Масс-спектрометр

,одуляторко дополизолиров полевых ка и пе- ополт дру енные ных други подклюбесполевы реключателнительным амерам из пой и пос н мокностью соединен междуой каме юсов генератор оянной бесполе2, Масс-спек и ч а ю щ и й п. 1, от что в набщая длина метр т ия ионов оу собой иенераторабесполевых правлении движ соединенных ме с незазем одулируюкамер нным полюсо пряженияствует жени соотв й (1= 1) или а(1=2, 3 х между собой камер, говой траекгд проходертурную еи через иаФрагму омер гармони опр ием час-,гояемыи отноше тоты модулирунапряжениялотронной ча иона массрометр по п,с я тем, чтесполевые капложены либообеих сторон 3. Масс-сп к чающий о тия, упроора путем дополнительные модулятора рас стороны, либо ной бесполевой ерыс одной увелии умень чения про дител ьно с остоян меры симметрично ГОСУДЮ СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового КрасногоЗнамени специальное конструкторскоебюро аналитического приборостроенияНаучно-технического объединенияАН СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 167673, кл. Н 01 Л 49/30, 1962.Авторское свидетельство СССРР 438431, кл. Н 01 Л 49/30, 1972.Авторское свидетельство СССРУ 550877, кл. Н 01 3 49/30, 1975.(54)(57) 1, МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий камеру масс-анализатора,в которой расположены источник ионов,модулятор с постоянной бесполевойкамерой, подключенный к генераторумодулирующего напряжения, апертурная диафрагма с окном, диаФрагма свыходной щелью, магнит и регистрирующее устройство, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с,целью расширения Функциональных возможностейза счет изменения дисперсии и разрешающей способности без смены модулятора и щелей и без изменения чувствительности путем изменения частоы модулирующего напряж ения конструкции генер ужения диапазона часто ения амортизации масс-спектрометра ЯО 82629 А лр П.длина одно общая длин соединеннь бесполевых у - радиус крутории ионо50 Изобретение относится к масс-спектрометрии, в частности к устройствумагнитных резонансных масс-спектро-,метров с двумя ступенями разделенияионов, в которых первой ступенью 5является 180 градусный магнитныйанализатор, а второй - магнитныйрезонансный.Основным назначением таких массспектрометров является изотопный ана лиз инертных и химических активныхгазов, особенно анализ микроколичеств газов и измерение больших(до 10 - 10 ) изотопных отношенийв статическом режиме напуска пробы.Поскольку анализируемые компоненты входят в мультиплекты масс,для разрешения которых требуетсясущественно различная разрешающая способность масс-спектрометра, произ," 20водительность его зависит от времени, необходимого для переналадки прибора с целью иэменейия разрешающей способности в процессе анализа.Например, для разрешения мультиплета НЕ - НД - Н 5 нужна разрешаю 5щая способность 2000, а для разрещения мультиплета 1 Хе в " С гС 1нужна разрешающая способность 70000,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейэа счет получения возможности изменения дисперсии масс-спектрометрабеэ разгерметизации масс-анализатораи смены модулятора, изменения разре- З 5шающей способности без изменения ширины щелей и чувствительности путемизменения частоты модулирующегонапряжения, упрощение конструкциигенератора модулирующего напряжения 40путем сужения диапазона генерируемых частот, а также сопутствующееувеличение производительности массспектрометра и уменьшение его амортизации. 45На фиг. 1 представлена схемапредлагаемого масс-спектрометра,на фиг. 2 (а, б) - устройство(фиг. 2 а) и симметрично с двухсторон (фиг, 2 б) основной камеры.Масс-спектрометр содержит камерумасс-анализатора 1, источник ионов 552, модулятор с постоянно присоединенной к генератору бесполевой камерой. 3 и дополнительными бесполевыми камерами 4, переключатель 5, черезкоторый дополнительные камеры модулятора избирательно присоединяютсяк одному из полюсов генератора 6 ик постоянной камере 3 модулятора,апертурную диафрагму с окном 7,диафрагму со щелью выхода 8,выводной конденсатор 9, вторично - электронный умножитель 10 и регистрирующее устройство 11, Направление индукции О магнитного поля показано крестиком внутри камеры масс-анализатора.Управление переключателем 5 может быть ручное или автоматическое (например программное управление от ЭВМ посредством электромагнитного привода). Переключатель 5 может быть либо расположен внутри камеры масс-анализатора и переключаться посредством вакуумно-плотного привода от механизма перемещения, либо расположен между генератором и вакуум- но-плотными вводами модулятора.В предлагаемый масс-спектрометр введены одна или несколько дополнительных бесполевых камер модулятора, изолированных друг от друга, и переключатели, через которые допол - нительные камеры избирательно соединяются с одним из полюсов генератора и между собой.Постоянно присоединенная к генератору бесполевая камера и дополнительные бесполевые камеры в совокупности образуют "полигармонический" модулятор с изменяемой длиной бесполевого промежутка, а переключатели позволяют изменять эту длину в процессе перестройки масс-спектрометра с пика на пик масс-спектра без вскрытия камеры масс-анализатора.Перестройка масс-спектрометра смассы на массу производится изменением индукции магнитного поля и частоты модулирующего напряжения в соответствии с требуемой для выбранных масс разрешающей способностью. Оператор или автоматическое устройство устанавливает для данной массы такую частоту генератора, которая соот - ветствует номеру гармоники ь необходимому для получения нужной разрешающей способности, и .