Способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки Советский патент 1986 года по МПК H01J49/42 

сетку 5, детектор заряженных частиц, кружочками обозначены положительные заряженные частицы. Данный способ позволяет простыми средствами осуществить значительные подавления пиков осколочных ионов в массовых спектрах бея уменьшения интенсивности пиков молекулярных ионов. 2 ил.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Может быть использовано при создании гиперболондных масс-спектрометров типа трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью. Цель изобретения - повьш1ение точности анализа. Способ заключается в следукицем. С помощью источника 3 через сквозной канал в кольцевом электроде 2 в рабочий объем анализатора, ограниченньш электродами 1 и 2, во время ионизации вводят электронный поток 4. Молекулы ионизируются вблизи центра системы, после чего осуществляется их сортировка в высокочастотном с постоянной составляющей поля. Для достижения поставленной цели после окончания процесса сортировки заряженные частицы ускоряют в направлении торцовых электродов 1, а после прохождения ими тордовых электродов заряженные частицы тормозят разностью потенциалов, определяемой соотношением, приведенным СЛ в материалах изобретения. Для достижения положительного эффекта достаточно во время вывода подать между кольцевым и торцовым электродами разность потенциалов в 80-90 В. При этом молекулярные ионы легко отделяются. Устройство для реализации, способа также содержит дополнительную

1

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а точнее к гиперболоидной масс-спектрометрии, и может быть использовано при создании гиперболоидньпс масс-спектрометров типа трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Цель изобретения - повышение точности анализа.

Амплитуда колебаний заряженных частиц в гиперболоидных масс-аналйзаторах зависит от начальных координат (Ур) .и скоростей (TO) последних. При увеличении (Y) и (Y,,) амплитуда колебаний нарастает.

Обычно в гиперболоидных массспектрометрах типа трехмерной ловушки молекулы и атомы газа ионизируют вблизи центра системь:. При этом, если ионизирующий электронный поток вводить через кольцевой электрод, то начальная координата на образование ионов по оси (Q) симметрии оказывается достаточно малой. Поэтому, в основном амплитуда колебаний будет определяться начальной скоростью (Zo). заряженных частиц по этой оси. Молекулярные ионы образуются при ионизации, как известно, с малыми тепловьми начальными скоростями. Поэтому амплитуда колебаний этих ионов мала и во время сортировки они локализуются (по оси Z ) вблизи центра системы (начала координат Z 0). Осколочные ионы при образовании имеют в основной своей массе большие начальные энергии. Вследствие этого при сортировке они распределяются по всему рабочему объему анализатора Другими словами, если интересоваться их положением вдоль оси Z , то можно сказать, что они распределяются по всей оси от Z 0 до Z с1, где 4 - расстояние от центра системы до торцового электрода. Если

во время вывода в анализаторе создано постоянное ускоряющее поле вдоль оси Z (например, во время вывода потенциалы на электродах постоянны и положительный потенциал кольцевого электрода выше потенциала торцевых электродов), то в зависимости от положения частиц в момент начала вывода, они, проходя через торцовый

электрод, будут иметь различные скорости. Те ионы, которые в момент начала ввода находились в центре системы, приобретут в поле большую скорость. Если теперь за торцовым злеКтродом расположить тормозящую сетку, то с ее помощью можно пропускать в сторону детектора только быстрые ионы, т.е. те, которые в момент начала вывода находились вблизи начала

координат (в данном случае - молекулярные ионы). Таким образом, в самом анализаторе во время вывода можно избирательно ускорять молекулярные ионы по сравнению с осколочными,

используя lix местоположение в объеме анализатора во время сортировки.

В результате ускорения заряженных частиц в анализаторе и торможения их за пределами анализатора создается

положительный эффект, заключающийся в том, что относительная высота пиков осколочных ионов резко (в 3-5 раза) уменьшается по сравнению с высотой пиков молекулярных ионов. При

.этом, если правильно подобрать тормозящую разность потенциалов, то спектр в значительной степени обедняется пиками осколочных ионов.

Для достижения положительного эй-.

