Масс-спектрометр

СОКИ СОВЕТСНИХСР,ИЛЮНе%ихРЕСПУБЛИК 1 Ю 43/3 гОСДАРСТВЕННцйПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ ОМИТЕТ СССРИИ И ОТКРЫТИЙ АНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ра до входной-выходграницы магнитно и до внутреннегостатического анаетворяют соотношению ческого анализат ной прямолинейно го анализатораэлектрода электр лиэатора е 1 удов дерных(54)(57) 1, МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник ионов, за которым установлен дилольный магнитный анали"затор с межполюсным зазором в формеклина, усеченного двумя плоскостями,ортогональными к образующим и к плоскости симметрии клина, электростатический анализатор типа фэлектрическое зеркало, диафрагму и коллекторионов, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения разрешающейспособности, входная-выходная прямолинейная граница магнитного анализатора установлена параллельно оси симметрии электростатического анализатора и гребень клиновидного межполюсного зазора магнитного анализаторасовмещен с осью симметрии электростатического анализатора, диафрагмас проходными отверстиями установленавдоль оси симметрии, при этом расстояния от оси симметрии электростатигде М - число пар проходных отверстий в диафрагме, расстояние между входным и выходным отверстиями в каждой паре проходных отверстий равно при входе в электростатический анализатор д =5,40 ги каждое последующее входное отверстие смещено на расстояние дэ -38-5,40- 5,86 геот преды"дущего входного отверстия, где 5,86 г - расстояйие между входным и выходньм отверстиями в каждой ларе проходных отверстий при входе в магнитный анализатор, а ось отверстия источника ионов направлена под уг- Я лом 45 ф к оси симметрии электростатического анализатора.2, Масс-спектрометр по и. 1, о т- ффффф л и ч а ю щ и й с я тем, что в межполюсном зазоре магнитного анализатора установлены корректирующие секступольные-октупольные катушки, ,)3, Масс-спектрометр по п. 1, о т- а л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения аксептанса и упрощения Я) конструкции, вблизи диафрагмы уста- ц. новлеиа короткофокусная электрическая или магнитная линза с фокусом, лежащим в плоскости первого входного отверстия диафрагмы.межполюсного зазора магнитного анализатора совмещен с осью симметрииэлектростатического анализатора,диафрагма с проходными отверстиямиустановлена вдоль оси симметрии,при этом расстояния от оси симметрииэлектростатического анализатора довходной-выходной прямолинейной границы магнитного анализатораи довнутреннего электрода электростати- О ческого анализатора гудовлетворяютсоотношению 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 Изобретение относится к массспектрометрии высокого разрешения для анализа элементного состава вещества и измерения масс атомных ядер и может быть использовано в научных исследованиях различных направлений и для контроля производственных процессов, требующих элементного анализа вещества.Известны масс-спектрометры высокого разрешения с фокусировкой ионов по скорости, содержащие источник ионов, магнитный и электростатичес" кий анализаторы, коллектор ионов 1.Недостатком масс-спектрометров этого типа является сложность профилей полюсных наконечников диполь- ного магнита и электродов электростатического анализатора, вызванная требованиями обеспечения хорошего качества пространственной фокусировки пучка ионов и фокусировки по скорости.Известен частный вариант массспектрометра с фокусировкой ионов по скорости, содержащий источник ионов, в качестве магнитного анализатора дипольный магнит с клиновидным межполюсным зазором и в качестве электростатического анализатора цилиндрическое электрическое зеркало, более простые по профилю полюсов и электродов, диафрагму и коллектор ионов 2,Недостатком масс-спектрометра является неполное использование дисперсных возможностей магнитного и электростатического анализаторов из-за невозможности многооборотного движения анализируемых ионов в массспектрометре, обусловленного расположением оси электрического анализатора и входной-выходной прямолинейной границы магнитного анализатора под углом 45 друг к другу. Цель изобретения - повышение разрешающей способности масс-спектрометра в результате усиления дисперсионного действия магнитного анализатора масс-спектрометра путем осуществлениямногооборотного движения ионов.Поставленная цель достигается тем, что в масс-спектрометре, содержащем .