Времяпролетный масс-спектрометр

(51) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТФ,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(22) 14.12.84 (46) 30.06.86. Бюл. В 24 (71) Ордена Ленина физико-технический институт им, А,Ф.Иоффе АН СССР (72) Б.М.Дубенский, Т.В,Новикова и Д.В.Шмикк (53) 621 384 (088. 8) (56) Ионов Н.И., Мамырин Б.А. -Ж т.23, 2101, 1953.Авторское свидетельство СССР В 516306, кл . Н О Л 49/40, 1973.Шмикк Д.В. Кандидатская диссертация. Л ФТИ АН СССР, 1.974.Мамырин Б.А., Картаев В.И., Шмикк Д.В., Загулин В,А. -ЖТФ, т.64, с. 82, 1973.Каратаев В.И., Мамырин Б.А., Шмикк Д.В.,-ЖТФ,. т. 41, с. 1498,1971. (54) ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (57) Изобретение относится к области физической электроники, в частности к масс-спектрометрам. Может быть использовано для изучения элементного состава вещества. Цель изобретения - увеличение разрешающей способности масс-спектрометра (М-С)Т Ю ЮУЮЮЮ и повышение его чувствительности - . достигается тем, что между вторым и третьим электродами отражателя, параллельно им, установлены дополнительные сетчатые электроды, количество которых определяется из математического выражения, приведенного в формуле изобретения. М-С содержит источник ионов , камеру дрейфа 2, детектор 3 и отражатель 4, состоящий из электродов 5, 6 и. 7 отражателя .и дополнительных сетчатых электродов 8, 9, 10, , 2, Потенциалы поданы на дополнительные электроды так, что на каждом последующем электроде потенциал будет больше, чем на предыдущем. Ионы, образованные в источнике 1, подаются на отражатель 4, отражаются вновь проходят источник ионов 1, камеру дрейфа 2 и попадают на детектор 3. М-С может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в источнике йоны, имеют большой разброс начальных энергий, например масс-спектрометрия с применением искрового или лазерного источника ионов, 1 ил.1 8Изобретение относится к физической электронике, в частностик масс-спектрометрии, и может бытьиспользовано для изучения элементного состава вещества. 5Цель изобретения - увеличениеразрешающей способности, масс-спект"рометра и его чувствительности.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства,Масс-спектрометр содержит источникионов 1, камеру 2 дрейфа, детектор 3и отражатель 4, состоящий из первого5, второго 6, третьего 7 электродовотражателя и дополнительных сетчатыкэлектродов 8,9,10,; 2 . Дополнительные электроды 8,9,101 соединеныс вторым 6 и третьим 7 электродамиотражателя и подключены к источникупитания через резистивный делитель 11 2 Онапряжения, Потенциалы на дополнительные электроды 8,9,101 поданы так),что на каждом последующем электродепотенциал больше, чем на предь)душем.Ионы, образованные в источнике 1,попадают в отражатель 4, отражаются в нем, вновь проходят источник 1ионов, камеру 2 дрейфа и попадаютна детектор 3. При отсутствии дополнительных электродов отражателя ве- ЗОличина ЬС, определяющая разрешающуюспособность ВПМ, не позволяет получить разрешающую способность болеенескольких сотен при отношении максимальной энергии ионов в прибореЮ 44)4 с к минимальнс)й Ч .равномК = 1,5-1,7.Наличие дополнительных электродовсущественно уменьшает величину Ь 1и позволяет получить разрешающуюспособйость в несколько тысяч. Приэтом расстояния между электродами,и потенциалы, приложенные к ним, определяются из условия достижения наибольшей разрешающей способности призаданной величине разброса энергийионов, т.е.дК4 О О 41 мин 4 14 1 ммке) 41 КП 7 0 141 мн - )41 - 1"4 м 44 ОРешение системы уравнений позволяет определить потенциалы на электродах и расстояния между ними. ЫРасчеты показали, что количество дополнительных электродов определяется из условия21 = 0,0441,47 1 + О,а кД + 2,11) 1 О Ь, 13) где Х - номер дополнительногоэлектрода;Е - длина камеры дрейфа.Величины сопротивлений резистивного делителя напряжеНия должны удовлетворять выражению;) 44 Решение системы уравнений (1) позволяет определить потенциалы на электродах и расстояния между ними,При иепользовании трех дополнительных электродов расчеты показали, что рассгояния между электродами должны быть следующими:= 0072 1.; 7 =0016 Е.1Х = 0,013 Ь,я потенциалы на них соответственно 417 Пнин 1,550 Юми Бз = 1,667 Пгде Б,= 141 /спотенциал на третьем электроде отражателя равен 6 = Ю /с4 МС 4)1 С"мин фгде с " заряд электрода,При этом положение каждого последующего электрода и потенциал на нем определяются положением и потенциалами всех предыдущих электродов. 14 Мс)КО ф41,ин - соответственно максимальная и минимальная энергии ионов в дрейфе,а расстояние между электродами должно удовлетворять выражениюВведение трех дополнительных сетчатых электродов позволяет уменьшить длительность д 1 ионных пакетов на входе детектора и увеличить разрЕшающую способность ВПМ примерно в пять раз, а также увеличить чувствительность, т.