Призменный масс-спектрометр

Совэ Советскик Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ 111 522690(22) Заявлено 23. 01. 75 (21) 2091147/26-2 51)М. К исоединением заявки В 01 0 59/44 С 01 й 27/62 арственный комитСССРам изобретенийи открытий 3) Приоритет но дел Опубликовано 231081 БюллеДата опубликования описания нь М 53) УДН 621,384(71) Заявитель Институт яде ики АН Казахской ССР 4) ПРИЗМЕННЫЙ Г 1 ДСС-СПЕКТРОМЕТ ек- осИзольн Г т.д с 6,е расстояние коллий (или фокусирующей о стороны источника иемника) ионовз лескопичности магии змы.масс-спек е онения ион сФокусно маторно линзы с (или проС - угол теной при Однако в этом ный угол откл трометр ов в си бретение относится к масс-сптра ому приборостроению, в частнти к призменной ионной оптике,Характерными признаками призменных приборов является наличие двумерных магнитных призм, отклоняющихсятелескопических систем (или электростатических призм) и двух линз - коллиматорной и фокусирующей, в фокальных плоскостях которых помещены щелиисточника и приемника ионов. Призменные приборы обладают большойудельной дисперсией (дисперсией, отнесенной к длине ионной траектории ик увеличениюспектрометра), а их оптика обеспечивает тройную фокусировку ионного пучка: по скоростям ипо двум направлениям. При этом всевиды геометрических оберраций второго порядка, включая искривленияспектральных линий, отсутствуют.Недостатком этих приборов является то,что электростатические телескопические системы не увеличивают создаваемую магнитной призмой дисперсию по 25массе.Известный призменный масс-спектрометр содержит ионный источник, коллиматорную линзу с примыкающей к ней,телескопической системой, расположен ными с одной стороны двумерной магнитной призмы, с другой стороны которой помещена Фокусирующая линза со своей телескопической системой и приемник ионов, Дисперсия такого прибора, пропорциональная дисперсии магнитной призмы, возрастает вследствиеуглового увеличения второй телескопической системы (примыкающей к Фокусирующей линзе), а его увеличение зависит также от углового увеличенияпервой телескопической системы, Согласоэав определенным образом параметры телескопических систем, линз имагнитной призмы, удается осуществитьахроматизацию масс-спектрометра и одновременно повысить его удельную дисперсию в 2 раза, При этом линейнаядисперсия масс-спектрометра равна:теме невелик, вследствие чего прибороказывается некомпактным - вытянутымв одном направлении, а увеличениеэтого угла приводит к резкому уменьшению удельной дисперсии прибора и,следовательно, к уменьшению его разрешения и чувствительности. В ахроматизации спектрометра принимаютучастие две электростатические телескопические системы, причем однаиз них активно участвует также ив увеличении угловой дисперсии прибора по массе. Однако условие ахроматичности приводит и таким угловымсоотношениям для двух телескопических систем, что не могут быть в достаточной мере реализованы воэможности 15второй системы в увеличении разрешающей способности масс-спектрометра.Цель изобретения - увеличениеразрешающей способности и чувстви- Щтельности и уменьшение габаритовпризменного масс-спектрометра.Обе электростатические телескопические системы, а также фокусирующая и коллиматорная линзы располагаются с одной стороны магнитнойпризмы так, что оси коллиматорнойи фокусирующей линз параллельнымежду собой и перпендикулярны гранямпризмы, а с другой ее стороны помещается система двух ионных зеркал, на- З 0правляющая ионный пучок, через магнитную призму и Фокусирующую системук приемнику ионов,ФНа чертеже изображены конно-оптическая схема предлагаемого масс-35спектрометра и ход траекторий в проекции на среднюю плоскость системы,с которой совмещены средние плоскостивсех отклоняющих и фокусирующих элементов прибора. 40Масс-спектрометр включает в себядвумерную магнитную призму 1 с угломтелескопичности а вщ и щв-параллельные между собой грани магнитнойпризмы. По одну сторону магнитнойпризмы симметрично относительно плос,кости ОО (перпендикулярной среднейплоскости системы и граням призмы)раСположены две идентичные телескопические отклоняющие системы, образованные электродами 2-4, две трансаксиальные линзы-электроды 5 иф б,источник 7 и приемник 8 ионов, Грани (эффективные плоскости предложения) сс и сс телескопических сис.тем образлот углыс гранями маг1 В (,нитной призмы.и углы х- -- -с глав 4ными оптическими осями коллиматорнойи фокусирующей линзы. Эти оси расположены в средней плоскости системы, япараллельно плоскости ОО, В фокальной плоскости Г коллиматорной и фокусирующей линз размещены щели источника и приемника ионов, перпендикулярно к средней плоскости, 65 С противоположной стороны магнитной призмы, также симметрично отиосительно плоскости 00, установлена система плоских ионных зеркал (электроды 9 и 10) так,что угол между эффективными отражающими поверхностями этих зеркал Оа и оо и гранями призмы равенЯ с4 йВыходящий из каждой точки щели источника расходящийся гомоцентральный пучок ионов после прохождения коллиматорной линзы формируется в объемный параллельный пучок, При этом потенциал на среднем электроде 5 линзы должен быть подобран так, чтобы она работала в режиме анаморфота.