Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии
Изобретение может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства , где необходимо определять химический или изотопный состав вещества . Масс-спектрометр (МС) с фокусировкой по энергии содержит источник I и приемник 2 ионов, диспергирующий магнит 3, электростатическое зеркало , состоящее из электродов 4-6, каждый из которых представляет собой пару конгрузнтных пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости. Обращенным друг к другу боковым сторонам пластии соседуих электродов придана форма частей соосных круговых цилиндрических поверхностей, образзггощие которых перпеидикулярны к средней плоскости, а главная оптическая ось МС а поле зеркала обращена выпуклостью к оси этих цилиндрических поверх-Q ностей. МС с фокусировкой по энергии имеет повьш1енные разрешакицую способность , чувствительно«гть. 2 з.п. ф-лы 3 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51) 5 Н О! J 49/32 1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (46) 30.04. 92. Вюл. Р 16 (21) 413? 392/21
{22) 24.!0.86 (71) Институт ядерной физики AH
КазССР (72) Л.Г. Вейэина, С.П. Карецкая и В.M. Кельмаи (53) 621.384(088.8) (56) Кельман В.М., Родникова И.В., Секунова Л.М. Статические массспектрометры. Алма-Ата.: Наука, 1985, с.97-128, с. 158-237.
Авторское свидетельство СССР
У !091257, кл. H Ql J 49/32, !984. (54) МАСС-СПЕКТРОМЕТР С ФОКУСИРОВКОЙ
ПО ЭНЕРГИИ (57) Изобретение может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где необходимо определять химический или изотопный состав вещества. Масс-спектрометр (МС) с фокусировс
„.SU„„ 3438522 кой по энергии содержит источник н.приемник 2 ионов, диспергирующий магнит 3, электростатическое зеркало, состоящее иэ электродов 4-6, каждый из которых представляет собой пару конгруэнтных пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости.
Обращенным друг к другу боковым сторонам пластин соседних электродов придана форма частей соосных круговых цилиндрических поверхностей, образующие которых перпендикулярны к средней плоскости, а главная оптическая ось
МС в поле зеркала обращена выпуклостью к осн этих цилиндрических поверх-д ностей. МС с фокусировкой по энергии имеет повьппенные разрешающую способность, чувствительноать. 2 з.п. @-лы
3 ил.
1438522
Изобретение относится к технике масс-спектрометрии и может быть использовано в тех отрасляк народногс хозяйства, где необходимо определять химический или изотопный состав ве5 щества.
Келью изобретения является повышение разрешающей способности, чувствительности, уменьшение габаритон и рас- 0 ширение аналитических возможностей масс-спектрометров с фокусировкой по энергии.
Поставленная цель достигается тем, что в известном масс-спектрометре с фокусировкой по энергии, содержащем источник и приемник ионов, диспергирующий магнит, электростатическое зеркало, состоящее из нескольких электродов, каждый из которых представ- 20 ляет собой пару конгруэнтных пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости, обращенным друг . к другу боковым сторонам пластин со- 25 седних электродов зеркала придана форма частей соосных круговых цилиндрических поверхностей, обргзующие которых перпендикулярны к средней плоскости, а главная оптическая ось ЗО масс-rnåêòðoìåòðà в поле зеркала обращена выпуклостью к оси этих цил1<н;;рических поверхностей.
Параметры диспергирукщего магнита и электростатического зеркала
0м связаны соотношением 0 = — —, если . ь, гервой после источника ионов расположена электростатическая система, или
„0 (<(, 40 соотношением D =" —, если первым расЯ положен магнит, где 0 > — угловая дисI персия по энергии электростатического зеркала, 0 „ - линейная дисперсия по массе (энергии) диспергирующего маг- gg нита, 1А — линейное увеличение массспектрометра, Ь о — расстояние от выходной щели источника до первой ггав- ной плоскости зеркала, Ь z — рас,.тс(яиие от промежуточного изображения до названной плоскости.
При необходимости одновременной регистрации широкого участка спектра масс выходная щель источника н (ног< располагается B главной фокальц<1й плоскости установленного перед диспергирующим магнитом электрост(1тического зеркала. Если диспергир ющнй магнит янлггется днумерно11 ил1< I:<.íè<еской магнитной. призмой, масс-спектрометр снабжается дополнительно вторым электростатическим зеркалом или электростатической линзой, которые располагаются по другую, чем первое зеркало, сторону от магнита, причем выходная щель источника и нходная щель приемника ионов устанавливаются и главных фокальных плоскостях электростатических систем. В этом ( случае Dz представляет собой суммарную угловую дисперсию па энергии электростатических систем.
