Призменный магнитный масс-спектрометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 351) Н О 1 3 49/3 Ф 21О,В.Павличковой физики АН асс-спектроскопи и др. Журнал те36, 1966,ННЫЙ МАГНИТНЫЙсодержащий источ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(54)(57) 1. ПРИЗМЕМАСС-СПЕКТРОМЕТР,8072398 ник ионов, коллиматорную электростатическую линзу, отклоняющий магнит, фокусирующую электростатическую линзу и приемник ионов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, ярмо отклоняющего магнита выполненного в виде кольца, образованного вращени ем трапеции вокруг оси, проходящей через точку пересечения продолжений боковых сторон трапеции, в котором вырезан клиновидной участок двумя плоскостями, проходящими чеРез ось вращения.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что угол между плоскостями полюсом магнита составляет не более 20 7239802. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ ее с я тем,что расстояние между параллельными оси вращения краями полюсом не ме" нее чем в 4 раза превышает расстояние между полюсами.Изобретение относится к областимасс-спектрометрии и может быть использовано во всех отраслях науки и техники, где требуется масс-спектральный анализ.Известны масс-спектрометры, в ко 5торых анализ исследуемого веществапо массам составляющих его элементови соединений производится путем преобразования части этого вещества в 1 Оионный пучок и магнитного анализапоследнего 1.Из известных масс-спектрометровнаиболее близким по технической сущности к изобретению является призмен 15ный масс-спектрометр, состоящий из источников ионов, преобразующего исследуемое вещество в ионный пучок, коллиматорной электростатическойионной линзы, придающей ионному пуч 20 ку параллельность, отклоняющей магнит. ной призмы с двумерным полем, осуществляющей разложение ионного пучка по массам составляющих его ионов, фокусирующей электростатической ионнойВ25 линзы, производящей фокусировку ионов на щель приемника ионов и самого приемника ионов с регистрирующим устройством 2 . Для того чтобы указанный масс-спектрометр мог функцио 30 нировать в соответствии с его теорией,. необходимо обеспечить двумерность его магнитного поля, т.е. неизменность напряженности поля в районе прохождения пучка при перемещении, параллельном некоторому одно 35 му направлению. С этой целью поверхности полюсов магнита установлены строго параллельно друг другу, причем их края на входе и выходе из маг нита представляют собой параллельные40 друг другу прямые линии. Однако несмотря на это, двумерность поля в точности соблюсти не удается из-за 2магнитного сопротивления железа ярма и полюсов магнита. ДействительноЭ напряженность поля в межполюсном зазоре подчиняется выражениюнее. нд:наэ,где 1 - напряженность магнитногополя;И - элемент замкнутой силовойлинии магнитного поля, вдолькоторой ведется интегрирование,ьЗ - количество ампервитков.Первый интеграл, в, относится к участку силовой линии, лежащему в межполюсном зазоре, второй- к участку, проходящему по железу ярма и полюсов, Величина второго интеграла, представляющего собой падение ,магнитодвижущей силы в железе, неодинакова для различных силовых линий вследствие изменения их протяженности в железе, которое не компенсируется соответствующим изменением напряженности поля, Поэтому напряженность поля Н в межполюсном.зазоре будет меняться даже при взаимной параллельности обращенных к зазору поверхностей полюсов и достаточном удалении ,от их краев. Такое изменение напряженности поля в зазоре нарушает требуемую двумерность поля и приводит к некоторому размытию линейного изображения, образованного электроннооптической системой призменного массспектрометра в районе щели приемника, а следовательно, к уменьшению разрешающей способности масс-спектрометра,Целью изобретения является создание призменного масс-спектрометра, у которого влияние магнитного сопротивления железа ярма и полюсов наН :4 цдз ФТп З,цНз2 Л+с(ф-Ц и в железе Э 72398 требуемое распределение поля в зазоре существенно сниженно, и тем самым предотвращено связанное с ним уменьшение разрешающей способности.