Элек. трод 6 заземлен. Электрод 4 является общим как для линзы, так и для отклоняющей телескопической системы.По тенциал на него подается согласно условию ахроматичности масс-спектрометра,где ц 4 - разность потенциалов между ионизационной камерой и электродом 4После прохождения отклоняющей телескопической системы с гранями сс параллельный пучок остается параллельным только для ионов определенной энергии, Если имеется разброс ионов по энергии, то непосредственно после прохождения телескопической системй (перед поступлением в магнитную призму) в пучке возникает разброс траекторий по горизонтальным углам. Этот разброс впоследствии компенсируется после прохождения магнитной призмы (до поступления пучка в поле зеркала), Таким образом, эффект ахроматизации достигается комбинацией одной телескопической электростатической системы с магнитной призмой. Электрод 2 телескопической системы, являющейся одновременно магнитным экраном призмы, заземлен, а напряжение на электроде 3 подбирается так, чтобы увеличение телескопической системы в направлении, перпендикулярном к средней плоскости, было равно единице. Таким подбором достигается выпрямление спек:тральных линий.гПоле магнитной призмы ионным пучком проходится дважды - в прямом и обратном направлении. После первого прохождения пучок разлагается по массам в соответствии с угловой дисперсией магнитной призмы:О " сусСдалее пучок поступает в систему, состоящую иэ двух плоских зеркал (электроды 9 и 10). Электрод 9,являющийся также, как и электрод 2 экраном магнитной призмы, заземлен,а на электроды 10 подан соответ- ствующиЯ запирающий потенциал. Роль этой системы состоит в том, чтобы направить пучок вторично в магнитную призму. ОбратныЯ ход центральной ионной траектории подобен ее прямому ходу. Объемный пучок ионов анализи- руемоЯ массы после прохождения Фокусирующей линзы фокусируется в точ, ке щели приемника ионов, Такнм образом, в приборе нарядУ с фокуси ровкой по энергии реализуется пространственная фокусировка пучка по двум направлениям, Увеличение прибора вследствие его симметрии равно единице.Линейная дисперсия предлагаемого 15масс-спектрометра равна2 В 1 пА1-Мид201где Г - Фокусное расстояние коллиматорной (или фокусирующей) линзы со стороны источника (или приемника) ионов.При обычных для магнитных призм значениях угла телескопичности( с(.51- 53 ) линейная дисперсия предлагаемого масс-спектрометра, будет больше по сравнению с дисперсией известного (с такими же фокусными расстояниями линз) примерно в три раза в соответствии с равенством:Ъ (1 п 4 р (-Ми Аа его габарцты примерно в два раза меньше. При одинаковых габаритах дисперсия предлагаемого масс-спектрометра примерно в шесть раз больше. 40 Это означает, что, используя более широкие .щели, можно в шесть раз поднять чувствительность предлагаемого прибора при той же разрешающей способности или при одинаковых щелях в шесть раэ поднять его разрешение.При одинаковых раэрешающеЯ способности ичувствительности габариты предлагае-.мого масс-спектрометра могут бытьуменьшены примерно в шесть раз посравнению с известньи,Предлагаемый масс-спектрометр несложен в исполнении, его детали иузлы технологичны, схема компактна.В нем, как и во всех приэменных приборах, аберрации второго порядка,включая искривление линии изображения, полностью отсутствуют,что в сочетании с большой дисперсией и наличием объемной фокусировки определяет его высокую разрешающую способность при значительной светосиле.Так, при фокусном расстоянии линзоколо 2 м, определяющем в основномгабариты прибора, масс-спектрометробладает дисперсией, равной 15000 мм,и разрешающей способностью 10-20 миллионов на полувысоте пика при микронных ширннах щелей источника и приемника ионов.Формула изобретенияПризменный масс-спектрометр,содержащий ионный источник, коллиматорную линзу с телескопической системой, за которой расположена магнит-, ная призма, фокусирующую линзу с другой телескопической системой и приемник ионов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности, разрешающей способности и уменьшения габаритов устройства, фокусирующая линза со своеЯ телескопической системоЯ расположена с той же сто-. роны магнитной призмы, что и коллиматорная линза, причем оси коллиматорной и Фокусирующей линз параллельны между собой, а с другой стороны магнитной призмы расположена система двух ионных зеркал, направляющая ионный пучок через магнитную призму и Фокусирующую систему к приемнику ионов.522 б 90 Письм Редак ред а.ьч Корректор Г. Решетни 218 3 ент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 709 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, 3-35, РаушПодписное комитета СССР открытий кая наб., д. 4/5