Квадрупольный масс-спектрометр

(51)5 Н 01,3 49/4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) 957318 (21) 4664015/21 (22) 20,03,89 (46) 15.09.91. Бюл, В 34 (71) Институт аналитического приборостроения Научно-технического объединения АН СССР (72) В,А. Елохин, А.Ф, Кузьмин, С.В. Протопопов и С.Е.Рябов (53) 621.384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 957318, кл. Н 01,3 49/42, 1980. (54) КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (57) Изобретение относится к масс-спектрометрии. Цель изобретения - повышение чувствительности масс-спектрометра в случае использования лазерной ионизации путем обеспечения ионизации в фазах, соответствующих максимальному пропусканию квадрупольного анализатора. Масс-спектрометр с лазерной иониэацией содержит квадрупольный анализатор 1 с четырьмя полеобразующими электродами, высокочастотный1 генератор 2 для питания квадрупольного анализатора, включающий задающий генератор 5, резонансный усилитель 6 и выходной колебательный контур 7 с парафазным выходом, лазер, включающий лазерный излучатель 3 с блоком 4 его питания, Высокочастотный генератор 2 электрически соединен с блоком 4 питания лазера через блок 1 О формирования прямоугольных импульсов и линию 13 задержки, причем выход резонансного усилителя 6 высокочастотного генератора соединен с первым входом устройства совпадений 11 через блок формирования прямоугольных импульсов, первый выход задающего генератора прямоугольных импульсов 12 соединен с первым входом блока запуска излучателя 9 через зарядный блок 8, второй выход задающего генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом устройства совпадений, а выход устройства совпадений соединен с вторым входом блока запуска излучателя через линию 13 задержки.3 ил.51015 Изобретение относится к масс-спектрометрии, а именно кквадрупольным массспектрометрам с лазерной ионизацией, и может применяться в различных областях науки и техники при изучении состава веществ.Целью изобретения является повышение чувствительности квадрупольного массспектрометра с лазерной иониэацией путем обеспечения иониэации в фазах, соответствующих максимальному пропусканию квадрупольного анализатора.На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого масс-спектрометра; на фиг.2 - зпюра сигналов масс-спектрометра; на фиг.3 - график зависимости пропускания масс-анализатора от фазы высокочастотного поля,Предлагаемый масс-спектрометр содержит(фиг,1) квадрупольный анализатор 1, высокочастотный генератор 2, обеспечивающий электрическое питание анализатора напряжением вида .+. (О+Чсоз(ж+ср)Я, где 0 - постоянная составляющая; Ч,ш, р - соответственно амплитуда, круговая частота и начальная фаза переменной составляющей напряжения; т - время. Устройство содержит также лазерный излучатель 3, вырабатывающий ион иэирующие импульсы когерентного светового излучения, с помощью которого осуществляется ионизация внутри квадрупольного анализатора, блок питания лазера 4, обеспечивающий накачку и запуск излучателя, задающий генератор 5 высокочастотного генератора, задающий его рабочую частоту, резонансный усилитель 6, обеспечивающий усиление напряжения на частоте задающего генератора, выходной колебательный контур 7 высокой добротности, позволяющий получить прецизионное высоковольтное высокочастотное напряжение с низким уровнем гармоник, зарядный блок 8, обеспечивающий питание оптических ламп накачки лазера, Устройство содержит блок 9 запуска излучателя, запускающий оптический затвор лазерного излучателя, блок 10 формирования прямоугольных импульсов, вырабатывающий короткий импульс в момент прохождения фазы высокочастотного генератора через ноль со стороны отрицательных значений напряжения, устройство 11 совпадений, задающий генератора 12 прямоугольных импульсов, вырабатывающий импульс необходимой частоты и длительности для приведения в состояние готовности блока питания лазера, а также вырабатывающий импульс, подаваемый на 20 25 30 35 40 45 50 55 устройство совпадений, Устройство также содержит линию 13 задержки, позволяющую задерживать импульс с выхода устройства совпадений на время в пределах периода высокочастотного напряжения генератора, первый 14 и второй 15 выходы задающего генератора прямоугольных импульсов, соответственно, первый 16 и второй 17 входы блока запуска излучателя, первый 18 и второй 19 входы устройства совпадений, направление 20 светового потока лазерного излучателя.Работа предлагаемого устройства сводится к следующему (фиг,2).