Способ питания гиперболоидного масс-спектрометра Советский патент 1984 года по МПК H01J49/42 

1. Способ ПОП.1, отличающ и н с я тем, что на различные электроды подают импульсные напряжения различной амплитуды.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т личающийся тем, что на электроды датчика подают импульсный сигнал со скважностью, определяемой соотношением

S 2К,

где К - любое, не равное нулю и единице число.

1. СПОСОБ ПИТАНИЯ ГИПЕРБОЛШДНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА, при котором на электроды датчика подают импульсные напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, импульсные напряжения на различных электродах сдвинуты одно относительно другого на время, меньшее чем период колебаний, при этом отношение длительности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношением где t время задержки сигнала; JoA I5 tn S TO(Л период следования импульсов; v итeJ ьнocть рабочих имt пульсов. О)

Изобретение относится к массспектрометрии, а более конкретно к динамической масс-спектрометрии, и может быть использовано при создании масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Известен способ питания гиперболоидных масс-спектрометров, при котором на электроды датчика подают импульсный сигнал и постоянное напряжение 1J.

При питании датчиков гиперболоидньк масс-спектрометров импульсным сигналом, с одной стороны, резко уменьшаются потребляемая генератором мощность и его габариты, а с другой, появляется возможность увеличения разрешающей способности и чувствительности приборов за счет оптимального подбора импульсного сигнала Реализация больших возможностей импульсного метода питания в гиперболоидных масс-спектрометрах сдерживается трудностями поддержания стабильным отношения амплитуды импульсов к постоянному смешению, подаваемому на электроды датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является способ питания гиперболоидных масс-спектрометров, согласно которому импульсные сигналы на электроды датчика подают с двух одинаковых выходных каскадов, на входы которых поступают сигналы с парафазного импульсного усилителя. . Путем подбора скважности импульсного сигнала регулируются постоянные составляющие, существующие на выходах оконечных каскадов. Поскольку элект роды датчика подсоединены к этим выходным каскадам непосредственно то путем подбора скважности удается выставлять нужную постоянную разность

- потенциалов между электродами датчика. В этой ситуации постоянная составляю1цая напряжения на электродах датчика гиперболоидного масс5 спектрометра определяется формой сигнала, и поэтому ее отношение к амплитуде высокочастотных импульсов оказывается более стабильным С2. Известно, что для достижения

10 высокой чувствительности и разре.тающей способности гиперболоидных ;масс-спектрометров необходимо значительно увеличить скважность импульсного сигнала. При этом использова15 ние известного способа приводит к резкому увеличению мощности, потребляемой генератором. Это обьясняется тем, что при генерации противофазных импульсных сигналов большой

20 скважности один оконечный каскад

открывается только на малый прогмежуток времени, а второй почти

все время оказывается открытым.

Резкое увеличение потребляемой

25 мощности приводит к уменьшению стабильности генерируемых сигналов и увеличению их асимметрии.

Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и чувст0 витальности путем разработки способа питания гиперболоидных массспектрометров импульсным .сигналом, при котором в оптимальном режиме резко снижается потребляемая генератором мощность и увеличивается стабильность поступающего на анализатор сигнала.