одновременно переключает бесполевые камерымодулятора так, чтобы общая длина 1 камер ( 1 = 1,2,3) определялась соотношением,(2) 45 Например, для разрешения мультиплетов гелия и водорода (24 а. е.м) требуется небольшая разрешающая способность (до 2000), целесообразен выбор меньшего значения гармоники п 1, а для разрешения дублета Хе"СС 191 гз(129 а.е.м) требуется разрешающая способность 70000, целесообразен выбор большего значения гармоники п,При уменьшении гармоники с увеличением длины бесполевого промежутка модулятора для легких масс, увеличении гармоники с уменьшением длины бесполевого промежутка для тяжелых масс достигается сужение диапазона частот генератора без нарушения синфазности пролета ионов через модулятор. Создаются условия для упрощения конструкции генератора.В первой ступени масс-спектрометра ионы разделяются по радиусу д траектории. Во второй ступени ионы разделяются по циклотронному периоду оборота, дважды пройдя модулятор и набрав в его высокочастотном поле энергию, соответствующую фазам моЗО дулирующего напряжения при втором вхождении ионов в модулятор. Различие энергии, набранной в модуляторе ионами разных масс, соответствует разности фаз, равной разности циклотронных периодов, и зависит от крутизны модулирующего напряжения, Различие диаметров выходных траекторий, т.е, дисперсия масс-спектрометра пропорциональна величине отношения и= 2 фчастоты генератора40 модулирующего напряженияк циклотронной частоте оборота ионов называемого номером гармоники где и - дисперсия на 1007 изменениямассы,и; - номер гармоники, соответствующий формуле (1), 50Вд 1 - разность диаметров траекторий, проходящих через щеливыхода и апертурной диафраг- мы, определяющая геометрические размеры масс-спектро метра,Модулятор масс-спектрометра-прототипа содержит два полевых промежутка и бесполевую камеру между ними.Ионы, получающие дополнительную энер,гию в модуляторе, должны пролетатьбесполевую камеру фиксированной длины за половину периода модулирующего напряжения. Разрешающая способность массгде- разрешающая способностьпо основанию,11 пика,5, 9 з , - ширины выходной щели источника ионов и выходнойщели масс-спектрометрасоответственно,- сумма аберраций у выходнойщели масс-спектрометра.Слагаемые аберрации растут с увеличением ширины щелей источника ионови апертурной.Таким образом, в масс-спектрометреразрешающую способность можно изменять в широких пределах регулированием ширины щелей масс-анализатора.Часть щелей (выходная) регулируется механизмами перемещения, а частьисточника (апертурная) - сменой диафрагм со щелями при вскрытии массанализатора, Разгерметизация (вскрытие) масс-анализатора, смена модулятора и щелей, откачка и получение вновь статического режима напускапроб, в котором преимущественно работают магнитные резонансные массспектраметры, приводят к значительному снижению производительностимасс-спектрометра и ускорению егоамортизации.Диапазон частот генератора модулирующего напряжения зависит отдиапазона масс-спектрометра. Длядиапазона масс, включающего все изотопы благородных газов и водород, накоторый рассчитан масс-спектрометрпрототип (2140 а,е.м.),коэффициентперекрытия генератора по частоте, равный отношению циклотронных частотИбХе и Н, весьма велик - 8,25, Большой коэффициент перекрытия по частоте и необходимость плавного изменения частоты во всем диапазоне значительно усложняют конструкцию генератора.Сужение диапазона частот модулирующего напряжения путем увеличенияномера гармоники (частот генератора)1182629 Номергармоники п:С ч Дисперсияна 13 дМ,мм Граничные часКоэффициен перекрытия по частоте Масс-спект- Диапазон рометр массовыхчисел тоты генератора, МГц 40 2-136 30,1-3,7 75 8,2 МИ 9302 Предла- гаемый 40 1 г 30,01-11,0 2,7 225 18-136 120 Оаначна для тяжелых масс и уменьшения номера гармоники (частот генератора) для легких масс затруднего из-за. нарушения синфазности пролета ионов через 5 модуляторВ предлагаемом масс-спектрометре для получения меньшей величины дисперсии (для,настройки на Не, например), переключатель 5 переклю чается в положение "2", постоянная .и дополнительные бесполевые камеры ,соединяются друг с другом и с незаземленным полюсом генератора. Для получения большей величины дисперсии 15 (для настройки на Йе, Аг, К и Хе) перекчюатель 5 переключается в положе , 1", дополнительные бесполевые камеры отсоединяются от постоянной камеры и присоединяются к 20 заземленному полюсу генератора. В обоих случаях частота генератора .устанавливается такой, чтобы выполнялись равенства (1), (2) и (3), Тем самым изменяется дисперсия и раз 25 решающая способность без смены модулятора и щелей масс-анализатора ,и без изменения чувствительности масс-спектрометра.В таблице дано сравнение дисперсий и диапазонов частот генераторов (коэффициентов перекрытия по частоте) масс-спектрометра МИ 9302 и предлагаемого масс-спектрометра с двумя дополнительными бесполевыми камерами и одним переключателем. Из таблицы видно, что при одинаковых геометрических размерах радиусов траекторий и щелей и одинаковыхнеоднородностях магнитного поля разрешающая способность предлагаемогомасс-спектрометра пропорциональ -ная дисперсии, втрое больше у предлагаемого масс-спектрометра,Кроме того, коэффициент перекрытия по частоте генератора в пред"лагаемом масс-спектрометре в 3 разаменьше, чем в известном, что сущест-,венно упрощает конструкцию генератора1182629 Уход иаюИ ход иам Рорректор В. Синицка ктор М, Бандура Техред М,Кузь Заказ 6 Подписное 4/ филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул, Проектная, 4 17/53 ВИИИПИ Госуда по делам из 3035, Москва, раж 678венного комитета ССетений и открытий35, Раушская наб.,