Для достижения этой цели ярму маг 5 нита масс-спектрометра придана форма кольца, образованного вращением трапеции вокруг оси, параллельной ее основаниям и проходящей через точку (в дальнейшем именуемую центральной) 10 пересечения продолжений ее боковых сторон, с двумя плоскостями, проходящими через ось вращения под небольшим углом друг к другу, в кольце, двумя плоскостями, проходящими через ось вращения, вырезан клиновидный участок, освобождающий место для межполюсного зазора. Таким образом, межполюсной зазор приобретает клиновидную форму, а поверхности полюсов-форму трапеций. Высота этих трапеций должна быть достаточно большой по сравнению с расстоянием между полюса ми для того, чтобы параллельные оси вращения края полюсов были удалены 25 от зоны прохождения ионного пучка на расстояние не менее, чем в 4 раза превышающее средний зазор между полюсами и не влияли на поле в этой зоне. Кроме того, угол между плоскос-ЗО тями полюсов не должен быть более 20 ф, При выполнении последних условий поле в зоне прохождения ионного пучка будет таким, как если бы полюса были продолжены в одну сторону до35 оси (трапеция при этом обращается в треугольник с вершиной в центральной точке на оси вращения), а.в другую - до бесконечности. В таком поле все замкнутые силовые линии, пересе кающие какую-либо прямую, проходящую через центральную точку (радиальную прямую), будут подобными кривыми, с центром подобия в центральной точке, так как все расстояния. Характеризую щие размеры и положение любой силовой линии пропорциональны расстоянию от центральной точки. Тогда из равенства (1) следует, что на любой радиальной прямой напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию г от центральной точки. При выводе этого результата не вводилось предположения о бесконечной магнитной проницаемости, и поэтому этот результат справедлив также и при учете конечного магнитного сопротивления железа.Указанный результат можно увидеть при рассмотрении силовых линий, проходящих в межполюсном зазоре надостаточно большом расстоянии от всехего краев, где влияние последнихуже не сказывается. Подобные силовыелинии имеют форму окружностей и дляних выражение (1) приобретает вид где Ни 1, - напряженность Магнитного поля и длина. отрезка силовойлинии в железе ярма, а Н и Гв - вмежполюсном зазоре. Так как Ри Рвпропорциональны расстоянию от оси,симметрии вращения р и, кроме того,Н/ Н= , где р - проницаемостьжелеза, то имеем в межполюсном зазоре где с(, - угол между плоскостями полюсов.Следовательно, напряженность поля обратно пропорциональна р , а так как на одной радиальной прямой у пропорционально г то, напряженность поля пропорциональна иПоле указанного типа, напряженность которого для любой радиальной прямой обратно пропорциональна является полем клиновидной магнитной призмы. Такая призма (как и двумерная), оставляет падающий на нее параллельный пучок параллельным после отключения поля и обладает значи" тельной дисперсией, Поэтому она может служить диспергирующим элементом масс-спектрометра, причем требуемое теоретически распределение магнитного поля в ней (Н в) в описанной конструкции магнита, в отличие от поля двумерной магнитной призмы прототипа, не нарушается из-за магнитного сопротивления железа ярма и полюсов. Поэтому на предлагаемом масс-. спектрометре может быть получено большее разрешение, чем на прототипе.На фиг. 1 схематически изображен призменный магнитный масс-спектрометр в разрезе по плоскости, проходящей через ось симметрии вращения вп и середину межполюсного зазора; на фиг. 2 - в проекции на плоскость, перпендикулярную к оси.723980 едактор Л,Утехина Техред С,Мигунова Корректор М.Демч 8 Тираж 683 ПодпВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.,аказ 5 но д. 4/"Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 филиал П Призменный магнитный масс-спектрометр содержит источник ионов 1, коллиматорную электростатическую линзу 2, отклоняющий магнит с клиновидным межполюсным зазором 3, фокусирую щую электростатическую линзу 4 и приемник ионов с регистрирующим устройством 5. Иа ярмо магнита надеты катушки возбуждения (по черт. не показан) . 1 ОЭлектронный пучок, вышедший из источника ионов, становится параллельным после прохождения коллиматорной линзы и фокусируется полем рассеяния на входе в отклоняющий магнит, обра зуя линейный фокус. После прохождения поля рассеяния на выходе из магнита пучок снова становится параллельным и собирается фокусирующей линзойна щели приемного устройства. Иэ-задиспергирующего действия магнитногополя в зазоре между полюсами магнитав приемник попадают только ионы одной массы, что делает возможным снятие спектра масс путем изменениявеличины напряженносТи магнитного поля. Использование магнита с ярмом кольцевой формы и клиновидньм зазором между полюсами позволяет получить распределение магнитного поля, более близкое к теоретическому, чем в прототипе, что приводит к увеличению разрешающей способности.