Времяпролетный масс-спектрометр Советский патент 1986 года по МПК H01J49/40 

1.

Изобретение относится к физической электронике, в частности к масс-спектрометрии, и может быть иопольз.овано для изучения элементного состава вещества.

Цель изобретения - увеличение разрешающей способности, масс-спект рометра и его чувствительности.

На Чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Масс-спектрометр содержит источни ионов 1, камеру 2 дрейфа, детектор 3 и отражатель 4, состоящий из первого 5, второго 6, третьего 7 электродов отражателя и дополнительных сетчатых электродов .8,9,10,... 3. Дополнительные электроды 8,9,10,...Д соединены с вторым 6 и третьим 7 электродами отражателя и подключены, к источнику питания через резис1 ивный делитель 1 напряжения. Потенциалы на дополнителные электроды 8,9,10,..., поданы та что на каждом последующем электроде потенциал больше, чем на предыдущем. Ионы, образованные в источни1 е 1 , попадают в отражатель 4, отражаются в нем, вновь проходят источник 1 ионов, камеру 2 дрейфа и попадают на детектор 3. При отсутствии дополнительных электродов отражателя величина it, определяющая разрешающую способность ВПМ, не позволяет получить разрешающую способность более нескольких сотен при отношении максимальной энергии ионов в приборе WMCTKC минимальной Wj, , .равном К 1,5-1,7.

Наличие дополнительньрс электродов существенно згменьшает величину At и позволяет получить разрешающую способность в несколько тысяч. При этом расстояния между электродами , .и потенциалы, при.поженные к ним, определяются из условия достижения наибольшей разрешающей способности при заданной величине разброса энергий ионов, т.е.

ЭК

зи

о

W

мин

6. W W

махе

(1)

о

9U -

W i W.

мдхе

Решение системы уравнений позволяет определить потенциалы на электродах и расстояния между ними.

Расчеты показали, что количество дополнительных электродов определяется из условия

1

RTP

1 ,, К-®.

-1), (2)

R

тр К

MClHf

- требуемая разрешающая способность,

w«««./w

мин

/пин

- соответственно максимальная и минимальная энергии ионов в дрейфе,

а расстояние между электродами должно удовлетворять выражению

S5

I., 0,054 l,47-1. + OJ «

а + 2,12) З-Ь,

(3)

где J.

- номер дополнительного

электрода;

L - длина камеры дрейфа. Величины сопротивлений резистив- ного делителя напряжения должны удовлетворять выражению

R.

4.,42,r %R

3.

(4)

Решение системы уравнений (1) позволяет определить потенциалы на электродах и расстояния между ними.

При использовании трех дополнительных электродов расчеты показали, что расстояния между электродами должны быть следующими:

;

2

I.

0,072 L; 0,016 L; 0,013 L,

а потенциалы на них соответственно

50

где потенциал

на третьем электроде отUj

W,

.4 макс электрода.

/q

3S

При этом положение каждого последующего электрода и потенциал на нем определяются положением и потенциалами всех пред1аду1цих электродов.

3

Введение трех дополнительных сетчатых электродов позволяет уменшить длительность ut ионных пакето на входе детектора и увеличить разрешающую способность ВПК примерно в пять раз, а также увеличить чувствительность, т.е.. получить на выходе детектора 3 сигнал, уровень которого больше, чем у известного масс-спектрометра, при одинаковом парциальном давлении в приборе исследуемого газа или паров вещества.

Сравним J, - величину импульса ионного тока на входе детектора известного масс-спектрометра и tl - величину импульсного тока на входе детектора предлагаемого масс-спектрометра (в случае трёх дополнительных электродов).

Из источника ионов выходит оди- наковое количество п ионов данного сорта. В масс-спектрометре, принято за прототип, ионы дважды проходят первый 5 и второй 6 электроды отражателя, которые представляют собой сетки с коэффициентом прозрачности Ь, и таким образом на вход детектора приходит п, n-h ионов и ионный ток на входе детектора равен

(5)

I Bj.aii.

At,

где U t, - длительность импульсов ионного тока на входе детектора известного масс-спектрометра. 35

В предлагаемом масс-спектрометре ионы с энергиями в диапазоне от мии Д Q и, также дважды проходят сетчатые электроды 5 и 6 отражателя, их количество на входе де- ;40 тектора равно n,g , где п, - количество ионов данного сорта в ука-. занном диапазоне энергий, вышедшее из источника.

Ионы в диапазоне энергий от W, 45

Пример . Изготовле спектрометр, состоящий из ионов с электронным ударом дрейфа- длиной 2 м, детект де блока из двух микрокан пластин МПК-28-19, и отра тоящего из параллельно рас трех электродов в виде кол нержавеющей стали с натянут них сетками с ячейкой 50 50 трех дополнительньпс электро го же типа, расположенных н яниях: от второго электрод теля - f, 156 мм; от перв нительного электрода - Р от второго дополнительного да - ЕЗ 28 мм.