е получить на выходе детектора 3 сигнал, уровень которого больше, чем у известного масс-спектрометра, при одинаковом парциальном давлении в приборе ис" следуемого газа или паров вещества.Сравним , - величину импульса ионного тока на входе детектора известного масс-спектрометра и 1г величину импульсного тока на входе детектора предлагаемого масс-спектрометра (в случае трех дополнительных электродов).Из источника ионов выходит одинаковое количество п ионов данного сорта. В масс-спектрометре, принятом за прототип, ионы дважды проходят первый 5 и второй 6 электроды отражателя, которые представляют собой сетки с коэффициентом прозрачностии таким образом на вход детектора приходит и, = и . ионов и ионный ток на входе детектора равен 10 15 25 30 ис 1 7а де, ф(5) где Ь 1 - длительность импульсовионного тока на входе детектораизвестного масс-спектрометра, З 5В предлагаемом масс-спектрометреионы с энергиями в диапазоне от11 цц, до У = с 1 У также,пважды проходят сетчатые электроды 5 и 6 отражателя, иХ количество на входе де- ; 40тектора равно и 4, где и, - количество ионов данного сорта в ука-.занном диапазоне энергий, вышедшееиз источника,Ионы в диапазоне энергий от И 45До И 2= к 1 Бг Дважды проходят электроды 5 и 6 отражателя и первый допол"нительный электрс 1 Д 8, также представ.ляющий собой сетку с коэффициентомпрозрачности, Их количество навходе детектора равно.пг, где6п 2 - количество ионов в диапазонеэнергий от И до Ч . Количествоионов, отраженных в зазорах междудополнительными электродами 9 и 10,а также между дополнительным электродом 10 и третьим электродом 7 отражателя равно на входе детектора личество иойов, вышедших из источника и имеющих энергии в диапазонах от 1 до 1 о П и от 18 домаксКоличество ионов, имеющих энергии в диапазоне от Идо У равноП 1 - 11 мина 0,4 и,им 11 мннТогда импульс ионного тока на входе детектора равен0,4 Иг Ь ф (6) 1где д т - длительность импульса ионного тока на входе детектора предлагаемого масс-спектрометра.Из сравнения (5) и (6) и с учетом= 5 д Сп следует, что в предлагаемом масс-спектрометре величина сигнала только от части ионов, отраженных в зазоре между вторым электродом 6 отражателя и первым дополнитель. ным электродом 8, в два раза больше, чем в известном масс-спектрометре.П р и м е р . Изготовлен массспектрометр, состоящий из источника ионов с электронным ударом, камеры дрейфа, длиной 2 м, детектора в виде блока из двух микроканальных пластин, ИПК-19, и отражателя состоящего из параллельно расположенных трех электродов в виде колец из . нержавеющей стали с натянутыми на них сетками с ячейкой 5050 мкмжд и трех дополнительных электродов тако-. го же типа, расположенных на расстояниях: от второго электрода отражателя - 1, = 156 мм; от первого дополнительного электрода - 132 ммгФ от второго дополнительного электро; с да - Р = 28 мм.При разбросе энергий ионов в пакете от Н, = 1000 эв до Ъ,ндс1777 эв разрешающая способность такого масс-спектрометра равна 1000. Величина импульсов ионного тока на входе детектора 3 = 5,0 10А, при Р = 10 Торр. Известный масс спектрометр в указанном диапазоне энергий ионов имеет соответственно К 430 при Й = 1,3 "10А.Предлагаемый масс-спектрометр может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в источнике ионы имеют большой раз1241303 брос начальных энергий, например масс-спектрометрия с применением искрового или лазерного источника ионов. Составитель Н.Алимова.Техред Н.Бонкало Корректор В,Бутяга Редактор М.Дылын тираж б 43 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5Заказ 3604/47 Производственно-полиграфическое предприятие г.ужгород, ул.Проектная 4 Формула изобретения Времяпролетный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, камеру дрейфа, детектор и двухзазорный отражатель ионов, состоящий из трех, последовательно расположенных параллельных друг другу сетчатых электродов, подключенных к источникам питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, между вторым и третьим электродами отражателя параллельно им установлены дополнительные сетчатые электроды, при этом количество этих электродов удовлетворяет условию 1,154,96 10 Кгде К, - требуемая разрешающаяспособйость;мокс 1 мин 11 мас к 1 мин - соответственно максимальная и минимальная энергииионов в дреифе,1 О расстояние между электродами удовлетворяет выражениющ 0,0541,47 Хц + 0,1 фИ + 2,12)1где 3 - номер дополнительного элект 15рода отражателя;1, - длина камеры дрейфа,и электроды подключены к источникупитания через делитель напряжения,состоящий из резисторов, величины сопротивлений которых удовлетворяют выражениюК, -.=4 422К