фекта достаточно во время вывода подать между кольцевым и торцевыми электродами разность потенциалов в 80-90 В. При этом молекулярные ионы легко отделяются.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый 3 способ, на фиг.2 - диаграмма, отражающая распределение потенциала по оси Z во время ускорения и торможения заряженных частиц. Устройство,реализующее предлагаемый способ,содержит торцовые 1 и кольцевой 2 электроды анализа;Тора, источник 3 ионизирующего электронного потока, ионизирующий электронный поток 4, дополнительную сетку 5, детектор 6 заряженных частиц. Кроме того, на фиг.1 кружка ми обозначены положительные заряжен ные частицы (ионы). Способ осуществляют следующим об разом. С помощью источника 3 через скво ной канал (не показан) в кольцевом электроде 2 в рабочий объем анализатора, ограниченный электродами 1 и 2, во время ионизации вводят электронный поток 4. Молекулы ионизируются вблизи центра системы (Z 0), после чего осуществляется их сортировка в высокочастотном с постоянной составляющей поле. После окончания процесса сортировки на кольцевой электрод 2 подают постоян ный потенциал UK , а на торцовые электроды 1 подают постоянный потенциал UT 1ри этом отсортированные заряженные частицы ускоряют вдоль оси 1 . Частицы проходят через торцовый электрод (сквозные каналы для вывода частиц в торцовом электроде не показаны) со скоростью вдоль оси 1 , соответствующей в основном положению частицы кначалу вывода. В таком случае, если к конц времени сортировки частицы -имели ма лые координаты по оси 2 (Z,), то эт частицы, проходя через торцовый электрод, будут иметь большую скорость вдоль оси 1 . Теперь, если за торцевым электродом выходящие ионы тормозить разностью потенциалов uU равной / порядка / U центр - 1} коль / и центр/ - потенциал центра рабочего объема/., то в сторону детектор смогут проходить только ионы, находивщиеся к; моменту начала вывода вблизи центра системы, т.е. ионы, образовавшиеся во время ионизации с малыми начальными координатами - мо лекулярные ионы. Необходимая тормозя щая разность потенциалов л 1/,ор„ определяется соотношением 12 ч, 1 КР„-П/ - гдеО - потенциал кольцевого электрода на время вывода, UT - потенциал торцового электрода во время вывода. -3 РО а Хд и д - расстояние от центра анализатора до поверхности кольцевого - электрода по осям X и , Z, - расстояние от центра анализатора до поверхности торцевого электрода по .оси Z . В случае осесимметричного анализатора XQ, Q Гд и Рд 1 . Экспериментальная проверка способа осуществлялась с использованием осесимметричного анализатора типа трехмерной ловушки с Гд 19 мм и расстоянием между торцовыми электродами 38 мм. В качестве детектора ионов использовалась сборка из микроканальных пластин. При и 250 В, 1} 163 В,литорм 3 В (по сравнению с случаем й1)) относительная высота пиков 18, 28,32,40 а.е.м. оставалась неизменной, а высота пиков 29,27,39, 43,44 уменьшалась в 3-4 раза. Предлагаемый способ позволяет простьми средствами осуществить значительные подавления пиков осколочных ионов в массовых спектрах (в 3.-5 раз) без уменьшения интенсивности пиков молекулярных ионов и, тем самьм, существенно облегчить анализ молекулярного состава анализируемой газовой смеси. Формула изобретения Способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки с одним кольцевым и двумя торцовыми электродами, по которому заряженные частицы вводят в рабочий объем.анализатора, сортируют по удельным зарядам и детектируют,анализируемые заряженные частицы, отличающийся тем, что,с целью.повышения Точности, после окончания сортировки заряженные частицы ускоряют постоянным во времени полем в

направлении торцовых электродов, а после прохождения ими торцовьк электродов заряженные частицы тормо зят раэностью потенциалов, определяемой соотношением

Ч.--ПТГп-- - .

где DH - потенциал, подаваемый на кольцевой электрод во время ускорения. В,

1267512

и -потенциал, подаваемый на

торцовыеэлектроды во время ускорения , В,

(2:-.р.г:/х

Хд и Yq - расстояния от центра анализатора до поверхности кольцевого электрода по осям X ,Y ,

Zg расстояние от центра анализатора до поверхности торцового электрода по оси 2 .