна величину дЧ ..Формирователь бегущей вблны электрического поля собран на логических микросхемах по схеме многоразрядного сдвигового регистра (делитель частоты) . В статическом режиме сигнал на каждом выходе формирователя может иметь либо состояние 10) )з,-0), либо состояние 1 (08рдЧ ) . В момент прихода на вход формирователя очередного сигнала с высокочас-. тотного генератора происходит сдвиг1051619в состоянии на выходах формирователя: в момент времени ( 1 + 2 Ф ) . В мосостояние с П;.-го переходит на (6+1) мент времени ( 1 д + 2 с ) поступление выход, а состояние с последнего вы- сигнала на электрод 2 прекращаетсяФ хода переходит на первый; Таким об- его потенциал принимает значение, Разом, если на вход Формирователя задаваемое делителем, а сигнал его поступает сигнал с частотой 1 , то 5 со слецующего выхода формирователя сдвиг состояний на выходах происхо- поступдет на третий электрод (фиг,Э) дит с периодом= 1/1До моментаи т.д.прихода первого сигнала с высокочас- В предлагаемом варианте устройст-. тотного .генератора состояния-на вы- ва применяется ионный источник Выжеге ходах формирователя заданы автомати- О в качестве формирователя бегущей вол. чески. Все это обеспечивает создание ны используется сдвиговый регистр электрического поля в одном межэлект- (делитель частоты), ВЧ"генератор родном промежутке в каждый данный ; выбран типа С"106, размеры анализа- момент времени и продвижение такого тора 80 ю 150, расстояние между сетка- промежутка в направлении коллектора 15 ми 7 ье, все 9 сеток имеют прозрач(фиг.З) . ность 98%В момент времени 1 О сигнал прямо- Таким образом, Разрешающая способ- угольной формы длительностьюи ность прибора повышается за счет тоамплитудой АЧ поступает с формирова- го, что синхронные ионы при движении теля на первый электрод каскада. По в анализаторе не изменяют своей энертенциал корпуса 1 сравнивается с по- гии, следовательно состояние синхротенцналом электрода 2. Напряженность низма с электрическим полем не нару- электрического поля в этом межэлект- шается;.постоянное электрическое родном промежутке в течение времени поле в анализаторе обеспечивает удаот 1 О. до 1 О + 1 равна нулю (фиг.З)2 ление Рассеянных и не прошедших Из ионов, проходящих первый электрод потенциальный барьер ионов,что приз момент времени 1, т.е. скорость водит к существенному уменьшению которых равна 5 /9, проходят второй объемного заряда в анализаторе, электрод в момент времени 1 + 2 . Предлагаемый масс-спектрометр Это синхронные ионы они не теряют использующий формирователь бегущейР 30своей энергии в первом межэлектрод- волны, выполненный на микросхемах, ном промежутке. В момент времени . . позволяет по сравнению с известнымл( + 2) поступление сигнала на кор- УстРойством использовать ВЧ-генерапус 1 прекращается, его потенциал тор с пРоизвольной формой сигнала )принимает значение, задаваемое дели- что дает возможность упростить электтелем, а сигнал со следующего выхода З 5 Ронную часть, прибора, непосредствеифо 1 ьмирователя поступает на электрод но подключать масс-спектрометр к 2 Фиг.З), сравнивает его потенцййл мини-ЭВМ для управления работой и с потенциалом делителя 3, зануляетпервичной обработки получаемой иннапряженность электрического поля формации.в этом межэлектродном промежутке на 40время от (+ с ) до ( 1 б + 2 с ) . Та- Кроме этого, упрощается расчет .ким образом, ионы, проходящие первый характеристик анализатора, а разреэлектрод, в момент времени 1 о и вто- шающая способность на полувысоте рой электрод в момент времени массового пика (Яа) выше более, чем(о + 2 ) проходят третий электрод в 3 раза.1051619 Г с 7 4, Г Составитель С. ШитовТехред Л,11 икеы. Тира ВНИИПИ Госу по делам 13035, Москвафилиал ППП Патен Ужгород,ктор Ю. Сер Заказ 8678/52 703рственного комитзобретений и отк Ж, Раушская н рректор Л.Патай одписно та СССР ытий бд,л, Проектна