Изобретение заключается в том, что приведенная совокупность признаков позволяет лучше компенснровать, аберрации, вследствие появления дополнительных свободньгх параметров, и тем самым улучшать разрешающую способность и чувстнительносг(> спектрометра; обеспечивает резкое увеличение дисперсии электростатической системы и, как следствие, уменьшение ее габаритов, делает возможным преобразование расходящегося пучка ионов в параллельный, а следовательно, создание призменного прибора, а также прибора с одновременной регистрацией широкого спектра масс с более простой и совершенной электростатической частью. При этом сохраняется достоинство прототипа — возможность электростатической регулировки параметров прибора.
Искривление обращенных друг к другу боковых сторон пластин соседних электродов необходимо для создания такого распределения электрического поля, которое позволяет преобразовать расходящийся пучок в параллельньй . При прямоугольных электродных пластинах такое преобразование невозможно. Предлагаемая ориентация оптической оси в поле зеркала необходима для увеличения дисперсии электростатической системЬ1 по энергии и улучшения ее фокусирующих свойстн.
Рм
Выполнение соотношения D = ——
Dì гАbî, или 0 — — — необходимо для достиЬп жения фокусировки по энергии.
Расчеты показывают, что приведен— ной совокупности признаков достаточно для достижения указанного положительного эффекта.
В ЗаянпяЕМсм Пр11бо рЕ На ИПЕ11ПЕ движения ис н< г и 11< ге г(1ектр < т.I г<114 1г1Г 17 ческой системы образует с рядияльш,ttt
Направлением большой угол, Пя фиг. l покл евана ионно-оптиче— ская схема предлагаемого масс-спектроrz метра с секторным магнитом в проекции на среднюю плоскость; ня фиг. 2 то же, с секторным магнитом для одновременной регистрации широкого участка спектра масс ня фотопластинке или 10 при помощи позиционно-чувствительного детектораг на фиг. 3 — то же, с двумерной магнитной призмой.
Масс-спектрометр на фиг. 3 целесообразно испольэовать при необходимо- 15 сти получить очень высокую разрешающую способность по массе.
Масс-спектрометр состоит иэ источника 1 ионов, приемника 2 ионов, диспергирующего магнита 3 и одного (фиг.1, 20
2) ипи двух (фиг..3) электростатических зеркал с электродами 4-6, Каждый электрод зеркала представляет .собой две идентичные, параллельные друг другу пластины, расположенные симметрично относительно средней плоскости,обращенные друг к другу боковые поверхности пластин соседних электродов имеют. цилиндрическую форму. Главная оптическая ось масс-спектрометра 30 в поле зеркала обращена выпуклостью к оси О этих поверхностей. В массспектрометре ня фиг. 2 выходная щель источника .ионов I расположена в главной фокальной плоскости зеркала с электродами 4-6. В масс-спектрометре, изображенном на фиг. 3, выходная щель источника ионов 1 расположена в главной фокальной плоскости первого по ходу пучка зеркала с электрода- 40 ми 4-6. Входная щель приемника 2 ионов расположена в главной фокальной плоскости второго зеркала с электродами 4-6.
Масс-спектрометр, изображенный 4В иа фиг. 1, работает следующим образом.
Ионный пучок, сформированньгй источником 1, поступает в поле зеркала с электродами 4-6, которое откло- 50 няет его, фокусирует и разделяет ионы по энергии. Сформированные зеркалом промежуточные фокусы ионов с различной энергией разнесены в пространстве. параметры зеркала подобраны так, что после прохождения ионами Магнитного поля, осуществляющего.àõ разделение по массам, все ионы с определенной массой, но различными няргнямп Фпкупируют . п пппм месте, т.е. проиэвопптся ф куппровка по энергии. В этом мес.те располагается приемник 2 ионов. Лнпейн е увеличение как магнитного, так и электростятическпгп каскада равно поэтому р =- — I, дисперсия зеркала по энергии в плоскости промежуточногоо изображения D = — D,b » и
0м общее соотношение D = — — — в этом
3. частном случае принимает вид D> = D t то есть условием осуществления фоку— сиравки по энергии является равенство дисперсий электростатического зеркала и магнита.
В масс-спектрометре (фиг ° 2) ионы с определенной энергией, выходящие из какой-либо точки источника, преобразуются зеркалом в параллельный пучок.
