Масс-спектрометр Советский патент 1984 года по МПК H01J49/32 

Изобретение относится к технике масс-спектрометрии и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где необходимо производить анализы веществ. Известны масс-спектрометры с фокусировкой по энергииэ которые созданы на основе секторных однородных магнитных полей и дополнены цилиндрическим или тороидальным электростатическим конденсатором для компенсации разделения ионов по энергии 1J Данные масс-спектрометры облада ют невысокой удельной дисперсией и сравнительно бойьшиг--1и размераш-г. Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометр5 содерйащий ионный источник, за которым рас-положен электростатический отклоняющий элемент - тороидальный конденсатор с профилированными краями, сектор1иый магнит и детектор ионов. Раз,меры тороидального конденсатора и по люсов магнита примерно одинаковы. Тороидальный конденсатор ахроматизирует схему прибора и осуществляет .вертикальную фокусировку ионного пучка. Чтобы добиться стигматичной фокусировки необходимо иметь возможкость регулировать ее , поэтому 1:рая магнита сделаны подвижными н их наклон по отношению к ионному пучку может изменяться в процессе настройки масс-спектрометра. Принятые меры позволили, помимо фокусировки по зне гиКэ получить сгигматичную объемную фокусировку ионного пучка и скомпенсировать аберрации второго порядка 1 Недостатками указанного прибора являются сравнительно малая yдeJтьнLlя дисперсия (дисперсия, отнесенная к длине ионной траектории)j связанная с большими размерами тороидального крнденсатора, технологическая CJIOVKность изготовления обкладок конденсатора и необходимость введения, спе 1щальиого механизма для поворота кра ев магнита. Цель изобретения - повьшение удел яой дисперсии по массе масс-сиектромйтра с секторным магнитом и упрощение его конструкции. Поставленная цель достигается тем что в масс-спектрометре с фокусировкой по энергии, содержапдем последова тельно распололсенные источник ионов, электростатический элемент,, секторны :-1агнит н приемник ионов, электростатический элемент выполнен в виде ион 1 7 зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из которых представляет собой пару контруэнтньк пряомугольных пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней плоскости. На электроды подаются-такие потенциалы, что электростатический элемент работает в режиме ионного зеркала. Величина угла падения пучка на зерка ло лежит в интервале 20-45 . Отношение ширины пластин, образующих электроды зеркала, к расстоянию между ними для крайних электродов равно примерно 3, для средних лежит в интервале от I до 6. Отношение длины пластин к расстоянию между ними зависит от угла падения ионного пучка и лежит в интервале .от 10 (для меньшего угла) до 20 (для большего угла). Удельная дисперсия по энергии у такого зеркала в Несколько раз больше дисдд-1сперсии секторного магнита, поэтому при взаимной компенсации этих дисперсий электростатический элемент может быть сделан значительно меньше магнита и следовательно, уменьшены общие размеры масс-спектрометра и повышена его удельная дисперсия по массе. Электростатическое зеркало осуя.гствляет вертикальную фокусировку .ионного пучка., причем ее сила легко регул.ируется .изменением потенциала на одном из электродов зеркала, т.е. стигматичная фокусировка достижима без поворота краев магнитнь Х полюсов. Электроды зеркала (плоские пластины | просты в изготовлении. Предлагаемы- масс-спектрометр может быть выполнен в дв; вариантах: с действительным проме.жуточным фокусом и с мнимым. На фиг, i схематически показан одни из вариантов (с действительным промежуточным фокусом) предлагаемого масс-спектрометра в проекции на среднюю плоскость; на фиг, 2 - вид на этот прибор вдоль средней плоскости; на фиг. 3 проекьия на среднюю плоскость другого зарианта (с мнимым промежуточной фокусом) масс-спектрометра; на фиг, 4 - его проекция на плос.кость., перпендикулярную к средней. Масс-спектрометр включает в себя источник 1 ионов, за которьш расположены ионное зеркало с электродами 2-4, секторный магнит 5 и приемник 6 ионов. Цифрой 7 отмечен промежуточньы фокус (изобралсение щели источника) , Угол при вершине магнитного секто ра составляет 90 , края полюсов магнита 5 вырезаны по дугам окружностей с радиусами, равными радиусу кривизны г ионной траектории в однород200 мм. Центральная ном поле, г ионная траектория пересекает края магнита ортогонально. Угол падения пучка на электростатическое зеркало составляет 30°, длина электродных пластин 145 мм, ширина среднего элек трода 14,2 мм, ширина крайних электродов 35 мм. Расстояние между пласти нами, образующими электрод, 12 мм. Выходная щель источника ионов 1 расположена в свободном от поля пространстве за пределами электродной сис темы. Ближайший к этой щели электрод 2 заземлен. На электрод 4 подается задерживающий потенциал, достаточный чтобы изменить направление движения ионов на обратное. Масс-спектрометр работает следующим образом. Сформированный источником 1 ионньш пучок отражается электростатичес ким зеркалом, которое создает дейст1074 витальное (в первом варианте прибора) или мнимое (во втором) изображение 7 щели источника. Затем пучок входит в магнитное поле, разлагается по массам, и лишь ионы определенной массы фокусируются вновь в плоскости входной щели приемника 6 ионов. Центральная точка для щели, вершина , магнитного сектора О и центральная точка промежуточного изображения должны быть расположены на одной прямой (правило Барбера). Дисперсия прибора г, увеличение в средпо массе ней плоскости равно единице. Расчеты показывают, что при том же магните удельная дисперсия в предлагаемом приборе в 1,5-2 раза выше, чем в прототипе. Плоские электроды зеркала изготовить значительно легче, чем электроды тороидального конденсатора. Сила вертикальной фокусировки легко регулируется изменением потен,циала на среднем эле ктроде зеркала, |поэтому не нужно устройство, поворачивающее края магнита. Аберрации второго порядка, как показывают численные расчеты, могут быть устранены.

МАСС-СПЕКТРОМЕТР с фокусировкой по энергии, содержащий последовательно расположенные источник ионов, электростатический элемент, секторный магнит и приемник ионов, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения удельной дисперсии по массе и упрощения конструкции, электростатический элемент выполнен в виде ионного зеркала, состоящего из нескольких электродов, каждый из кото- , рьгх представляет собой пару конгруэнтных прямоугольны : пластин, расположенных параллельно друг другу и симметрично относительно средней с S плоскости. со