источник ионов, за которым установлен дипольный магнитный анализатор с межполюсным зазором в форме клина, усеченного двумя плоскостями, ортогональными к образующей и к плоскости симметрии клина, электростатический анализатор типа электростатическое зеркало", диафрагму и коллектор ионов, входная-выходная прямолинейная граница магнитного анализатора установлена параллельно оси симметрии электростатического анализатора и гребень клиновидного,1(Ф "-0 52 й/(й),где Й - число пар проходных отверстий в диафрагме, расстояние междувходным и выходным отверстиями вкаждой наре проходных отверстий привходе в электростатический анализатор равно с 3-5,401 и каждое последующее входное отверстие смещено нарасстояние де-ди=5 Р 40 Ъ.86 61-отпредыдущего входного отверстия,где 5,8 б 6- расстояние между входным и выходным отверстиями в каждойпаре проходных отверстий при входев магнитный анализатор, ось эмиссионного отверстия ионного источниканаправлена под углом 45 О к оси симметрии электростатического анализатора.Кроме того, в межполюсном зазоремагнитного анализатора установленыкорректирующие секступольно-октупольные катушки.При этом вблизи диафрагмы установлена короткофокусная электрическаяили магнитная линза с фокусом, лежащем в плоскости первого входногоотверстия диафрагмы,Теоретическое обоснование приведенных выше необходимых значенийпараметров масс-спектрометра даетсяниже.На фиг. 1 и 2 представлена схемапредлагаемого масс-спектрометра вдвух взаимно перпендикулярных сечениях.Устройство содержит корректирующие секступольные-отупольные катушки 1, магнитный анализатор 2 с дипольным магнитом с межполюсным зазором в форме клина, усеченного двумя плоскостями, ортогональными кобразующим и к плоскости симметрииклина, коллектор 3 ионов, установленный за диафрагмой 4 с рядом проходных отверстий и электростатическиманализатором 5 типа цилиндрическое зеркало, источник б ионов,за которым установлена линза 7,Ось 2 является одновременно осьюсимметрии электростатического анализатора и . ребнем межполюсного клиновидного зазора. Масс-спектрометр работает следующим образом, 107 б 983при О-сопвй и при диспергировании по массе и в два раза большей величиной при диспергировании по скорости, Для рассматриваемого магнитного анализатора эта формула дает 3-7,30 з по массе и В =14,бОпо скорости.Описанное движение ионов повторяется К раз в электростатическом анализаторе и 6-1 раэ в магнитном. На фиг. 1 представлено 8=4, 10Выбором параметрови Ф обеспечивается полная взаимйая компенсация диспергирования ионов по скорости электростатическим и магнитным анализатором в конечной точке движе ния ионов на коллекторе 3, т.е. обеспечивается фокусировка по скорости. Условием этого является выпол. нение равенствайВ (й 1)В О, 20 из которого следует условие1/1 = О, 52 К / (К),Дисперсия ионов по массам, обус ловленная действием только магнит" ного анализатора, суммируется после каждого отклонения пучка в магнитном поле.Предлагаемый масс-спектрометр 30 допускает дополнительные улучшения его характеристик,.Поскольку пучок ионов имеет аэимутальную перетяжку в местах наибольшей радиальной шири" ны пучка в магнитном поле анализато ра, возможно эффективное применение в этих местах корректирующих секступольных-,октупольных катушек 1 для исключения аберраций второго и третье 1 о порядков и улучшения таким обраэом разрешающей способности массспектрометра. На рисунках представлены секступольные катушки с указанной полярностью для исключения имеющейся в этом случае отрицательной квадратической угловой аберрации.Для улучшения аксептанса массспектрометра и более удобного расположения источника ионов вне узкого зазора между анализаторами вблизи диафрагмы установлена короткофокусная электрическая или магнитная линза с действительньм или мнимым фокусом в плоскости первого входного отверстия диафрагмы. На фиг. 2 представлен вариант расположения линзы с действительным фокусом,Таким образом, многократное исполь.зование магнитного и электростатического анализатора в предлагаемой конструкции масс-спектрометра позволяетсущественно увеличить дисперсию прибора, обеспечивая при этом фокусировку ионов по скорости, Это даетвоэможность создать более компактный масс-спектрометр с высоким разрешением. Как показывают расчеты,масс"спектрометр этого типа с магнитным анализатором с максимальнымрадиусом кривизны траектории 15 сми соответствующим электростатическиманализатором при пяти отклоненияхпучка ионов в магнитном поле обеспечивает дисперсию 21 мм на одинпроВ 1 ент изменения массы ионов, эквивалентную дисперсии масс-спектрометра с однократньм отклонением пучкаионов с радиусом кривизны 200 см.Достижимая раэрешакщая способностьтакого прибора может составить несколько сот тысяч,о Закаэ илиал ППП ффПатент, г, Ужгород, ул. Проектна 0 Тираж 683 ВНИЯПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, Ж, Подпискомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/ ногонийРауш