Радиочастотный масс-спектрометр Советский патент 1983 года по МПК H01J49/40 

//

ел

со

РАДИОЧАСТОТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий ионный источник, размещенный на входе анализатора, состоящего из корпуса с размещенньаии в нем плоскими сеточными электродами i и тормозным электродом, подключенным к одному из выходов источника питания, коллектор, размещенный на выходе анализатора и подключенный к регистратору, и высокочастотный генератор, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в него дополнительно введены формирователь бегущей волны, делитель напряжения и конденсаторы, одним выводом подключенные к сеточным электродам, при этом вход формирователя бегущей волны подключен к выходу высокочастотного генератора, выход - к вторым выводам конденсаторов, а второй выход источника питания g подключен к делителю напряжения, высл ходы которого соединены с соответствующими сеточными электродами. с

Фг/г.7 Изобретение относится к электротехнике, а именно к приборам для исследования потока частиц, и может быть использовано для определения состава и структуры газов. Наиболее эффективным устройством для исследования газового состава верхних слоев атмосферы являются масс-спектрометры, установленные на спутниках и метеоракетах. В этом случае масс-спектрометр должен действовать автоматически, иметь большо динамический диапазон и большое временное разрешение. Прибор должен иметь высокую надежность и прочность чтобы не выйти из строя при больших перегрузках, вибрациях, перепадах температур, должен работать в высо1 см вакууме. Кроме того,, иметь малый рее и габариты, малую потребляемую мощность. Этим требованиям в наиболь шей степени удовлетворяют радиочастотные масс-спектрометры. Известен радиочастотный массспектрометр, имеющий источники пита ния, ионный источник, анализатор вы сокочастотный и импульсный генерато ,ры, обладающий повышенной разрешающей способностью 2J . Недостатком устройства является усложнение конструкции, вызванное необходимостью введения дополнитель ных электронных блоков, и сложность регулировки и -эксплуатации. Наиболее близким к предлагаемому является радиочастотный масс-спектрометр, -содержащий ионный источник, размещенный на входе анализатора, состоящего из корпуса с.размещенным в нем плоскими сеточными электродами и тормозным электродом, подключенным к одному из выходов источник питания, коллектор,, размещенный на выходе анализатора и подключенный к регистратору, и высокочастотный генератор 2 , . Недостатком указанного устройств является относительно малая разрешающая способность, обусловленная ускорением ионов в пространстве ана лиза. Цель изобретения - повышение раз решающей способности устройства. Поставленная цель достигается тем, что. в радиочастотный масс-спек рометр, содержащий ионный источник, размещенный на .входе анализатора, с стоящего из корпуса с размещённым в нем плоскими сеточн,ыми электродам и тормозным электродом, подключенным к одному из выходов источника питания, коллектор, размещенный на выхо де анализатора и подключенный к рёгистратбру, и высокочастотный генер тор, введены формирователь бегущей .волны, делитель напряжения и конден саторы одн11М выводом подключенные к сеточным электродам, при этом вход формирователя бегущей волны .подключен к выходу высокочастотного генератора, выход - к вторым выводам конденсаторов, а второй выход источника питания подключен к делителю напряжения, выходы которого соединены с соответствующими сеточными электродами. . . На фиг.1 изображена блок-схема радиочастотного масс-спектрометра (без ионного источника); на фиг.2 создаваемое делителем при выключенном формирователе распределение потенциала вдоль анализатора для двух соседних, сеточных каскадов (числами под графиком обозначены номера сеточных электродов в каскадах); на фиг.З - распределение потенциала в одном из каскадов анализатора в течение времени от -to до (io+ 2 ) ) , обеспечивающее дискретное движение участка нулевого электрического поля вдоль анализатора с усредненной по времени скоростью : Vcp 5/t Схема содержит корпус 1 и изолированные друг от друга и от корпуса I плоские сеточные электроды 2, делитель 3 напряжения, подключенный к блоку 4 питания и соединенный с электродами 2 анализатора, формирователь 5 бегущей волны электрического поля, выполненный по схеме ион-ного разрядного сдвигового регистра, соединенный через конденсаторы 6 с электродами 2 анализатора, высокочастотный генератор 7, тормозной сеточный электрод 8, соединенный с блоком 4 питания, коллектор 9 ионов, соединенный с регистрирующей аппаратурой 10, моноэнергетичный поток ионов 11, поступающий из ионного источника на вход анализатора. Устройство работает следующим образом. Моноэнергетичный поток ионов непрерывно поступает в анализатор. Делитель 3 напряжения, соединенный с электродами 2, создаёт в анализаторе распределение потенциала, показанное на .фиг.2. Формирователь 5 бегущей волны электрического поля с периодом изменяет распределение потен-, циала в анализаторе, последовательно увеличивая пртенциал электродов на величину лУ. I . Формирователь бегущей вблны злектрического поля со.бран на логических микросхемах по схеме многоразрядного сдвигового регистра (делитель часто- ты). В статическом режиме сигнал на каждом выходе формирователи может иметь либо состояние О) () , либо состояние Ч ( момент прихода на вход формирователя очередного сигнала с высокочастотного генератора происходит сдвиг

