Квадрупольный масс-спектрометр

Союз Советскии Социалистических РесаубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -ГосударствеииыИ комитет СССР ио дедам изобретеииИ и открытиИ.384(088,8) РУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕТРОМЕТР устройств такого тизкая чувствительность влиянием на распреического поля зеркаль искажений, вносимых поверхностями вакуНедостатко па является н обусловленная деление элект ных эффектов металлическим умной камеры.Изобретение относится к физической электронике и может быть использовано в масс-спектрометрии и других областях физического аналитического приборостроения, где требуется фокусировка заряженных частиц и разделение их по отношению массы к заряду.Известны масс-спектрометры квадрупольного типа, в которых разделение заряженных частиц по - производитеся в квадрупольном поле, образованном четырьмя полеобразующими электродами, преимущественно круглого сечения. Создание поля, имеющего максимальное приближение к идеальному гиперболическому в возможно большей области между полеобразующими электродами, достигается выбором оптимальных соотнош ний размеров электрода и расстояния от поверхности электрода до нулевых эквипотенциалей (11,Известны конструкции квадрупопь. ных масс-спектрометров, в которых оптимизация параметров квадрупольного поля достигается за счет вспомогательных электродов, расположенных между основными четырьмя поле- образующими электродами. Прн этом система электродов помещена в цилиндрический экран (21.Недостаток такого устройства состоит в низкой чувствительности, связанной с наличием искажений в распределении электрического поля, вносимых цилиндрическим экраном.Наиболее близким к предлагаемому является квадрупольных масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор, состоящий из помещенных в круглый электростатический экран четырех полеобразующих систем, каждая иэ которых представляет собой группу из трех проволочных полеобразующих электродов,и приемник ионов Укаэанная система электродов обеспечивает хорошую аппроксимацию гиперболического поля 3 . Однако наличие искажений в распределении электрического поля вну О ри квадрупольной системы, вносимыхцилиндрическим экраном, снижаетчувствительность таких устройств итем самым ухудшает аналитическиевоэможности устройства,Кроме того,.обшим недостаткомизвестных устройств является невозможность однонременной сепарациинескольких ионных пучков,Цель изобретения - повышение чувстнительности и обеспечение одновременной многоканальной сепарацииионов.Поставленная цель достигается тем,что экран выполнен в виде трубыквадратного сечения, каждая из упомянутых групп содержит четыре расположенных аксиально и симметричнопроволочных электрода, при этомцентры симметрии каждой группы находятся на диагоналях квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длиныдиагонали, а расстояние между нитями н каждой группе и размер стороныэкрана связаны соотношением 1 О О,1 ЗЗЭ.72 А 3 ХУ ф,у):Ь,ху-, ЛхЪ 1 А 1 о т 11р=Хт=1ХХ, йУУкоэффициашения ы этого ь в нуль оэффицичиваетс," поля к формулы от соотнм неличи о обрати еньшитьем обесп ближение Как видно иэ енты Ар зависят поэтому подборо соотношения мож или предельно:ум енты Аб и АЮмаксимальное пр гиперболическом где 2 д - расстояние между нитямив группе;2 6 - длина стороны квадрата.При этом нити выполнены иэ высокоомных металлов и сплавов, напри О мер иэ вольфрама или платины.Кроме того, для обеспечения одновременной многоканальной сепарации ионов в устройство введены дополнительно по 4 ионных источника и прием-З 5 ника ионов, установленных коаксиально каждой из полеобразующих систем,Обоснование выбора геометрических соотношений в расположении электродов следует из анализа распределения потенциала в системе электродов, состочщей из четырех тонких электропроводных нитей и проводящей трубы квадратного сечения, т.е. одного квадранта описанной выше системы (при этом анализ справедлив 45 и для других квадрантов). Так, вблизи начала координат потенциал ф х, у) может быть представлен в ви- де Выполнение экрана в виде трубыквадратного. сечения и размещениеэлектродов указанным образом позволяют получить, наряду с центральным квадрупольным каналом, четыредополнительных монопольных канала,примыкающих к вершинам квадрата.В результате аналитические возможности .устройства значительно расширяются, поскольку появляется возможность одновременно анализироватьдо 5 самостоятельных пучков.