При выполнении равенства D .f = - D, о где f — фокусное расстояние диспергирующеro магнита, ионы с различной энергией, но с определенной массой, собираются в определенном месте отрезка прямой, с которой и совмещается фотопластинка или позиционночувствительный детектор. Это равенство является следствием общего соотноDч щения D = — — —, так как в данном
3 случае р = — —, Ь = —.f, где f g
1 фокусное расстояние зеркала.
Масс-спектрометр, показанный на фиг. 3, отличается наличием двух зеркал, осуществляющих фокусировку ионов по направлению и по энергии. Первое из них играет роль коллиматора, второе — камеры спектрометра. ЗеркаI ла идентичны. Рм= D„f >, где D > угловая дисперсия магнитной призмы;
fy — фокусное расстояние зеркала, Ь о = f 3 Р = — 1 и общее соотношеDм ние D = — — принимает вид D рЬо 3
= -D ïðè÷åì D представляет собой удвоенную угловую дисперсию зеркала.
В предлагаемых масс-спектромет" рах благодаря большему, чем в прото» типе, числу свободных йараметров у электростатической системы удается сравнительно легко и более полно компенсировать аберрации диспергирующего магнита и, таким образом, повысить разрешающую способность и светосилу.
1436522
Габариты электростатической сиспемы масс-спектрометра, изображенного иа фиг. 1, примерно н 3,5 раза меньше,чем н прототипе при одинаковой диспарсии приборов по массе. РасширяютБ ся аналитические возможности, так как п1Педлагаемое изменение конструкции электростатической системы позволяет с<>адать масс-спектрометр, изображеинпп3 на фиг. !, с одновременной регист1 рацией широкого участка спектра масс.
Пфи этом сложный в изготовлении тороцйальный конденсатор заменяется более простой и совершенной системой, появ- 15 ляется возможность электрической настройки прибора, а следовательно„ выбора оптимального режима работы и повышения pa ðeøàþùåé способности и чувствительности. 20
Кроме того, удаетея создать приборы с диспергирующими магнитами в виде м гнитных призм (фиг. 3), обладаюпцюх целым рядом достоинств. При этом число электродов электростатической 26 системы по сравнению с аналогом уменьшается с 1Одо б,вследствие чего значительно упрощается схема питаниями
Формула изобретения
ЗО
Наес-спектрометр с фокусировкой и энергии, содержащий источник и прие них ионов, диспергирующий магнит, электростатическое зеркало, состоящее и нескольких электродов, каждый из которых образован парой конгруэнтных пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыше Щ ния разрешающей способности, чувствительности, уменьшения габаритов и расширения аналитических возможностей масс-спектрометра, обращенные друг к другу торцы пластин соседних электрос дОв зеркала имеют форму частей соосных круговых цилиндрических поверхностей, образующие которых перпендикулярны к средней плоскости, а главная оптическая ось масс-спектрометра в поле зеркала обращена выпуклостью к оси этих цилиндрических понерхностей, причем параметры диспергирующего маг1 нита и электростатического зеркала связаны соотношением 0
Бм
tub, если первой после источника ионов расположена электростатическая система, или соотношением 0, D — если первым расположен магЪп
I нит, где D — угловая дисперсия по энергии электростатического зеркалa 5 - линейная дисперсия по массе (энергии) диспергирующего магнита, p — линейное увеличение. массспектрометра; bo — расстояние от выходной щели источника до первой главной плоскости зеркала (м), Ъ я расстояние от промежуточного изображения до названной плоскости (м).
2. Масс-спектрометр по п. 1, о тл и ч а ю щ и, и с я тем, что выходная щель источника ионов расположена
B главной фокальной плоскости установленного перед диспергирующим магнитом электростатического зеркала.
3, Масс-спектрометр по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что диспергирукщий магнват является двумерной или конической магнитной призмой, а масс-спектрометр снабжен дополнительно нторьп электростатическим зеркалом или электростатической линзой, которые расположены по другую, чем первое зеркало, сторону от магнита, причем выходная щель источника и входная щель приемника ионов установлены в главных фокальных плоскостях электростатических систем.
1438523
Составитель В. Кащеев
Техред Л.Сердюкова
Редактор М. Васильева
Корректор .В. Гирняк
Заказ 2315
Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Пр< и в< лственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, ч
![Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/674/6745640-s.jpg)
![Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/674/6745641-s.jpg)
![Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/674/6745642-s.jpg)
![Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/674/6745643-s.jpg)
![Масс-спектрометр с фокусировкой по энергии](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/674/6745644-s.jpg)