Масс-спектрометр Советский патент 1986 года по МПК H01J49/34 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может найти применение в различных ионно-оп- тических и электронно-оптических устройствах,

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и чувствительности масс-спектрометра на основе электростатического анализатора за счет уменьшения протяженности крае- вых полей.

На фиг. 1 показана схема масс- спектрометра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство диафрагмы; на фиг. 4 - вид Б на фиг.З на фиг. 5 - вид В на фиг. 3.

Источник иоиов, ориентированный таким образом, чтобы формируемые пакеты ионов 2 попадали в окно диафрагмы 3, электростатический анализатор 4,- ограниченный диафрагмами 3 и содержащий внешний 5 и внутренний 6 электроды заданной кривизны. При этом г - радиус кривизны внутреннего электрода анализатора в радиальном и г - в аксиальном направлениях, Rp радиус кривизны внешнего электрода в радиальном и RO, - в аксиальном направлениях, детектор 7 ионов, блок 8 регистрации. На поверхности пластины из изолирующего материала 9 со стороны анализатора (фиг, 4) нанесены чередующиеся проводящие 10 и полупроводящие 11 полосы, причем радиусы крайних проводящих полос - г и Кд, а промежуточных г, п - 1,2,3... - номер проводящей полосы. На окне в пластине 9 со стороны анализатора установлены проводящие нити 12. Внешняя по отношению к анализатору сторона диафрагмы покрыта электропроводящей пленкой 13, а на окне укреплена электропроводящая сетка 14 (фиг. 5) ,

Источник 1 ионов формирует короткий ионный пакет 2, который направляется в электростатический анализатор 4 через диафрагму 3. До прохождения пакетом плоскости диафрагмы, покрытой проводящей пленкой 13, он не подвергается воздействию краевого поля,так как оно экранируется металлической сеткой 14. После прохождения плоскости диафграмы, в которой установлены нити 12, пакет практически также не подвергается воздействию краевого по

ля, так как краевое поле проникает внутрь электростатического анализатора только на расстояние, примерно равное расстоянию между нитями в плос5

0

5

0

5

0

5

0

5

кости окна, а оно выбирается равным 1-1,5 мм. Это позволяет уменьшить расстояние, на кгтором может влиять краевой эффект в 10-50 раз.- В силу того, что переходная область краевого поля локализорана практически в пределах толщинь диафрагмы 2-4 нм, действие линзового эффекта пренебрежимо мало, так как, с одной стороны, потенциалы вблизи средней окружности анализатора малы по сравнению с ускоряющим потенциалом, а с другой стороны, протяженность краевого поля сокращается более, чем на порядок. Далее ионный пакет проходит через электростатический анализатор 4 и через выходную диафрагму 3 направляется к детектору 7. На пути от источника до детектора начальный ионный пакет разделяется на несколько в соответствии со значением m/q, а импульсы от каждого ионного пакета с выхода детектора поступают на блок (регистрируемую систему) 8.

Испытания показали, что предлагаемый масс-спектрометр позволяет получить разрешающую способность более 500. Коэффициент пропускания ионов, определяемый на основании расчета ионно-оптической системы, близок 100% для пакетов ионов, имеющих начальные распределения по координатам. 2 мм и 10 мм в радиальном и аксиальном направлениях соответственно, раз-, брос по углам расходимости +1,5 и по энергиям +10%. Для известного устройства при использовании ионных пакетов с разбросом по энергии +5% и по углам начальной расходимости ионов

О

+1,3 разрешающая способность по массам составляет 130

Кроме того, в предлагаемом масс- спектрометре реализована исключительно большая область рабочего поля (40x40 мм), что по площади по крайней мере на порядок вьш1е, чем для известных масс-спектрометров.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным позволяет получить одновременно высокие значения разрешающей способности и чувствительности, расширить области рабочего поля, и таким образом, увеличить размеры используемых ионных пакетов, уменьшить габаритные размеры, снизить влияние линзового эффекта, и таким образом, повысить коэффициент пропускания анализатора, обеспечить возможность изготовления

3

электростатических анализаторов ортогональными границами с цельширения возможностей прибора.

Формул а изобретения

Масс-спектрометр, содержащий источник ионов, аксиально-симметричный электростатический -анализатор с установленными на входе и выходе диаф- рагмами с окнами для прохождения ионного пучкч, детектор и блок регистрации, обличающийся тем, что, с целью повьппения разрешающей способности и чувствительности, диафграмы выполнены в виде диэлектрических пластин, внешняя, по отношению к анализатору, сторона которых покрыта электропроводящей пленкой,а на окнах установлена сетка из-электропроводящего материала,, на внутреннюю, по отношению к анализатору, поверхность диафрагмы нанесены чередую шреся электропроводящие и полупрово- дя1цие полосы с радиусами г кривизны

S

г 1 + (п-1)- где п - номер проводящей полосы;

.

S - расстояние между внешними

кромками проводящих полос,м; Гр - радиус кривизны поверхности внутреннего электрода в радиальном направлении, м; тс - радиус кривизны поверхности внутреннего электрода в аксиальном направлении, м, при этом на окне диафрагмы, с внутренней стороны, закреплены электропроводящие нити, соединяющие электропроводящие полосы с равным потенциалом и имеющие радиус кривизны, равным радиусу кривизны этих полос, а отношение сопротивлений соседних полупроводящихшением

полос определяется соотноА + В (2т+3)

/.

А + в (2га+1)

гп

А

В

2(R р

S 4- Ь2Гр) +

радиус кривизны поверхности внешнего электрода анализатора в радиальном направле-. НИИ, м;

номер полупроводящей полосы.

-

г/./

1256107 //-/

а

Изобретение относится к аналитическому приборостроению. Цель изобретения - повьппениё разрешающей способности и чувствительности масс- спектрометра. Пакет ионов, формируемый источником ионов до прохождения плоскости диафрагмы, покрытой проводящей пленкой 13, не подвергается воздействию краевого поля из-за экранизации металлической сеткой 14. По прохождении плоскости диафрагмы с нитями 12 пакет практически не подвергается воздействию краевого поля, т.к. последнее проникает внутрь электростатического анализатора только на расстояние, примерно равное расстоянию между нитями в плоскости окна. Это позволяет уменьшить расстояние, на которое может влиять краевой эффект в 10-50 раз. Диафрагма выполнена в виде пластины из изолирующего материала. Со стороны анализатора нанесены чередующиеся 10 проводящие и пблупроводящие 11 полосы. В описании приведены отношения, определяющие радиусы кривизны проводящих и полупроводящих слоев, и отношение сопротивления соседних полупроводя- щих слоев. В масс-спектрометре коэффициент пропускания ионов близок к 100% для пакетов ионов, имеющих начальные распределения, по координатам 2 мм и 10 мм. Разброс по углам расходимости ±1,3° и по энергиям +10%. 5 ил. S сл ю СП о

фиг. 2

N

в

//

13

X

V-7

/PKgJ

321

фигЛ

1

Редактор А. Сабо

фиг5

Составитель А. Нестерович

Техред А.Кравчук Корректор В- Бутяга

Заказ 4831/52Тираж 643 Подписное

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