Времяпролетный масс-спектрометр

 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано в органической и биоорганической химии, космических исследованиях . Цель изобретения - по вьшение разрешающей способности и чувствительности при одновременном упрощении системы литания. Предложенная сложная форма электродов 2 и 3, описываемая уравнениями в описании, позволяет увеличить диапазон масс в пределах 1-100000 а.е.см, разрешающую способность в 3 раза, а чувствительность в 10 раз. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., о (Л « СО Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5O4H О1 J 49 40 (®Сг" мд--,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I ц

К А ВТСРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3840525/24-21 (22) 16.01.85 (46) 30.07.86. Бюл. Р 28 (7i) Институт аналитического приборостроения Научно-технического объединения AH СССР и Ленинградский политехнический институт им. M.М.Калинина (72) Л.Н.Галль, 10.Ê.Ãîëèêîâ, M.Ë.AëåêcàHäðoâ, Е.3.Печалина и Н.А.Холин (53) 62 1 . 384 (088 . 8) (56) Мамырнн Б.А., Времяпролетная масс-спектрометрия и ее применение °в

Вестник АН СССР, 1979, Р 8, с. 19-28.

Uchi.da Y., Kanda Y., Tamano J. Hattoris, Vacuum. V. 26, N 5, 1983, 3?2-375, Time-of-Flight Mass Spectrometer. Using 42 Focusing Cylindriса1 Мirror.

„„Я0„„1247973 А 1 (54) ВРЕИЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР (57) Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано в органической и биоорганической химии, космических исследованиях. Цель изобретения — пбвышение разрешающей способности и чувствительности при одновременном упрощении системы ритания. Предложенная сложная форма электродов 2 и 3, описываемая уравнениями в описании, позволяет увеличить диапазон масс в пределах 1-100000 а.е.см, разрешающую способность в 3 раза, а чувствительность в 10 pas 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1247973

ЗО

4О

2 а Р, t m . 2

z=z cos +е ° d . Я 1т!1 тп g 2 ill d (2) Р— разность потенциалов между о электродами °

Движение вдоль осей х и у зависит только от выбора функции р(х, y)Из (3) видно, что все ионы фиксированной массы, вылетевшие из плоскосl ти z -z в момент времени =О, к момент

t=11d. ---- п, n=1 3..., (3)

tll

2q P соберутся в плоскости я=К независимо от углового и энергетического разброса, что соответствует идеальной пространственно-временной фокусировке.

5О

Изобретение относится к исследованию состава и структуры веществ и кинетики быстропротекающих процессов, в частности к масс-спектрометрии, и может быть использовано в органической и биоорганической химии, космических исследованиях.

Преимуществом времяпролетных массспектрометров является возможность записать полный масс-спектр единич- 1О ного во времени события при теоретически неограниченном диапазоне масс.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности и чувствительности при одновременном упрощении 15 системь1 питания.

Разделение ионов по массам производится во времяпролетном масс-спектрометре с импульсным источником иоНоВ аналнтическая часть которого вы- 20 полнена в виде двух коаксиальных электрически разделенных электродов, представляющих собой симметричные отI носительно плоскости z=o поверхности, описываемые уравнением 25 () +р(х,у) — С (1) где Й вЂ” длина пролетной части массспектрометра вдоль оси;

С вЂ” константы соответствующие

1, 2

9 первому и второму электроду анализатора; р(х,у) — произвольная функция, удовлетворяющая уравнению д2;, $2n

Е 35

gy2 Д2

Выбор функции р(х,y) можно подчинить конструктивным требованиям. Движение заряженных частиц в этом случае вдоль оси z не зависит от движения вдоль осей и носит колебательный характер

Как видно из соотношения (3), время пролета, а слсповательно, и разрешающая способность приборов такого типа не зависят от начальной энергии ионов и их пространственного разброса вдоль направления движения, т,е. не зависит от основных ограничивающих разрешающую способность факторов в приборах, рассмотренных выше, Отсутствие дисперсии по энергии позволяет также сделать вывод, что потери ионного тока будут крайне незначительны, вследствие чего ожидается значительный выигрыш в чувствительности даже по сравнению с прототипом.

Дополнительным преимуществом предлагаемых приборов является возможность уменьшения габаритов без потери временной дисперсии, т.е. создания высокочувствительных малогабаритных масс-спектрометров.

В качестве конкретного варианта можно рассмотреть времяпролетный массспектрометр, электроды которого с целью упрощения конструкции выполнены коаксиальными, в виде квазиконических поверхностей с общим основаним, описываемых уравнением ()2 ()2 Kl C i=1 2 (4)

z 1 r r

d 2 d d 1

=5 Ф;

К вЂ” коэффициент;

С„С 2 — константы.

l r г

В этом случае p(x, У) =- -() Kln и время пролета частиц с массой тп при n=1 определяется из ссотношения

=-пь| — ——

2q Р, (э) где L — длина дрейфового промежутка, Этот вариант иллюстрируется схемой на прилагаемом чертеже, Масс-спектрометр имеет импульсный источник 1 ионов, электростатический анализатор, представляющий собой пару электродов 2 и 3 соответственно, детектор 4 ионов, входную и выходную щели 5 и 6 в анализатор. Поверхности электродов представляют собой поверхности вращения и описываются уравнением (4). Детектор ионов должен быть установлен симметрично источнику относительно плоскости симметрии электродов ВС.

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Анализируемое вещество ионизуется в источнике 1 ионов и импульсно вво1247

973

Формула изобретения

1 .хг». к

-- (<2 +y2 ) -lo

2Д d 1,2 — длина пролетной части масс-спектрометра вдоль оси; — постоянные, характеризующие поперечный размер электродов. ()2

d где d

С иС ю

Составитель С. Катинова

Редактор M.Ïåòðoâà Техред И.Верес Корректор М.Пожо

Заказ 4810

Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 дится в аналитическую часть между электродами 2 и 3 через входную щель S„ При прохождении аналитической части первоначальный пакет ионов разделяется на пакеты, соответствую- 5 щие массовым числам ионов, учаСтвующих в движении, которые, пройдя выходную щель 6, регистрируются детектором ионов в зависимости от массы через интервалы времени, определяемые 1О формулой (5).

В предлагаемом масс-спектрометре диапазон масс может быть увеличен в пределах 1-100000 а.е.см, разрешающая способность увеличена по сравне- 15 нию с прототипом в 3 раза, а чувствительность в 10 раз при одинаковой с прототипом длине пролета.

Таким образом, при использовании предлагаемого принципа разделения 20 ионов в электростатическом поле, формируемом электродами укаэанной. формы, можно достигнуть более высоких параметров разделения ионов по массе и высокой чувствительности при одновре- 25 менном упрощении конструкции и системы питания.

Времяпролетный масс-спектро- .ЗО метр, содержащий импуЛьсный источник ионов, анализатор, состоящий из двух коаксиальных электрически разделенных электродов, и детектор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чув"твительности, упрощения конструкции при одновременном уменьшении габаритов, электроды анализатора выполнены в виде симметричных относительно плоскости к0 поверхностей, описываемых уравнением (-) +р(х,у) -С, 1 где d — длина пролетной части масс-спектрометра вдоль оси Х; р(х,у) — произвольная функция, удовлетворяющая уравнению ох2 Ду2 Д2

С и С вЂ” постоянные, характеризующие поперечный размер электродов.

2. Масс-спектрометр по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения изготовления электростатической системы, электроды выполнены в виде кваэиконических поверхностей с общим основанием, описываемых уравнением