Способ питания гиперболоидного масс-спектрометра

.801104601 д) Н О,1 49/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ С В 27В, Веселкин иперболоидныеИзмерение, конт 1980, У 11-12,гЗм- = - 8"и де г3 О ржки сигнала; время задТосфпериод ссов;длительн Т едования импульсть рабочих имульсов. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Шеретов Э,П. Гмасс-спектрометры.роль, автоматизацияс. 29.2. КсЬаго ,1.А. апй а 11. А пеиорегаг 1 п шойе Гог гЬе ццадгцро 1 еМаза 11 гег. - 3. Мазз-Бресегош ап(54) (57) 1. СПОСОБ ПИТАНИЯ ГИПЕРБОЛОИДНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА, при котором на электроды датчика подаютимпульсные напряжения, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения разрешающей способностии чувствительности, импульсные напряжения на различных электродахсдвинуты одно относительно другогона время, меньшее чем период колебаний, при этом отношение длительности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношениемСпособ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что на различные электроды подают импульсные напряжения различной амплитуды.3. Способ по пп, 1 и 2, о тл.и ч а ю щ и й с я тем, что на электроды датчика подают импульс 1104601 ный сигнал со скважностью, определяемой соотношением8 = 2 К,где К - любое, не равное нулю и еди"нице число.Изобретение относится к массспектрометрии, а более конкретнок динамической масс-спектрометрии, и может быть использовано при создании масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.Известен способ питания гипербо лоидных масс-спектрометров, при котором на электроды датчика подают импульсный сигнал и постоянное напряжение 11.При питании датчиков гиперболоидных масс-спектрометров импульсным сигналом, с одной стороны, резко уменьшаются потребляемая генератором мощность и его габариты, а с другой, появляется возможность увеличения разрешающей способносА и чувствительности приборов за счет оптимального подбора импульсного сигнала. Реализация больших воэможностей импульсного метода питания в гиперболоидных масс-спектрометрах сдерживается трудностями поддержания стабильным отношения амплитуды импульсов к постоянному смешению, подаваемому на электроды датчика.Наиболее близким к предлагаемому является способ питания гиперболоидных масс-спектрометров, согласно которому импульсные сигналы на электроды датчика подают с двух одинаковых вьмодных каскадов, на входы которых поступают сигналы с парафазного импульсного усилителя Путем подбора скважности импульсного сигнала регулируются постоянные составляющие, существующие на выходах оконечньм каскадов. Поскольку элект роды датчика подсоединены к этим выходным каскадам непосредственно то путем подбора скважности удается выставлять нужную постоянную разность-потенциалов между электродами датчика. В этой ситуации постояннаясоставляющая напряжения на электродах датчика гиперболоидного масс 5 спектрометра определяется формойсигнала, и поэтому ее отношение камплитуде высокочастотных импульсовоказывается более стабильным 1 21,Известно, что для достижения10 высокой чувствительности и разре.шающей способности гиперболоидных,масс-спектрометров необходимо значительно увеличить скважностьимпульс"ного сигнала. При этом использова 15 ние известного способа приводит крезкому увеличению мощности, потребляемой генератором. Это объясняется тем, что при генерации противофазных импульсных сигналов большой20 скважности один оконечный каскадоткрывается только на малый промежуток времени, а второй почтивсе время оказывается открытым.Резкое увеличение потребляемой 25 мощности приводит к уменьшениюстабильности генерируемых сигналови увеличению их асимметрии.Цель изобретения - увеличениеразрешающей способности и чувстЗ 0 вительности путем разработки способа питания гиперболоидных массспектрометров импульсным сигналом,при котором в оптимальном режимерезко снижается потребляемая генератором мощность и увеличиваетсястабильность поступающего на анализатор сигнала.Указанная цель достигается тем,что согласно способу питания гипер болоидного масс-спектрометра, при котором на электроды датчика подаютимпульсные напряжения, на различныхэлектродах датчика импульсные напряжения сдвинуты одно относительно1104601 4из напряжения на кольцевом. Из вреь- менной зависимости этой разницыЕ 1 - Е, (фиг. 2) видно, что припредлагаемом способе питания формадействующего напряжения оказываетсясложной и зависимой не только отформы напряжений на электродах, но Иот времени задержки Т д,Таким образом, появляется возможность измене- , 1 О ния формы действующего сигнала засчет регулировки , д.На фиг. Э приведена общая диаграмма стабильности для получаемого сигнала в случае датчика иа осесимметричной линзе при скважности сигнала Б =Та/Т= 5 и относительной за-,Сф"ЗаДи Б = 2 К,где К - любое, не равное нулю и единице, число.На фиг . 1 приведена схема подачиимпульсных напряжений на электродыдатчика типа трехмерной ловушки иэпюры подаваемых напряжений; нафиг. 2 - эпюра разности потенциалов,возникающей между электродами датчи 30ка; на фиг. 3 - общая зона стабильности, рассчитанная для сигнала,приведенного на фиг. 2, в случаегиперболоидного масс-спектрометратипа трехмерной ловушки; на фиг.4зависимость положения вершины общейзоны стабильности от относительнойвеличины времени задержки сигналов,подаваемых на различные электродыдатчика.