Квадрупольныи масс-спектрометр
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
< .оюз Советских
Социалистических
Республин
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства ¹
Заявлено 17.IX.1971 (№ 1699748/26-25) с присоединением заявки №
Приор,итет
Опубликовано 10.VIII.1973. Бюллетень № 33
Дата опубликования описания 19.XII.1973
М. Кл. G 01i1 27 62
В 0.1(1 59/44
Гооударственный комите1
Совета Министров СССР па делам изааретений и открытий
УДК 621.384.8.08(088.8) Авторы изобретения
А. Ф. Кузьмин и Н. А. Холин
Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения АН СССР
Заявитель
КВАДР У ПОЛ ЬН Ы Й МАСС-СП ЕКТРОМ ЕТР
Изобретение относится к масс-спектрометрам квадрупольного типа.
Квадрупольные масс-спектр о метры имеют высокие аналитические характеристики только при большой однородности гиперболического квадрупольного поля анализатора. Однако на входе известных квадрупольных масс-анализаторов существует краевое поле. В этом поле стабильные ионы оказываются принципиально нестабильными, амплитуда их колебаний нарастает экспоненциально с числом колебаний в краевом поле, что приводит к резкой потере чувствительности масс-спектрометра. Следовательно, при анализе ионов в известном квадрупольном масс-спектрометре большая часть ионного пучка теряется в момент ввода его в анализатор.
Целью изобрстепия является повышение чувствительности и разрешающей способности масс-спектрометра.
Согласно изобретению, цель достигается благодаря тому, что концы стержней анализатора выполнены в виде поверхностей, ооразованных вращением поперечного сечения электродов вокруг оси симметрии указанного сечения. Концы стержней заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора. В точке соприкосновения вершин конусов имеются отверстия для ввода и вывода ионов. Стержни анализатора могут иметь как круглое, так и гиперболическое сечение.
Это позволяет исключить влияние краевого поля на вводимый и выводимый ионные пучки.
На фиг. 1 изображен предлагаемый массспектрометр; на фиг. 2 показана траектория ионов.
10 На входе и выходе анали атора создают неоднородное трехмерное поле 1 с помощью выполненных в виде тел вращения 2 торцов электродов 8 анализатора, экранированных по поверхности нулевого потенциала 4 трехмерного поля. Поверхность нулевого потенциала трехмерного поля соединяется с поверхностью нулевого потенциала анализатора в плоскости главных сечений тел вращения 2 и выполнена так, что градиент потенциала трехмерного по20 ля в указанной плоскости равен градиенту потенциала поля 5 анализатора. Пучок ионов вводят через центр экрана, где потенциал электрического поля близок к потенциалу экрана, так что ионы практически сразу по25 падают в область однородного гиперболического двухмерного поля 5 анализатора. При этом внешняя бесполевая область перед экраном обеспечивает центральный ввод ионного пучка в анализатор без пересечения краевого
30 поля, которое в известных квадрупольных
393662 масс-анализаторах имеет продольную глубину, равную по крайней мере диаметру поля.
Траектория ионов в поле квадрупольного анализатора представляет собой высокочастотные колебания, огибающая которых имеет характер 5 биений, показанный на фиг. 2. Период биений
Т является функцией параметров поля, удельного заряда ионов е/т и их аксиальной скорости. Ионы одного удельного заряда, входящие в однородное поле анализатора с разбро- 10 сом по углу, но с одинаковой аксиальной скоростью, фокусируются в узлах биений а, б.
Узлы а, кратные половине периода биений, представляют собой мнимые фокусы, узлы б, кратные целому периоду биений,— действитель- 15 ные фокусы. Равенство или кратность периодов биений во взаимно перпендикулярных плоскостях приводит к двойной фокусировке в действительном фокусе. Равенство или кратность полупериодов биений во взаимно пер- 20 пендикулярных плоскостях обеспечивает двойную фокусировку в мнимом фокусе.
В предлагаемом масс-спектрометре легко использовать условия двойной фокусировки ионов, так как ионы от входа до выхода ко- 25 леблются в однородном гиперболическом квадрупольном поле. Вывод пучка ионов в действительном или мнимом фокусе входного отверстия анализатора с выполнением условий двойной фокусировки улучшает аналитические ха- 30 рактеристики масс-спектрометра — увеличивает разрешающую способность, улучшает форму массовых пиков.
Преимущества предлагаемого масс-спектрометра следующие: 35 а) более высокая чувствительность, обеспечиваемая тем, что ионы вводятся непосредственно в однородное гиперболическое поле массанализатора без пересечения краевого поля; б) более высокая разрешающая способность, обеспечиваемая двойной фокусировкой ионов в точке их вывода; в) уменьшенная потребляемая мощность высокочастотного генератора, обеспечиваемая возможностью снижения частоты переменного напряжения при уменьшении аксиальной составляющей скорости для получения одинаковой разрешающей способности (потребляемая мощность пропорциональна частоте в пятой степени).
Предмет изобретения
Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор, состоящий из параллельных стержней, симметрично расположенных вокруг центральной оси, и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, концы стержней анализатора выполнены в виде поверхности, образованной вращением поперечного сечения электродов вокруг оси симметрии указанного сечения, и заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора, и в точке соприкосновения вершин конусов имеющие отверстия, перед которыми установлены на входе источник ионов, а на выходе приемник ионов.
393662
Составитель Н. Алимова
Техред Е. Борисова
Редактор T. Орловская
Корректор Е, Хмелева
Типография, пр, Сапунова. г
Заказ 3399/13 Изд. № 918 Тираж 755 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, К-35, Раушская наб., д. 4(5