Призменный масс-спектрометр

.СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК еЯ Н 01 д 49 30 ГОСУДАРСТВЕНПО ДЕЛАМ ИЗ Й,КОМИТЕТ СССРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ л(71) Институт ядерной физики АН Каз. ССР(5 б) 1. Авторское свидетельство СССР 9 353186:, кл. 0 01 и 27/62, 1970,2. Авторское свидетельство СССР У 522690, кл, В 01 Р 59/44, 1975 (прототип).(54)(57) ПРИЗМЕННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий ионный источник, за которым установлены коллиматорная инза с телескопической системой,магнитная призма и фокусирующая линза с телескопической системойионные зеркала и приемник ионов, о т л и - . ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешакщей способности и светосилы прибора, в него дополнительно введены электростатические системы, состоящие из симметрично расположенных цилиндрических Линз и цилиндрических зеркал, а магнитная призма выполнена в виде правильного , многоугольника с четным числом боковых граней, вокруг которого установлены упомянутые электростатические системы, при этом оси симметрии эле ростатических систем являются. биссектрисами соответствукщих углов ,магнитной призмы.1076 2нитную призму, фокусирующую линзу стелескопической системой, ионныезеркала и приемник ионов, введеныэлектростатические системы, состоящиеиз симметрично расположенных цилиндрических линз и цилиндрических зеркал,1 110Изобретение относится к областканалитического приборостроения, аболее конкретно к устройству массспектрометров с большой разрешающейспособностью и светосилой и можетбыть использовано во всех областяхнауки и техники, где требуется точное измерение масс атомов и молекул.Известны приэменные масс-спектрометры, предназначенные для точного 1 Оизмерения масс атомов и молекул, состоящие из источника и приемникаионов, магнитной призмы с двумернымполем, двух ахроматизирующих электростатических телескопических систем, 1 Зколлиматорной и фокусирующей .электрсстатичесиии лича 1 .Недостатком устройства являетсяневысокая разрешающая способность исветосила, 20Известен также призменный массспектрометр, содержащий ионный источник, коллиматорную и фокусирующуюлинзы, магнитную призму и электростатические зеркала, отражающие ионный пучок, вследствие чего последнийдва раза проходит магнитную призмус двумерным магнитным полем что приводит к двукратному повьипению дисперсии прибора 2 .30Недостатком этого масс-спектрометра является невозможность дальнейшегоповышения кратности прохождения ионным пучком магнитной призмы, так каксистема из двух ионных зеркал распо- .З 5ложена с другой стороны магнитнойпризмы по отношению к коллиматорной и фокусирующей линзам, и отраженныйзеркалами пучок возвращается в межполюсной зазор через ту же сторону, щчерез которую вышел, проходя магнитное поле только дважды. Вследствиеэтого невозможно дальнейшее повыше ние дисперсии масс-спектрометра беззначительного увеличения длины его 4 З коллиматорной и фокусирующей частей, приводящего к снижению светосилы.1Целью изобретения является повышение разрешающей способности и светосилы прибора без увеличения его 50 габаритов путем осуществления много-кратного прохождения ионного пучка через магнитную призму.Этацель.достигается тем, что в известном призменном масс-спектро- Я метре, содержащем ионный источник, эа которым установлена коллиматорйая линза с телескопической системой, мага магнитная призма выполнена в видеправильного многоугольника с четнымчислом боковых граней, вокруг которого установлены упомянутые электростатические системы, при этом-осисимметрии электростатических системявляются биссектрисами соответствующих углов магнитной призма.Так как при этом противоположные стороны многоугольйика параллельны между собой, то параллельный пучок, входящий в межполюсной зазор через одну сторону и выходящий через противоположную, остается параллельным, т.е. магнит с такими полюсами является многогранной магнитной призмой.Многократное прохождение ионного пучка через такую призму происходит потому, что вокруг нее, расположенные против углов многоугольника электростатические систеьы, возвращают ионный пучок, вышедший из межполюсного зазора через какую-либо сторону многоугольника обратно в межполюской зазор через другую его сторону. Укаэанная конструкция магнитной призмы позволяет разместить вокруг нее значительное количество Электростатических систем и тем самым обеспечить многократное прохождение ионнрго пучка через межполюсной зазор практически не увеличивая размеров полюсных наконечников,На чертеже изображена конно-оптическая схема предложенного массспектрометра с восьмиугольной призмой и осевая траектория пучка в . средней плоскости масс-спектрометра.1Масс-спектрометр состоит из ионного источника 1 и приемника 2 ионов, коллиматорной и фокусирующей трансаксиальных линз, образованных электродами 3, 4 и 5, телескопических систем с электродами 5, 6 и 7, вось миуголыюй магнитной призмы 8, вокруг которой расположены семь электростатических систем, Каждая электростатическая система состоит изэлектродов 9, 10 и 11. Электроды 9 и 10 образуют две симметрично расположенные цилиндрические линзы,электроды 10 и 11 - два также симметрично61 л7 0 1 УЫ 06 ),М я а следующемх пересечениедовательново втором зелинзе первой до по ни о емы второ 3 1101расположенные ионных зеркала. ЛинииОН, ОН 2 и т.