На кольцевой электрод 1 датчикаанализатора типа трехмерной ловушки(фиг. 1) подают импульсный сигналнеобходимой скважности и амплитудойЕ . На соединенные вместе торцовые 45электроды 2 и Э подают сигнал Ес той же скважностью (и той же формы), но задержанный относительносигнала на кольцевом электроде навремя, При этом для формированиязадпостоянной составляющей амплитудыЕ, и Е не равны друг другу. Поскольку. поле в рабочем объеме датчика определяется разностью потенциалов, подаваемых на его электроды, тодля определения ее зависимости отвремени неоходимо произвести вычитание напряжения на торцовых электродах Можно показать, что для сигнала,приведенного на фиг. 2, постоянная 35составляющая определяется соотноше- нием Б Я Е-- (1 -Ф)о Таким образом, по вертикальной оси на диаграмме стабильности (фиг. 3) 50 откладывается величина, пропорциональная отношению постоянного смещения к амплитуде переменного сигнала (величина, не зависящая от массового числа), а по ризнтальной 55 оси - величина, пропорциональная щВ таком случае линия развертки спектра масс параллельна оси а (линия с, фиг. 3). другого на время, меньшее чем период колебаний, при этом отношение длител ности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношением"иТ - период следования импульсово- длительность рабочих высоикочастотных импульсов.Для задания необходимого постоянного смещения на различные электродь подают импульсные напряжения различной амплитуды.Для упрощения схемы формирования импульсных напряжений на электроды датчика подают импульсный сигнал со скважностью, определяемой соотноше- нием координатным осям диаграммы стабильности (фиг. 3) отложены величины о и и, определяемые соотношениями ,р 4 еЕЕ 0 е Я етГ 2 Та где оз - круговая частота подаваемого импульсного сигнала;и г - геометрические параметры электродной системы; е и ш - соответственно заряд и масса анализируемых частиц.и отношение постоянной составляющейк амплитуде переменной пропорционально У, т.е,ствует максимуму этих зависимостей. Оптимальное значение можно определить соотношением 3 1104601Аналогичную диаграмму стабильности можно построить и для уравнения Матьеу + у (а - 2 о сов 2 Т) = О. 35 Для этого выносим из скобок о и получаем у+ пу(д соз 2 Т) = О, где2-=:Видно, что решение уравнеО 0ния Матье зависит от двух параметров:10- параметра для гиперболоидногомасс-спектрометра,определяемого только соотношением постоянного смещенияна электродах к амплитуде высокочастотного сигнала, и параметра Ч пропорционального 61 . Если диаграммустабильности перестроить в координатах 3 Ч, то линия развертки спектра масс будет параллельна оси Ч.При предлагаемом способе питания 20выбор режима работы на диаграмместабильности осуществляется путемрегулировки отношения Е, и Е. Поскольку при импульсном питании, какправило, используются импульсные 25генераторы, выходные транзисторыз которых работают в ключевом ре -жиме, то Е и Е, однозначно определяются напряжением питания выходных ,каскадов. .ПоэтомУ стабилизациЯ Ие З 0не вызывает трудностей и может быть осуществлена с высокой точностью.Форма сигнала, а значит и конфигурация диагРаммы стабильности могут изменяться при изменении времени задержки. Поскольку при проведении анализа С должно быть постоянным,ЗАДто для исключения влияния его флук" туаций на разрешающую способность необходимо выбрать й,д таким, при 40 котором его флуктуации наименьшим образом сказывались: бы на положении вершины .общей диаграммы стабильности. На фиг. 4 приведены зависимости положения вершин общих диаграмм ста бильности для датчика на осесиммет" ричной линзе от значения 6 г , рассчитанные при различных скважностяхвысокочастотных импульсов. Видно, что наиболее стабильным режимом является режим, при котором дг соответ 8-2дгель 2Устройство для осуществления предлагаемого способа питания датчиков гиперболоидных масс-спектрометров можно выполнить на микросхемах с последующим усилением сформированных импульсов до требуемой амплитуды транзисторами. Частота задающего управляемого генератора делится обычными триггерами со счетным входом, и с помощью элементов И-НЕ формируется требуемая скважность высокочастотных импульсов.Аналогично формируются импульсы с тем же периодом, но сдвинутые на время С . В таком случае наиболее простой путь - это формирование сигнала со скважностью, равной четному числу, При этом не возникает никаких трудностей при получении оптимальной задержки между сигналами, подаваемыми на различные электроды. Развертка спектра анализируемых масс может осуществляться .как изменением амплитуды высокочастотного сигнала, так и изменением частоты.Предлагаемый способ питания электродов датчиков гиперболоидных масс- спектрометров по.сравнению с существующим позволяет значительно (до 5 раз) уменьшить потребляемую генератором мощность и, соответственно, уменьшить габариты всего масс-спектрометра; существенно увеличить разрешающую способность и чувствительность масс-спектрометра путем повышения стабильности параметров питающего датчик напряжения; вдвое увеличить размах напряжений на электродах датчика без увеличения напряжений, питающих выходные каскады генератора. Это увеличивает вдвое чувствительность анализатора и его устойчивость к влиянию диэлектрических пленок, образуемых на его электродах.