Указанная цель достигается тем,

что согласно способу питания гиперболоидного масс-спектрометра, при котором на электроды датчика подают импульсные напряжения, на различных электродах датчика импульсные напряжения сдвинуты одно относительно другого на время, меньшее чем период .колебаний, при этом отношение длител ности задержки сигнала к длительности рабочего импульса определяется соотношением где t - время задержки сигнала; S - к Т - период следования импульсов t - длительность рабочих высокочастотных импульсов. Для задания необходимого постоянного смещения на различные электроды подают импульсные напряжения различной амплитуды. Для упрощения схемы формирования импульсных напряжений на электроды датчика подают И1 пульсньш сигнал со скважностью, определяемой соотношениемS 2К, где К - любое, не равное нулю и еди нице,число. На фиг. 1 приведена схема подачи импульсных напряжений на электроды датчика типа трехмерной ловушки и эпюры подаваемых напряжений; на фиг, 2 - эпюра разности потенциалов возникающей между электродами датчи ка; на фиг. 3 - общая зона стабильности, рассчитанная для сигнала, приведенного на фиг. 2, в случае гиперболоидного масс-спектрометра типа трехмерной ловушки; на фиг.4 зависимость положения вершины общей зоны стабильности от относительной величины времени задержки сигналов, подаваемых на различные электроды датчика. На кольцевой электрод 1 датчика анализатора типа трехмерной ловушки (фиг. 1) подают импульсный сигнал необходимой скважности и амплитудой Е . На соединенные вместе торцовые электроды 2 и 3 подают сигнал Ej, с той же скважностью (и той же формы) , но задержанный относительно сигнала на кольцевом электроде на время tjjj.. При этом для формирования постоянной составляющей амплитуды Е. и EJ не равны друг другу. Поскольку, поле в рабочем объеме датчи ка определяется разностью потенциалов, подаваемых на его электроды, т для определения ее завясимости от времени неоходимо произвести вычита ние напряжения на торцовых электрод з напряжения на кольцевом. Из вре- енной зависимости этой разницы - EJ (фиг. 2) видно, что при редлагаемом способе питания форма ействующего напряжения оказьшается ложной и зависимой не только от ормы напряжений на электродах, но и т времени задержки Ц,.Таким обраом, появляется возможность изменеия формы действующего сигнала за чет регулировки t,. На фиг, 3 приведена общая диаграма стабильности для получаемого сигала в случае датчика на осесиметричной линзе при скважности сигала S ТоД. 5 и относительной заА -±i -, ержке л 2-2, где . 1. координатным осям диаграммы стабильности (фиг. 3) отложены величины q, определяемые соотношениями - 4еЕ, m u)2 (2+ где UI - круговая частота подаваемого импульсного сигнала; у и геометрические параметры элekтpoднoй системы; е и m - соответственно заряд и масса анализируемых частиц. Можно показать, что для сигнала, приведенного на фиг. 2, постоянная составляющая определяется соотношениеми. Е(1 ) и отношение постоянной составлякицей к амплитуде переменной пропорционально сЛ., , т . е . ё (1 Таким образом, по вертикальной оси на диаграмме стабильности (фиг, 3) откладывается величина, пропорциональная отношению постоянного смещения к амплитуде переменного сигнала (величина, не зависящая от массового числа), а по горизонтальной оси - величина, пропорциональная т В таком случае линия развертки спектра масс параллельна оси q (линия с, фиг. 3). Аналогичную диаграмму стабильнос ти можно построить и для уравнения Матье у + у (а - 2q cos 2Т) 0. Для этого выносим из скобок q и пол чаем у + qy( « - 2 cos 2Т) 0, где и . Видно, что решение уравне ния зависит от двух параметро X - параметра для гиперболоидного масс-спектрометра,определяемого тол ко соотношением постоянного смещени на электродах к амплитуде высокочас тотного сигнала, и параметра q пропорционального «/т . Если диаграмму стабильности перестроить в коррди натах Яq, то линия развертки спект ра масс будет параллельна оси q, При предлагаемом способе питания выбор режима работы на диаграмме стабильности осуществляется путем регулировки отношения Е и Е. Поскольку при импульсном питании, как правило, используются импульсные генераторы, выходные транзисторы 3 которых работают в ключевом режиме, то Е и Е однозначно опреде(ляются напряжением питания выходных ,каскадов. .Поэтому стабилизация c,, не вызывает трудностей и может быть осуществлена с высокой точностью. Форма сигнала, а значит,ip конфигурация диаграммы стабильности мог изменяться при изменении времени задержки. Поскольку при проведении анализа t должно быть постоянным, то для исключения влияния его флуктуации на разрешакндую способность необходимо выбрать t таким, при котором его флуктуации наименьшим образом сказывались бы на положении вершины общей диаграммы стабильности. На фиг. 4 приведены зависимости положения вершин общих диаграмм стабильности для датчика на осасимметричной линзе от значения 2 Рассчитанные при различных скважностях высокочастотных импульсов. Видно, что наиболее стабильным режимом явля ется режим, при котором соответствует максимуму этих зависимостей. Оптимальное значение можно определить соотношением Устройство для осуществления предлагаемого способа питания датчиков гиперболоидных масс-спектрометров можно выполнить на микросхемах с последующим усилением сформированных импульсов до требуемой амплитуды транзисторами. Частота задающего управляемого генератора делится обычными триггерами со счетным входом, и с помощью элементов И-НЕ формируется требуемая скважность высокочастотных импульсов. Аналогично формируются импульсы с тем же периодом, но сдвинутые на время t, В таком случае наиболее простой путь - это формирование сигнала со скважностью, равной четному числу. При этом не возникает никаких трудностей при получении оптимальной задержки между сигналами, подаваемыми на различные электроды. Развертка спектра анализируемых масс может осуществляться .как изменением амплитуды высокочастотного сигнала, так и изменением частоты. Предлагаемый способ питания электродов датчиков гиперболоидных массспектрометров по сравнению с существующим позволяет значительно (до 5 раз) уменьшить потребляемую генератором мощность и, соответственно, уменьшить габариты всего масс-спектрометра; существенно увеличить разрешающую способность и чувствительность масс-спектрометра путем повышения стабильности параметров питающего датчик напряжения; вдвое увеличить размах напряжений на электродах датчика без увеличения напряжений, питающих выходные каскады генератора. Это увеличивает вдвое чувствительность анализатора и его устойчивость к влиянию диэлектрических пленок, образуемых на его электродах.

EL