Устройство для крепления электродов квадрупольного масс спектрометра

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскид Социалистических Республик,СССР по делам изобретений н открытий) Приорите 00981. Бюллетень Мо 36 Опубликован 621.38 (088.8 атаопубликовамияопмсания 30,09. 81 72) Авторы изобретения Галль, А.ф. Кузьмин и В.А. Павленко Ордена Трудового Крас констр ук тор ское бюроНаучно-техническо(71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДО КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА ненными на ее поверхности. Оправка изготавливается из материала с низ-кой адгезионной способностью. Изоляторы прижимаются к наружной поверхности этой оправки посредством пружин, затем на оправку напыляется пленка металла и снимается с оправки вместе с изоляторами, образуя требуемую квадрупольную структуру анализатора (,2.Однако у такого устройства недостаточная жесткость,обусловленная малыми возможными толщинами напыления, что ведет к деформациям, вызывающим нарушение прецизионной структуры поля анализатора.Наиболее близким техническим решением является известный квадрупольный масс-спектрометр, в котором устройство для фиксации полеобразующих электродов состоит из цилиндрических изоляторов и изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразующие электроды фиксируются последовательно чередующимися с ними цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционной обоймы и со смежнымиэлектродами 33. ьИзобретение относится к масс-спектрометрии, а именно к квадрупольным масс-спектрометрам.Известно устройство для креплени полеобразующих электродов квадрупол ного масс-спектрометра, в котором электроды кругового сечения фиксируются в двух шайбах, помещенных вблизи концов этих эленродов каж дая из которых снабжена цилиндрическими расточками, к которым упомянутые электроды притягиваются внитами.Каждый электрод снабжен закрепленными на нем плоскими пластинами, приближающими форму электрода к гиперболи ческой 11.Недостатком этого устройства крепления электродов является.сложность и трудоемкость его изготовления, а также сложность юстировки в20 нем указанных электродов и недостаточно строгое приближение поля к гиперболическому,Известен квадрупольный масс-спектрометр, в котором крепление преци 25 зионной структуры масс-анализатора осуществляется непосредственно в процессе изготовления этой структуры с использованием оправки с четырьмя гиперболическими проФилями, выпол о Знамени специальноеалитического приборостроенияобъединения АН СССРцилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционнбй обоймы и смежными электродами, геометрические размеры изоляционной обоймы ификсирующих цилиндрических изоляторов выполнены в зависимости от формыповерхности полеобразующих электродовв соотношении;1 Ойа+г)-и -) + (+ -с Н-К)+С+- )г ф еиНедостатком такого устройства является его пригодность для крепления лишь электродов кругового сечения. Как изьестно, поле электродов кругового сечения не является строго . гиперболическим. Это приводит к снижению разрешающей способности и чувствительности квадрупольных масс- спектрометров.В случае цилиндрических электродов кругового сечения, что имеет место в известном масс-спектрометре,соотношение между радиусом электродов и расстоянием между ними задано однозначно из условий наилучшей аппроксимации гиперболического поля. При этом радиусы цилиндрических изоЛяторов и изоляционной обоймы оказываются такими, что устройство фиксации электродов всегда является само- удерживающимся, т.е. силы, действующие на.электроды и на цилиндрические 20 изоляторы направлены от оси квадрупольной системы и прижимают электроды и цилиндрические изоляторы к внутреннему диаметру изоляционной обоймы.При использовании в квадрупольных 25 масс-спектрометрах электродов с гиперболическими рабочими поверхностями гиперболические поверхности этих электродов дожны лишь совпадать с одной из гиперболических эквипотен циальных поверхностей формируемого поля. Так как таких поверхностей бесконечное множество, поверхности Ф электродов могут быть расположены на любом расстоянии от оси квадрупольной системы.Известное устройство крепления электродов не является пригодным для крепления электродов с гиперболическими рабочими поверхностями. При неизменном внутреннем диаметре изоля ционной обоймы, для.получения максимальной области гиперболического по- ля, к чему всегда стремятся, необходимо увеличивать диаметр исходных круговых электродов и Уменьшить диа метр цилиндрических изоляторов. Однако при некоторых соотношениях радиусов кругового электрода й,цилиндрического изолятора г и изоляционной обоймы (. это приводит к изменению на- р правления сил, действующих в устройстве Фиксации электродов, вследствие чего систе .а фиксации электродов теряет работоспособность, так как выходит из состояния самоудержания.Цель изобретения - повышение надежности и точности крепления поле- образующих электродов с гиперболической рабочей поверхностью.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для крепления поле образующих электродов, состоящем из изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразующие электроды фиксируются последовательно чередукщимися с ними б 5 де й - радиус электродов; г - радиус цилиндрически изоляторов; радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; с . - разность между радиусом электрода й и минимальным рас-. стоянием от оси электрода до его плоской пове хности, а, с = 2 Е - .4 С - 2 й + с Геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выбраны в зависимости от формы поверхности полеобразующих электродов в таком соотношении,что условия самоудержания электродов с гиперболической рабочей поверхностью и цилиндрических изоляторов в изоляционной обойме всегда выполняются. При этом обеспечена возможность выбора Формы поверхности этих электродов, обращенной к изоляционной обойме, что важно для технологии изготовления электродов, а также для удобства и надежности их установки и Фиксации в изоляционной обойме.