При разбросе энергий ион

.ДО W,

q Ug дважды проходят элект- те от Уд,„. 1000 эв до W

роды 5 и 6 отражателя и первый дополнительный электрод 8, также представ- .ляющий собой сетку с коэффициентом прозрачности . Их количество на 50 входе детектора равно. Пл-л , где Hj - количество ионов в диапазоне энергий от W до W. Количество ионов, отраженных в зазорах между дополнительными электродами 9 и 10, 55 а также между дополнительным электродом IО и третьим электродом 7 отражателя равно на входе детектора

1777 эв разрешающая спосо такого масс-спектрометра ра Величина импульсов ионного

входе детектора 3 5,010 при Р 10 Торр. Известны спектрометр в указанном диа энергий ионов имеет соответ R 430 при 1,3 -10 А. . Предлагаемый масс-спектр может быть использован для вания процессов, в которых об в источнике ионы имеют б

303 п,.9 и п

to

4

где п

и п - коГ 4 2

личество ионов, вышедших из источника и имеющих энергии в диапазонах 3 q Uj и от W, до

от W до W .W

макс

Количество ионов, имеющих энергии в диапазоне от f до W, , равно

У

и

Ма ICO

- U/nHH

ч 0,4 п.

Тогда импульс ионного тока на входе детектора равен

,

At,

(6)

где ut - длительность импульса ионного тока на входе детектора предлагаемого масс-спектрометра.

Из сравнения (5) и (6) и с учетом , 5 i tg следует, что в предлагаемом масс-спектрометре величина сигнала только от части ионов, отраженных в зазоре между вторым электродом 6 отражателя и первым дополнительным электродом 8, в два раза больше, чем в известном масс-спектрометре.

Пример . Изготовлен масс- . . спектрометр, состоящий из источника ионов с электронным ударом, камеры дрейфа- длиной 2 м, детектора в виде блока из двух микроканальных пластин МПК-28-19, и отражателя состоящего из параллельно расположенных трех электродов в виде колец из . нержавеющей стали с натянутыми на них сетками с ячейкой 50 50 мкм и трех дополнительньпс электродов таког го же типа, расположенных на, расстояниях: от второго электрода отражателя - f, 156 мм; от первого дополнительного электрода - Р 32 мм; от второго дополнительного электроде да - ЕЗ 28 мм.

При разбросе энергий ионов в пакете от Уд,„. 1000 эв до W

Макс

1777 эв разрешающая способность такого масс-спектрометра равна 1000. Величина импульсов ионного тока на

входе детектора 3 5,010 А, при Р 10 Торр. Известный масс- спектрометр в указанном диапазоне энергий ионов имеет соответственно R 430 при 1,3 -10 А. . Предлагаемый масс-спектрометр может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в источнике ионы имеют большой раэброс начальных энергий, например масс-спектрометрия с йрименением искрового или лазерного источника ионов.

Формула изобретения

Времяпролетный масс-спектрометр содержащий источник ионов, камеру дрейфа, детектор и двухзазорный отражатель ионов, состоящий из трех последовательно расположенных параллельных друг другу сетчатых электродов, подключенных к источникам питй- ння, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, между вторым и третьим электродами от- .ражателя параллельно им установлены дополнительные сетчатые электроды, при этом количество этих электродов удовлетворяет условию

Редактор М.Дьцшн Заказ 3604/47

Составитель Н.Алимова. Техред Н.Бонкало

Корректор

Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П30355 Москва, Ж-35, Раушская наб ., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул,Проектная,4

сRjE. ,ч

f,15 4,96.10. V где R - требуемая разрешающая способность;

/WMHM ;

мякс f у( соответственно максимальная и минимальная энергии ионов в дрейфе,

расстояние между электродами удовлетворяет вырсшению

f,, 0,054 1,47 -t- 0,

I

2,12)

.. (I -ь 2,12) - 3-L, где 3 - номер дополнительного электрода отражателя; L - длина камеры дрейфа, и электроды подключены к источнику питания через делитель напряжения, состоящий из резисторов, величины сопротивлений которых удовлетворяют выражению

-1.38

R,. 4,42-1

R

:}f 1

Корректор В.Бутяга

Изобретение относится к области физической электроники, в частности к масс-спектрометрам. Может быть использовано для изучения элементного состава вещества. Цель изобретения - увеличение разрешающей способности масс-спектрометра (М-С) 7 « W i S S I I 1 I I / / / и повышение его чувствительности - достигается тем, что между вторым и третьим эле ктродами отражателя, параллельно им, установлены дополнительные сетчатые электроды, количество которых определяется из математического выражения, приведенного в формуле изобретения. М-С содержит источник ионов I, камеру дрейфа 2, детектор 3 и отражатель 4, состоящий из электродов 5, 6 и. 7 отражателя и дополнительных сетчатых электро- до в 8, 9, 10, ..., 3. Потенциалы поданы на дополнительные электроды так, что на каждом последующем электроде потенциал будет больше, чем на предыдущем. Ионы, образованные в источнике 1, подаются на отражатель 4, отражаются,. вновь проходят источник ионов 1, камеру дрейфа 2 и попадают на детектор 3. М-С может быть использован для исследования процессов, в которых образованные в. источнике ионы, имеют большой разброс начальных энергий, например масс-спектрометрия с применением искрового или лазерного источника ионов. 1 ил. / г LL а @ О