В момент, когда на выходе резонансного усилителя 6 высокочастотное напряжение проходит через ноль со стороны своих отрицательных значений, блок формирования прямоугольных импульсов 10 вырабатывает временной импульс той же частоты, что и частота высокочастотного напряжения, длительностью не более 0,1 длительности периода высокочастотного напряжения, Этот импульс подается на первый вход 18 устройства 11 совпадений, Обычно частота высокочастотного генератора составляет величину от одного до нескольких мегагерц, Независимо работающий задающий генератор 12 прямоугольных импульсов вырабатывает на своем первом выходе 14 импульсы внешнего запуска блока питания лазера (обычно частотой от 10 Гц до 10 кГц), длительность которых определяется характеристиками лазера. Эти импульсы обеспечивают на выходе зарядного блока 8 необходимые сигналы, которые с указанной частотой поступают на первый вход 16 блока 9 запуска излучателя и приводят этот блок в состояние готовности, Через интервал времени, необходимый для приведения в готовность блок 4 питания лазера, на втором выходе 15 задающего генератора прямоугольных импульсов 12 вырабатывается сигнал той же частоты, что и на первом его выходе 14, длительность которого несколько меньше периода высокочастотного напряжения. Этот сигнал поступает на второй вход 19 устройства 11 совпадений. Как только этот сигнал совпадает с импульсом, поступающим на устройство 11 совпадений от блока 10 формирования прямоугольных импульсов, устройство совпадений вырабатывает импульс, который через линию 13 задержки подается на второй вход 17 блока 9 запуска излучателя и осуществляет запуск лазерного излучателя 3. Линия задержки обеспечивает сдвиг во времени импульса запуска излучателя в пределах длительности периода высокочастотного напряжения с целью оптимизации момента иониэации1677736 еигиаа на ВыгоРе ВыоогоВонатиого генератора еигиао на ВгодеиетроиотВа еоаоайеиий еигнаа но Ьгде.гг уотроиетВаеоЗоо Вений еигнан е Выно 3 а иены еаВаоЗенийВетоВой ииауаее аоериога изнууен ароауегаиие аиаРизатора от роом Выеогооа ьаотиога ааая относительно фазы высокочастотного напряжения, а именно с целью совмещения максимума интенсивности светового излучения лазерного излучения с фазой, соответствующей максимуму пропускания зарождающихся ионов,Положительный эффект изобретения состоит в следующем. Теоретически(для частного случая гипотетического параллельного ионного пуска, отсутствия краевого поля и точек на линии развертки вблизи границ стабильности) показано, что наибольшее пропускание имеет место в момент ввода ионов в анализатор, когда фаза высокочастотного поля равна 0,2 к, 4 к и т.д. Аналогичная зависимость (фиг,3) получена экспериментально для реального ионного пучка в условиях зарождения ионов в анализаторе квадрупольного масс-спектрометра МС.7303 под воздействием ионизирующего излучения световых импульсов перестраиваемого лазера на красителях ЛЖИ 501, накачиваемого лазера накачки ЛТИ,Из приведенной зависимости следует, что максимум пропускания соответствует фазам 2 тг(п - 1), где п = 1,2,3 и более чем на порядок превышает уровень пропускания ионов, зарождающихся внутри анализатора в других фазах. Поскольку рабочие частоты квадрупольных масс-анализаторов составляют обычно величины порядка единиц МГц (т.е. их период 10 с), а длительность световых импульсов лазеров имеет величину примерно 10-20 нс ( 10 с), то длительность светового импульса лазера составляет примерно 10 периода высокочастотного напряжения, прикладываемого кэлектродам анализатора,Таким образом, совмещая каждуювспышку с фазой высокочастотного поля,5 при которой пропускание зарождаемых ванализаторе ионов максимально, получаемв предлагаемом устройстве выигрыш в чувствительности на порядок и более (в зависимости от уровня выбранной разрешающей10 способности анализатора),Формула изобретенияКвадрупольный масс-спектрометр поавт,св.,М 957318, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения чувствительности в15 случае использования лазерной ионизации,высокочастотный генератор питания электродов анализатора электрически соединенс блоком питания лазера через дополнительно введенные блок формирования пря 20 моугольных импульсов, устройствосовпадений, задающий генератор прямоугольных импульсов и линию задержки, приэтом выход резонансного усилителя высокочастотного генератора питания электродов25 анализатора соединен с первым входом устройства совпадений через блокформирования прямоугольных импульсов,первый выход задающего генератора прямоугольных импульсов соединен с первым30 входом блока запуска лазерного излучателячерез зарядный блок лазерного излучателя,второй выходзадающего генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом устройства совпадений, а выход35 устройства совпадений соединен через линию задержки.1677736 Составитель Н. Катионоваехред М.Моргентал Корре Кучерявая Ре Лисин оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 3116 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5