На фиг. 1, 2 и 3 представлено предлагаемое устройство.На чертежах обозначены: 1 - пол образующий электрод с гиперболичес кой рабочей поверхностью 1 2 - фикс рующий цилиндрический изолятор 3 внутренняя цилиндрическая поверхность изоляционной обоймы.Как следует из направления действия .сил в предлагаемом устройстве крепления (фиг.1), состояние само- удержания электродов и цилиндрических изоляторов в обойме сохраняются только в том случае, если ось круговой поверхности электрода лежит между линией, соединяющей оси прилегающих к этой поверхности смежных цилиндрических изоляторов, и внутренней поверхностью изоляционной обоймы, т.е. если р - й ) О. Через радиусвнутренней поверхности изоляционной обоймы, радиус й электрода и радиусг цилиндрического изолятора это условие выражается соотношением;й(й+г)-(.(й-г) ) О (1)В целях обеспечения большей жесткости квадрупольной системы в собранном состоянии, а также удобства ее сборки, целесообразно, чтобы боковая поверхность каждого электрода диаметрально противолежащая поверхности этого электрода, имеющей профиль гиперболического цилиндра, имела пррфиль симметричного и параллельного оси масс-спектрометра кругового цилиндра, радиус которого равен радиусу внутренней поверхности изолирующей обоймы, как это показано на фиг.2. В этом случае в предлагаемой системе крепления электродов условия само- удержания обеспечиваются, еслиО р-й+Й О, т.е. если геометрические размеры изоляционной обоймы и цилиндрических изоляторов в зависимости от формы и размеров электродов выполнены в соотношении й(й+г) -. (й-г)+Й(-й)+ -) Ог.2(2) где й - радиус круговой поверхностиэлектродов, к которой прилегают смежные цилиндрическиеизоляторы;г - радиус цилиндрических изоляторов;радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; 25Х - разность между радиусом йэлектрода и минимальным расстоянием от оси электродадо его круговой поверхностирадиуса 30Удобство сборки электродов, а также жесткость квадрупольной системы в собранном состоянии может быть получено также, если боковая поверхность каждого электрода, диаметрально 35 противолежащая его поверхности с гиперболическим профилем, представляет собой плоскую поверхность, симметричную и параллельную оси масс-анализатора (фнг.З). В этом случае условия самоудержания выполняются, если все элементы, входящие в представленную на данном чертеже сборку, выполнены в соотношении:й(й+г)-(й-г)+(-с)(-й)+ . )О (3)(С-с) 42 где й - радиус круговой поверхностиэлектродов;г - радиус цилиндрических изоля- щторов;- радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы;с - разность между радиусом круговой поверхности электрода уй и минимальным расстояниемот оси электрода до его плоской поверхности, ас =Уа Рю+ЬЛегко видеть, что устройства крепления электродов, представленные на 66 Фиг. 1 и 2, являются частными случаями устройства, представленного. на фиг. 3. Действительно, если электроды не имеют йлоской поверхности (С 0), то соотношение 3 переходит в 6 соотношение 2, при этом с, Еслиже электроды не имеют ни плоскойповерхности, ни поверхности, радиускоторой совпадает с радиусом внутренней поверхности, изоляционной обоймы(С=О, 1=0), соотношение 3 переходит всоотношение 1,Следует особо отметить, что устройства для крепления электродов,представленные на фиг. 2 и 3, имеют.то существенное преимущество, что вних гиперболические поверхности каждого из электродов автоматическиустанавливаются в требуемое положение, т.е. строго симметрично относительно осей симметрии квадрупольнойсистемы. Этим исключается нсобходимость прецизионной (с точностью домикрон и угловых секунд) юстировки.этих электродов относительно ука-занных осей в процессе сборки квадрупольной системы. В данном устройстве обеспечиваются условия самоудержания квадрупольной системы сгиперболическими электродами.Формула изобретения Устройство для крепления электродов квадрупольного масс-спектрометра, состоящее из изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразукщие электроды Фиксируются последовательно чередующимися с ними цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционной обоймы и смежными электродами, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью .повышения надежности и .точности крепления полеобразующих электродов с гиперболической рабочей поверхностью, геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выполнены в зависимосТи от формы поверхности полеобразукзцих электродов в соотношении:й ( й+ г ) - (. ( й- г ) + (- с ) ( (. - й ) + --0(-с)ггде й - радиус электродов;г - радиус цилиндрических изоляторов;- радиус внутренней поверхностиизоляционной обоймы;с - разность между радиусом электрода й и минимальным расстоянием от оси электрода доего плоской поверхности, ас 2.,(г 2 Йс+сИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3725700,кл. Н 01 Л 39/36, опублик. 1976.2. Патент США В 4079254,кл. Н 01 4 39/36, опублик. 1978.3. Авторское свидетельство СССР9 285322, кл, Н 01 д 39/40, 1969868886 Составитель И. Некрасовч Техред Т.Маточка Корректор Г. Решетник3 едактор П. Мак Эаказ 8344/77 4/ иал ППП "Патент", г, ужгород, ул. Проектная ВНИИП по 113035, Тираж 787 ПодписноеГосударственного комитета СССРлам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д,