СПОСОБ АНАЛИЗА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ГИПЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ Российский патент 2003 года по МПК H01J49/42 

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке приборов данного типа с высокой чувствительностью и разрешающей способностью.

Известен способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре, по которому заряженные частицы вводят в рабочий объем анализатора, сортируют по удельным зарядам и затем выводят отсортированные заряженные частицы в измерительное устройство через радиальные щели, выполненные в торцевых электродах [1]. Существенным недостатком известного способа анализа является низкая чувствительность, связанная с недостаточно высоким коэффициентом вывода частиц и низкая достижимая разрешающая способность. Последнее связано с тем, что при таком способе анализа оказывается существенным влияние нелинейных искажений поля в анализаторе на заряженные частицы, выводимые в измерительное устройство. К тому же, радиальные щели, выполненные в торцевых электродах, сами являются источником азимутальных искажений поля в анализаторе.

Известен способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре, по которому отсортированные заряженные частицы выводят в измерительное устройство через сетки, выполненные в торцевых электродах [2]. Это позволяет существенно повысить чувствительность масс-спектрометра за счет увеличения коэффициента вывода ионов и устранить азимутальные искажения поля в анализаторе.

Однако в прототипе не решается основная проблема масс-спектрометров этого типа - сильное влияние нелинейных искажений поля на разрешающую способность приборов. В ряде работ [3, 4] показано, что нелинейные искажения поля нарастают с увеличением расстояния от центра электродной системы. Поэтому если в идеальном поле нижняя частота спектра колебаний ионов не зависит от амплитуды колебаний (максимального расстояния, на которое отклоняется частица от центра системы), то в искаженном поле с увеличением амплитуды колебаний частиц нижняя частота в спектре их колебаний изменяется. Другими словами, нелинейные искажения поля в наибольшей степени сказываются на частицах с большой амплитудой колебаний. Поскольку в прототипе в составе частиц, выводимых в измерительное устройство, в большом количестве присутствуют частицы, совершавшие в анализаторе колебания с большой амплитудой, то и влияние нелинейных искажений поля на разрешающую способность оказывается значительным.

Целью настоящего изобретения является создание способа анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре, при котором устраняется основная причина, ограничивающая величину разрешающей способности прибора.

Указанная цель достигается тем, что по предлагаемому способу анализа заряженных частиц по удельным зарядам в гиперболоидном масс-спектрометре заряженные частицы вводят в рабочий объем анализатора, сортируют по удельным зарядам, выводят отсортированные частицы из анализатора и вводят их в измерительное устройство, однако после вывода отсортированных частиц из анализатора и перед вводом их в измерительное устройство осуществляют сортировку заряженных частиц по их амплитудам колебаний в анализаторе.

Выделяя из общего потока заряженных частиц, выходящих из анализатора, частицы, имевшие малые амплитуды колебаний, можно существенно уменьшить влияние нелинейных искажений поля и, соответственно, увеличить предельно достигаемое разрешение прибора. Устройства, с помощью которых можно сортировать выходящий ионный поток по амплитудам колебаний ионов в анализаторе, могут быть самыми различными. Наиболее простое устройство представляет собой соосный оси анализатора цилиндрический канал с регулируемым отверстием в зависимости от поставленной задачи.

На чертеже приведен пример реализации предлагаемого способа в гиперболоидном масс-спектрометре (чертеж,а), где 1 - электронный источник, 2 - анализатор гиперболоидного масс-спектрометра, 3 - детектор; и приведены зависимости получаемой разрешающей способности от угла наклона линии развертки спектра масс λ для прототипа (кривая 1) и предлагаемого способа (кривая 2, чертеж, б). Видно, что достигаемое разрешение по предлагаемому способу существенно выше. Как показали эксперименты, по предлагаемому способу получаемые значения добротности прибора (произведение чувствительности на разрешение) значительно выше.

Таким образом, использование предлагаемого способа анализа в гиперболоидных масс-спектрометрах позволяет существенно улучшить параметры масс-спектрометров: увеличить предельную разрешающую способность в 7-8 раз и добротность в 2 раза.

Источники информации
1. А. с. 288400 СССР. Вытягивающий электрод квадрупольного масс-спектрометра с накоплением /Шеретов Э.П., Могильченко Г.А., Зенкин В.А. Опубл. 3.12.70. Бюл. 36.

2. Сурков Ю.А., Иванова В.Ф., Пудов А.Н., Шеретов Э.П., Колотилин Б.И., Сафонов М. П. , Овчинников С.П., Веселкин Н.В., Самодуров В.Ф., Гуров B.C., Тома Р., Леспаньол Ж., Озер А. Масс-спектрометр автоматической межпланетной станции "Вега-1" //ПТЭ, 1989. 4. С. 166-170.

3. Гуров B.C., Дубков М.В. Влияние технологических погрешностей на качество поля в анализаторе квадрупольного фильтра масс с гиперболическими электродами //Научное приборостроение: Межвуз. сб. Рязань, 1997. С. 108-118.

4. Dawson P.H. Quadrupole Mass Spectrometry and its Applications. Amsterdam - Oxford - New York, 1976, 181 p.

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке приборов данного типа с высокой чувствительностью и разрешающей способностью. Техническим результатом является повышение предельной разрешающей способности в 7-8 раз. По указанному способу анализа заряженных частиц по удельным зарядам в гиперболоидном масс-спектрометре заряженные частицы вводят в рабочий объем анализатора, сортируют по удельным зарядам, выводят отсортированные частицы из анализатора и вводят их в измерительное устройство, однако после вывода отсортированных частиц из анализатора и перед вводом их в измерительное устройство осуществляют сортировку заряженных частиц по их амплитудам колебаний в анализаторе. 1 ил.

Способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре, по которому заряженные частицы вводят в рабочий объем анализатора, сортируют их по удельным зарядам, выводят отсортированные частицы из анализатора и вводят их в измерительное устройство, отличающийся тем, что после вывода отсортированных частиц анализатора и перед вводом их в измерительное устройство из общего потока заряженных частиц, выходящих из анализатора, выделяют частицы, имеющие малые амплитуды колебаний.