в. состоянии на выходах формирователя состояние с П-го переходит на (ff+l) выход, а состояние с последнего выхода переходит на первый. Таким образом, если на вход формирователя поступает сигнал с частотой i , то сдвиг состояний на выходах происходит с периодом t-l./{.. До момента прихода первого сигнала с высокочартотного-генератора состояния-на выходах формирователя заданы автоматически. Все это обеспечивает создание электрического поля в одном межэлектродном промежутке в каждый данный момент времени и продвижение такого промежутка в направлении коллектора (фиг.З).,

В момент времени to сигнал прямоугольной формы длительностью t и амплитудой V поступает с формирователя на первый электрод каскада. Потенциал корпуса Г сравнивается с потенциалом электрода 2. Напряженность электрического поля в этом межэлектродном промежутке в течение времени от to до to + равна нулю (фиг.З). Из ионов, проходящих первый электрод в момент времени t , т.е. ..скорость которых равна 5/, проходят второй электрод в момент времени tj, + . Это синхронные ионы,они не теряют своей энергии в первом межэлектродном промежутке. В момент времени . (1о+ 2 С ) поступление сигнала на корпус 1 прекращается, его потенциал

Iпринимает значение, задаваемое делителем, а сигнал со следующего выхода формирователя поступает на электрод 2 Тфйг.З), сравнивает его потенциал с потенциалом делителя 3, зануляет напряженность электрического поля в этом межэлектродном промежутке на время от ( to ) до (i + 2t ) . Та.КИМ обраэом, ионы, проходящие первьМ электрод, в момент времени to и втоЕ ой электрод в момент времени (to + ) проходят третий электрод

Г г 3 4 3 6 7

в момент времени ( to + 21 ). В момент времени ( to 2i ) поступление сигнала на электрод 2 прекращается, I его потенциал принимает- значение, задаваемое делителем, а сигнал его со следующего выхода формирователя поступает на третий электрод (фиг.З) и т.д.

В предлагаемом варианте устройст- ва применяется ионный источник Nler, в качестве формирователя бегущей волны исполЪэуется сдвиговый регистр (делитель частоты), ВЧ-генератор выбран типа С-106, размеры анализатора 80x150, расстояние между сетками 7 мм, все 9 сеток имеют прозрачность 98%.

Таким образом, разрешающая способность прибора повышается за счет того, что синхронные ионы при движении в анализаторе не измeнiFlют своей энергии, следовательно состояние синхронизма с электрическим полем не нарушается; .постоянное электрическое поле в анализаторе обеспечивает удаление рассеянных и не прошедших потенциальный барьер ионов,что приводит к существенному уменьшению объемного заряда в анализаторе.

Предлагаемый масс-спектрометр, использующий формирователь бегущей волны, выполненный на микросхемах, позволяет по сравнению с известным устройством использовать ВЧ-генератор с произвольной формой сигнала, что дает возможность упростить электронную часть прибора, непосредствеяно подключать масс-спектрометр К мини-ЭВМ для управления работой и первичной обработки получаемой информа ции.

Кроме этого, упрощается расчет характеристик анализатора, а раэреша1ощая способность на полувысоте массового пика (Я50) выше более, чем в 3 раза.

7 г J 4 5 S 7 X

Фi/f.г

/ ,

.r

2 д 5 7

j J 4 б S 7 7 2 j J ff 7

7 2 J J ff 7