д. являются осями симметрии для электростатических систем и одновременно биссектрисами углов полюсных наконечников магнитной5призмю, Каждый электрод состоит издвух идентичных параллельных пластин, симметрично расположенных относительно средней плоскости прибора.В телескопических системах, ион Оных зеркалах и цилиндрических линзахзазоры между соседними электродамиимеют форму прямых щелей;В трансаксиальных линзах щели между электродами3 и 4, и также 4 и 5 изогнуты по дугам окружностей. Обращенные друг кдругу поверхности магнитных полюсовимеют форму правильных восьмиугольников, расположенных симметрично относительно средней плоскости, Электроды 7 и 9 одновременно являются магнитными экранами.Устройство работает следующим образом.Выходящий иэ щели источника ибнов 251 расходящийся ионный пучок преобра, зуется коллиматорной линзой (элект.роды 4 и 5), фокус которой еовпадаетсо щелью источника, в параллельныйи .затем, отклонившись в телескопической системе электроды 5, 6 и 7)попадает в анализирующее магнитное.поле. После прохождения магнитногополя пучок, оставаясь параллельным,отклоняется цилиндрической линзой. статической системы и, отразившисьот зеркала (электроды 1 О и 11, пересекает ось ОН 1 в перпендикулярном кней направлении. В телескопической40системе и в цилиндрической линзе,пучок отклоняется в направлении, проти-воположном направлению отклонения вмагнитной призме. Углыпадения ипреломления и потенциалы на электродах электростатической системы подобраны так, что в окрестности точекпересечения пучка с осью ОН компенсируется угловой разброс траекторий. в пучке вызываемый энергетическимразбросом ионов, т,е. осуществляетсяфокусировка по энергии,частке пути ионовс Осью ОН пучок ретерпевает отклоне- кале и цилиндричесэлектростатической раз, пройдя магнит 076 4ное поле, преломляется в первой цилиндрической линзе второй электростатической системы и отражается от первого ее зеркала. На этом участке пути ионов отклонение в обеих цилиндрических линзах противоположно отклонению в магнитном поле, что приводит к фокусировке пучка по энергии. Аналогичная ситуация будет иметь место и на последующих отдельных участках пути ионов, а следовательно, и во всем приборе в противоположных по направлению угловых дисперсий по энергии в магнитном поле и электрических полях на каждом из указанных отдельных участков пути. Соотношения,при выполнении которых массспектрометр обладает фокусировкой по энергии, имеют видВ; Здесь 2 П - количество граней маг нитной призмы; Чс - потенциал на электродах 10, Ч" - потенциал на элек родах 5; Ч - потенциал свободного о поля пространства на всех участках пути ионов за пределами электростатических систем коллиматорной и фокусирующей частей масс-спектрометра. Все потенциалы измеряются по отношег нию к тому месту пространства., где скорость ионов равна нулю, т.е. О- где ЧЧ . - энергия ноно- их заряд;- угол падения напервую цилиндрическую линзу электростатической системы 1 - угол прелФления в этой линзе;- угол паденина телескопическую систему коллиматорной линзы;- угол преломленияней; о =11, причем знак "+," беретсяесли ЧДс Ч(, а знак "-", еслиМДъ 1=+1, где знак "+" берется, еслиЧЧо э знак "-", если 1 Чс ЦЧоэ фугол входа пуска в магнитную призмуйл = М,у - , Дисперсия масс-спектроВ7 иметра по массе определяется по фор- фокусное расстояние фокусирую;. щей линзы, Она в Е раэ больше, чем дисперсия по массе прототипа.В,изображенном на чертеже массспектрометре с восьмиугольной магнитной призмой пучок восемь раз проходит через межполюсный зазор, против двух раз в прототипе. Таким образом, при тех же фокусном расстоя- О нии и трансаксиальных линз и углах к , 1 иего дисперсия будет .и че% +тыре раза больше и, соответственно, в четыре раза больше будет разрешающая способность, 15Предлагаемый масс-спектрометр может быть построен и на основе многогранной магнитной призмы с еще боль"- шим числом граней, например с 32-мя гранями. В последнем случае выигрыш 2 О в дисперсии по сравнению с прототипом будет достигать 16 раз. 076 6При одинаковой с прототипом дисперсии фокусное расстояние.коллиматорной и фокусирующей линз можетбыть уменьшено в 16 раз, что приве дет к увеличению светосил в 16256 раз и значительному уменьшениюгабаритов прибора,Таким образом, на предлагаемоммасс-спектрометре может быть получена разрешающая способность и светосила, значительно превышающие разрешающую способность и светосилу,достижимую на других известных массспектрометрах,Прибор компактен и его изготовление, несмотря иа значитедьное чис"ло электростатических систем, непредставляет большой, сложности, вследствие их идентичности,Предлагаемый масс-спектрометрзначительно расширит воэможностимасс-спектрометрии.. Те Заказ 4468/1 Тираж КИПИ Государс по делам изо 035, Москва, ИПатент", г фили Проектная гор Редактор П,Горьк 679, Подписноеенного комитета СССРетений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5