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

I

Изобретение относится к исследо-- ванию состава и структуры веществ и кинетики быстропротекающих процессов, в частности к масс-спектрометрии, и может быть использовано в органической и биоорганической химии, космических исследованиях.

Преимуществом времяпролетных масс- спектрометров является возможность записать полный масс-спектр единичного во времени события при теоретически неограниченном диапазоне масс.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и чувствительности при одновременном упрощении системы питания.

Разделение ионов по массам производится во времяпролетном масс-спектрометре с импульсным источнргком ионов, аналитическая часть которого выполнена в виде двух коаксиальных электрически разделенных электродов, представляющих собой симметричные относительно плоскости поверхности описываемые уравнением

1

rZ

(1)

Z Z-COSt

(g)+p(x,y)C, ,

где d - длина пролетной части масс- спектрометра вдоль оси; С - константы, соответствующие первому и второму электроду анализатора;

р(х,у)- произвольная функция, удовлетворяющая уравнению

НЕ + LE 2 5x2 g y2 grВыбор функции р(х,у) можно подчинить конструктивным требованиям. Движение заряженных частиц в этом случае вдоль оси г Не зависит от движения вдоль осей и носит колебательньй характер

Г2а% t . . /2аФ„

-+z, d Ь:---- sinJ

m t( ° V2q m

(2) ф - разность потенциалов между

электродами.

Движение вдоль осей х и у зависит только от выбора функции рСх, у). Из (3) видно, что все ионы фиксированной массы, вылетевшие из плоскости в момент времени , к моменту

(3)

соберутся в плоскости независим от углового и энергетического разброса, что соответствует идеальной пространственно-временной фокусировке.

5

iO

247973J

Как видно из соотношения (3), время пролета, а слггювательно, и разрешающая способность приборов такого типа не зависят от начальной знергии ионов и их пространственного разбр оса вдоль направления движения, т.е. не зависит от основных ограничивающих разрешающую способность факторов в приборах, рассмотренных выше. Отсутствие дисперсии по энергии позволяет также сделать вывод, что потери ионного тока будут крайне незначительны, вследствие чего ожидается значительньй выигрыш в чувствительности даже по сравнению с прототипом.

Дополнительным преимуществом пред- лагае1-1ых приборов является возможность уменьшения габаритов без потери временной дисперсии, т.е. созда- 20 ния высокочувствительных малогабаритных масс-спектрометров.

В качестве конкретного варианта можно рассмотреть времяпролетный масс- спектрометр, электроды которого с целью упрощения конструкции выполнены коаксиальными, в виде квазиконических поверхностей с общим основанием, описываемых уравнением

(§) - l(l)-Kln.,, ,2,

15

2S

30 d 2М где +у2 ;

К - коэффициент; - константы.

(4)

С, С,

35 В этом случае р(х,у)- -(-j)2-Kln-и время пролета частиц с массой m при определяется из соотношения ш

t ll LJ

(5)

где L - длина дрейфового промежутка.

Этот вариант иллюстрируется схемой на прилагаемом чертеже.

Масс-спектрометр имеет импульсный источник 1 ионов, электростатический анализатор, представляющий собой пару электродов 2 и 3 соответственно, детектор 4 ионов, входную и выходную щели 5 и 6 в анализатор. Поверхности электродов представляют собой поверхности вращения и описываются уравнением (4), Детектор ионов должен быть установлен симметрично источнику от- носительно плоскости симметрии электродов ВС.

Масс-спектрометр работает следую- , щим образом.

Анализируемое вещество ионизуется в источнике 1 ионов и импульсно вводится в аналитическую часть между электродами 2 и 3 через входную щель 5, При прохождении аналитической части первоначальный пакет ионов разделяется на пакеты, соответствую- щие массовым числам ионов, участвующих в движении, которые, пройдя выходную щель 6, регистрируются детектором ионов в зависимости от массы через интервалы времени, определяемые формулой (5).

В предлагаемом масс-спектрометре диапазон масс может быть увеличен N в пределах 1-100000 а.е.см, разрешающая способность увеличена по сравне-

нию с прототипом в 3 раза, а чувствительность в 10 раз при одинаковой с прототипом длине пролета.

Таким образом, при использовании предлагаемого принципа разделения ионов в электростатическом поле, фор мируемом электродами указанной-формы., можно достигнуть более высоких параметров разделения ионов по массе и

высокой чувствительности при одновре- 25 верхностей с общим основанием, опи- менном упрощении конструкции и системы питания.

Формула изобретения

1. Времяпролетный масс-спектро- матр, содержащий импуЛьсньй источник ионов, анализатор, состоящий из двух коаксиальных электрически разделенных электродов, И детектор, отличающийся тем, что, с целью 35

сываемых уравнением

()г I(x2+vn-ln --ii - -С М- 2d2 d 1,2

30 где d - длина пролетной части

масс-спектрометра вдоль . оси:

- постоянные, характеризующие поперечный размер электродов.

Составитель С.Катинова Редактор М.Петрова Техред И.Верес Корректор М.Пожо

- - --.- - ----

Заказ 4810Тираж 643Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

5 О

5

479734

повьппения разрешающей способности и чувствительности, упрощения конструкции при одновременном уменьшении габаритов, электроды анализатора выполнены в виде симметричных относительно плоскости поверхностей, описываемых уравнением

(5) +р(.у)Ч2 ,

где d - длина пролетной части

масс-спектрометра вдоль оси I ; р(х,у) - произвольная функция,

удовлетворяющая уравнению . Й2 2 - э у

Cj и Cj - постоянные, характеризующие поперечный размер электродов.

2. Масс-спектрометр по п. 1, о т - личающийся тем, что, с целью упрощения изготовления электростатической системы, электроды выполнены в виде к вазиконических поверхностей с общим о

сываемых уравнением

()г I(x2+vn-ln --ii - -С М- 2d2 d 1,2

где d - длина пролетной части

масс-спектрометра вдоль . оси:

- постоянные, характеризующие поперечный размер электродов.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано в органической и биоорга- нической химии, космических исследованиях. Цель изобретения - по вьшение разрешающей способности и чувствительности при одновременном упрощении системы литания. Предложенная сложная форма электродов 2 и 3, описываемая уравнениями в описании, позволяет увеличить диапазон масс в пределах 1-100000 а.е.см, разрешающую способность в 3 раза, а чувствительность в 10 раз. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., о (Л « СО Од