Масс-спектрометр Советский патент 1984 года по МПК H01J49/30 

Изобретение относится к области масс спектрометрии, в частности к масс-спектрометрам с анализирующими системами, содержащими неоднородные аксиально-симметричные магнитные поля, изменяющиеся по закону .р п Н Н (:-) , и может быть использован для химического и изотопного ан лиза. веществ и материалов, а также в качестве масс-сепаратора при разделении изотопов. По основному авт.св. № 270330 известен масс-спектрометр, содержащий ионный источник ионов, регйстри руимцее устройство и магнитный анали затор, например 270-градусный с нео нородным магнитным полем, например с h 1, причем магнитный анализатор имеет прямые границы. Камера магнитного анализатора расположена вокруг вымораживающей ловушки, а между источником ионов и магнитным анализатором установлена формирующа сходящийся пучок ионов электростатическая линза, в фокусе которой расположен приемник ионов Щ . Разрешающая способность такого масс-спектрометра зависит от геомет рического увеличения анализирующей системы, которое о пределяется величиной отношения длины пролета иона от линзы до приемника ионов к длине пролета иона от источника ионов до линзы. Например, в промьшленном призменном масс-спектрометре МХ-2301, 6 котором реализована известная-ионно-оптичеекая система, разрешающая способность на превышает 1000 из-за геометрического увеличения анализирующей системы, равного 2. Для того, чтобы величина геометрического увеличения была меньшей или равной единице, источни ионов приходится удалять от электри ческой линзы на некоторое расстояни большее или равное длине пролета Иона от линзы до приемника ионов. На участке источник ионов - линза фокусировка ионного пучка не производится, в результате ухудшается транспортировка ионов в анализирующей системе и снижается чуствительность масс-спектрометра. Цель изобретения - повьш1ение разрешающей способности и изотопи.ческой чувствительности масс-спектр метра без увеличения габаритов его анализирующей системы. Эта цель достигается тем, что в устройстве дополнительно установлена аксиально-симметричяая магнитная призма с коэффициентом неоднородности магнитного поля h 1, которая расположена .между источником ионов и электростатической линзой, а параметры призмы определяются из условияН, «pjH. где г, и Н, - радиус центральной траектории ионов, и соответствующая ему напряженность магнитного поля дополнительной призмы; 2 Аналогичные параметры основной призмы. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого массспектрометра. Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 ионов, дополнительную аксиально-симметричную магнитную призму 2, электростатическую линзу 3, ОСНОВН5ТО магнитную призму 4 и приемник 5 ионов. Масс-спектрометр работает следующим образом. Ионы, .вьш1едшие из ионного источника 1 в виде расходящегося пучка, поступают в дополнительную магнитную призму 2 и разделяются в ее неоднородном магнитном поле по величине отношения массы иона к его заряду. Ионы регистрируемой массы М движутся по центральной траектории, поскольку геометрические и. физические параметры дополнительной призмы выбраны такими,. что выполняется основное уравнение магнитного масс-спектрометра м : °(144)U где М -. массовое число иона, ат.м.; и - напряжение, ускоряющее ионы. В; Г, - радиус центральной траектории, см; Н - напряженность магнитного поля, Э. После прохождения дополнительной магнитной призмы предварительно раз 3 деленншй по массам ионный пучок пос тупает в электростатическую фокусирующзпо систему (линзу или систему линз), которая преобразует расходящийся ионный пучок в сходящийся, -т.е. фокусирует его на коллектор пр емника ионов. На пути движения к приемнику ионы проходят неоднородно магнитное поле основной магнитной призмы, в котором они еще больше . разделяются по величине отношения массы иона к его заряду. Параметры основной магнитной призмы выбраны такими, что соблюдается условие, пр котором ионы регистрируемой массы Мр движутся по центральной траекто рии Поскольку левые части уравнений (2) и (3) равны, получаем условие (1 согласования параметров дополнитель ной и основной магнитных призм. Регистрацию ионов различных масс в предлагаемом масс-спектрометре можно осуществить либо путем измене кия ускоряющего ионы напряжения, либо путем изменения напряженности магнитных полей обеих призм. В последнем случае электромагниты призм следует подключать к общему источнику питания в целях уменьшения вли яния флуктуации магнитных полей призм на разрешаюцуюспособность масс спектрометра. I Разрешающая способность предла-. гаёмого масс-спектрометра в t,5 раз 08 вьш1е, чем известного, при той же длине йролета иона от источника ионов к приемнику. Повьппение разрешающей способности происходит за .счет увеличения дисперсии по массам анализируюшей системы. Одновременно в 1,5-2 раза улучшается и абсолютная чувствительность масс-спектрометра за счет аксиальной фокусировки ионного пучка неоднородным магнитным полем дополнительной призмы на участке траектории ионный источник электростатическая фокусирующая система. Изотопическая чувствительность масс-спектрометра повышается в 7-8 раз вследствие разделения ионов основной массы и примесной массы в дополнительном масс-анализаторе. Предлагаемый масс-спектрометр не критичен к выбору геометрических параметров, поскольку изменение любого из зтих параметров может быть скомпенсировано регулировкой фокусного расстояния электростатической фокусирующей системы путем изменения потенциалов на ее электродах. Поэтому анализирующая система предлагаемого масс-спектрометра не требует {механической юстировки, на аналити- ческие характеристики прибора не влияют поля рассеяния магнитных призм и пространственный заряд ионного пучка, что упрощает технологию изготовления и эксплуатацию такого масс-спектрометра. ПредлагаемьА масс-спектрометр имеет небольшие габариты и простую конструкцию.

МАСС-СПЕКТРОМЕТР по авт.св. 270330, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения его разрешающей способности и чувствительности без увеличения габаритов .анализирующей системы, в него введена дополнительная аксиально-симметричная магнитная призна с коэффициентом неоднородности магнитного поля {| 1, которая расположена между источником ионов и электростатической линзой, а параметры призмы определяются условием . ,«г,И2, где р , И, - радиус центральной траектории ионов и соответствуищая ему напряжен- ность магнитного поля дополнительной призмы; j.Mg - аналогичные параметры основной призмь.