Способ питания датчиков квадрупольных масс-спектрометров Советский патент 1984 года по МПК H01J49/42 G01N27/62 

2. Способ по П.1, отличаю-родов датчика подают сигнал, у котощ и и с я тем, что, с целью обес- /рого длительность отрицател ного

печения работы в режима монопольногоимпульса больше длительности положи

масс-спектрометра, на один из элект-тельного импульса.

1088090

1. СПОСОБ ПИТАНИЯ ДАТЧИКОВ КВАДРУПОЛЬНЫХ МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ, при котором на электроды подается двухполярный прямоугольный кмЛупъсный сигнал, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувст вительности и разрешающей способности анализатора, на электроды датчика подают сигнал с Л 3, где tz г а t t- - длительность и положительного и отрицательного импульсов. .ef (Л О. г 0. 1 0.3

1

Изобретение относится к массспектрометрии и может быть использовано при созданий квадрудольных масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью, а.также малыми габаритами и весом питающей аппаратуры.

Известны различные способы питания квадрупольных масс-спектрометров. Наиболее распространенным является способ питания, при которо на электроды датчика подается гармонический (либо близкий к гармоническому) сигнал с постоянной составляющей 1J .

Однако большие габариты, вес высокодобротных контуров и трудности поддержания амплитуды переменного напряясения к постоянному не позволяют создавать такие приборы с высоким разрешением и чувствительностью и в то же время обладающими малыми габаритами и весом питающей аппаратуры, что существенно сдерживает использование квадрупольных масс-спектрометров в промышленности.

Дпя устранения этих недостатков предложено подавать на датчики квадрупольных масс-спектрометрор ntfпульсный сигнал .

Наиболее близким к изобретению является способ питания квадруполцньк масс-спектрометров двухполярнымимпульсным сигналом, в котором установление рабочего режима массспектрометра достигается путем регулировки скважности импульсного сигнала. При этом значение скважное ти сигнала, определенной как Д «

- ,

где Т t,4- t,jt - длительность положительного импульса;

tn -. длительность отрицательного импульса, ограничено и лежит вблизи 2,5.

Однако питание датчиков квадру5 польных масс-спектрометров импульсным сигналом со скважностью, незначительно отличающейся от lj , существенно не аналитические характеристики масс-спектрометров, т.е. известньй способ питания не позволяет улучшить аналитические характеристики квадрупольных массспектрометров.

Целью изобретения является разработка способа импульсного питания датчиков квадрупольных массспектрометров, при котором при уменьшении габаритов и веса питающей аппаратуры увеличивалась бы чувствительность и разрешающая способность масс-спектрометра.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу питания датчиков квадрупольных масс-спектрометров, при котором на электроды пода-, ется двухполярный прямоугольный импульсный сигнал на электроды датчика подают импульсный сигнал со

скважностью А 3, где Д -.t ,5. 3

t и t - длительности положительного и отрицательного импульсов.

Цри этом на один из электродов 5 датчика подают сигнал, у которого длительность отрицательного импульса больше длительности положительного импульса.

При paccMoTpeHiiH импульсного меQ ,тода питания квадрупольных массспектрометров обнаружено, что выигрыш в чувствительности метода импульсного питания можно обеспечить только при использовании сигналов с большой , скважностью. При этом возрастает,например, для монопольного масс-спектрометра не только чувствительность,, 3 .но и предельная разрешающая способность прибора. Движение заряженной частицы при импульсном способе питания в квадру польном поле можно описать системой двух дифференциальных уравнений R 6 xlJ,R пpиOit t1 ,.v R 6 X UjR при t ,.t.t2j. где t и t - длительности положительного и отрицательного импульсов со ответственно, а U| и U2 - их амплитуды, удельный заряд частицы;геометрический фактор электродной системы, который для квадрупол ного фильтра масс равен 2/г2 . Решением системы уравнений (1) являются функции RU) + -|. Rlt) + где R и Rg - начальные координат и скорость частицы; cix;U,j если рассматривать движение частиц в течение промежутка времени tj, и в течение проме жутка времени При . 2i( .д. ,, амплитуда колебаний заряженных час тиц остается ограниченной при скол угодно большом времени движения. Соотношение (3) показывает, что характер движения часткцы полность определяется значением трех параметров a,cj, .Если построить в плоскости cb-q, при фиксированном линии р 1, то вся плоскость CLразобьется этими кривыми на soribi стабильного и нестабильного движения. Если рабочая точка частицы на ходится в стабильной зоне, то част ца двигается по стабильной ограниченной траектории, и наоборот, есл рабочая точка для частицы находится в нестабильной зоне (BVl), то частица двигается по неограниченной траектории. Таким образом, система электродов, внутри которой создано квадру польное поле, при питании ее импульсным сигналом может работать как масс-спектрометр, параметры которого определяются оптимальным выбором а, и JL . На чертеже приведены зависимости относительной чувствительности 9 и разрешающей способности /5 монопольного масс-спектрометраот угла наклона линии развертки спектра масс, рассчитанные для различных значений скважности i Р2 Р Д 2 при f 2, при 71 6 и для случая питании датчика гармоническим сигналом -. , pj , Под относительной чувствительностью понимают произведение чувствительности (амплитуды) массвого пика Л на разрешающую способность р () 3 р) . С увеличением скважности, подаваемых на датчик импульсов, растет предельная разрешающая способность прибора и его чувствительность. Так, например, при скважности импульсов Л 6 в два раза возрастает предельная разрешающая способность и в два раза чувствительность монопольного масс-спектрометра. Пример. Проводились исследования работы монопольного масс-спекгрометра MX 7303 при подаче на цилиндрический электрод в первом случае гармонического ВЧ напряжения, а во втором - импульсного ВЧ напряжения со скважностью импульсов 6 от разработанного на основе предлагаемого способа источника импульсного ВЧ напряжения. Б случае подачи на цилиндрический электрод гармонического ВЧ напряжения использовалЬя источник ВЧ напряжения с изменяющейся частотой сигнала. Амплитуда ВЧ напряжения 450 В. При импульсном питании датчика монопольного масс-спектрометра на цилиндрический электрод подавались импульсы: амплитудой 150 В, со скважностью 6 и изменяющей частотой следования. Сравнение относительных чувстЬительностей прибора в широком диапазоне масс показало, что в режиме импульсного питания выигрьш составил два раза. Если же учесть, что при гармоническом питании амплитуда ВЧ напряжения в шесть раз больше, то выигрыш в относительной чувствительности при питании датчи510880904

;Ка импульсным сигналом большой скваж собность квадрупольных масс-спектроности при той же амплитуде состав- метров. Например, для монопольного пяет 12 раз.. масс-спектрометра при 51 6 и чувПредлагаемый способ питания квад-5 щая способность возрастают в два рарупольных масс-спектрометров позво-.за при амплитуде импульсов 150 В, ляет за счет видоизменения структуры а при увеличении амплитуды до 450 В диаграммы стабильности повысить и предельная разрешающая способность чувствительность, и разрешающую спо- возрастает в 12 раз.

ствительность, и предельная разрешаю