На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство,Устройство содержит масс-анализатор, состоящий из 16 электропроводных нитей 1, помещенных в экран 2,источники ионов, приемники ионов исистему питания (не показаны)Нити 1 объединены в группы, каждая из которых содержит по 4 расположенных аксиально симметрично электропроводных нити, при этом центрысимметрии каждой группы находятся надиагоналях квадрата на расстоянииот центра, равном 1/4 длины диагонали, а расстояние между нитями вкаждой группе и размер стороны экрана связаны соотношениемО 1 ЗЗЭ2 а= 7 где 2 а - расстояние между нитямив группе;2 - длина стороны квадрата,Устройство работает следуюшим образом.Анализируемые ионные пучки формируются источниками ионов, напримеристочниками с электронным ударом, и направляются в квадрупольную систему, образованную группами иэ электропроводных нитей 1 и экраном 2.При приложении к противолежащим по диагонали системами нитей потенциала вида0 + чс о 5 дс+ Ч )р где О - постоянная составляющаяпотенциала;Ч - амплитуда переменной составляющей потенциала;И)и Ч - соответственно, круговаячастота и начальная фазапеременной составляющейпотенциала;с - время.в пространстве между электродами создается аксиально симметричное квадрупольное поле, в котором происходит разделение ионов по массам.При заданных величинах 0, Ч,и 7 и параметре поля Ь , который равен половине расстояния между противолежащими нитями, ионы с различными удельными зарядами - , где в - масеса, е - заряд иона, двигаясь с начальной скоростью вдоль оси квадрупольной системы, совершают колебанияоззз20 различного характера. Стабильными, т.е. не превышающими расстояния меж ду противолежащими системами электродов, оказываются колебания ионов,масса которых может иметь значения о+да. Эти ионы проходят сквозь квадрупольную систему, достигают приемника ионов и регистрируются. Изменяя амплитуду Ч переменной составляющей или ее частоту й 3, создают условия, при которых стабильными становятся последовательно колебания ионов всех возможных значений масс, выводят таким образом ионы этих масс на приемники ионов и регистрируют полный масс-спектр.Предлагаемое устройство позволяет улучшить аналитические возможности известных устройств, поскольку оно обеспечивает многоканальную сепарацию ионных пучков, приближение структуры электрического поля к гиперболической с большой степенью точности, а именно 10 -10при Ог,х= =у(0,251, что дает возможность повысить разрешающую способность на 50 по сравнению с известным устройством.Предлагаемое техническое решение позволяет упростить технологию изготовления квадрупольного масс-спектрометра, так как диаметр нитей практически не влияет на распределение и форму зквипотенциалей поля. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить ресурс работы по сравнению с известными, так как нити, выполненные из высокоомных металлов и сплавов (например а, Р с) могут легко обезгаживаться и очищаться путем непосредственного подогрева. Формула изобретения 1. Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов,масс-анализатор, состоящий из помещенных в электростатический экран четырех полеобраэующих систем, каждая из которых выполнена в виде группы проволочных электродов, и приемник ионов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности, экран выполнен в виде трубы квадратного сечения, каждая из упомянутых групп содержит четыре расйоложенных аксиально и симметрично проволочных электрода, при этом центры симметрии каждой группы нахоцятся на диагоналях квадрата на расстоянии от центра, равном 1/4 длины диагонали,а расстоя ние между нитями в каждойгруппеи размер стороны экрана связаны соотношением где 2 а - расстояние между нитямив группе,2 - длина стороны квадрата.2. Масс-спектрометр по и. 1,о т л и ч а ю щи й с я тем, чтонити выполнены из высокоомных металлов и сплавов.3, Масс-спектрометр по п. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтос целью обеспечения одновременной многоканальной сепарации ионов, в неговведены дополнительно по 4 ионныхисточника и приемника ионов, установленных коаксиально каждой изЗ 5 полеобразующих систем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Оауйоп 3 .Е. апд ог.пегь.-йе.5 с. Л пьсгцаепс, 25, 485 , 1954.що 2. Патент США Р 3725700,кл. 250-419, 1973.3. Иасьцда Н Иасьио Т.-Иаьь5 ресговейгу апд акоп Рпуь, 24, 1977,Р 1 р. 107-118 прототип 1.осударс ам иэрб Москва,ра ен те 795 Подписноеого комитета СССРий и открытийРаушская наб. д, 4