Масс-спектрометр Советский патент 1961 года по МПК H01J49/26 G01N27/60 

При исследовании газовых смесей в настоящее время используют различные типы масс-спектрометров с импульсным источником ионов, которые под действием ускоряющего напряжения двигаются в пространстве дрейфа. Для данного отнонхения заряда иона к его массе ,

под действием ускоряющей разности потенциалов Uy ионы приобретают юстоянные скорости (1). При этом для того, чтобы увеличить разрешающую способность масс-спектрометра при ограниченной расфокусировке ионного пучка, необходимо увеличить пространство дрейфа, что при прямой траектории луча требует резкого увеличения габаритов спектрометра.

С целью устранения указанного затруднения в предлагаемом массспектрометре пространство дрейфа увеличено за счет многократного отражения ионного луча с помощью электростатических зеркал.

Схематический чертеж масс-спектрометра и электростатического зеркала изображены соответственно на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 3 представлена схема отражения ионного луча электростатическим зеркалом.

Предлагаемый масс-спектрометр состоит из камеры /, обычного источника ионов 2, электростатических зеркал 3 и электронного умножителя 4. Образующиеся в источнике ионов 2 при импульсной бомбардировке исследуемого газа электронами ионы втягиваются и ускоряются соответствующим напряжением в ионный пучок с траекторией, представляющей собой ломаную линию, изменение направления которой достигается электростатическими зеркалами 3. После многократного отражения (в данном случае двухкратного) ионы попадают в электронный умножитель 4, при этом в момент отражения происходит некоторое уменьшение интенсивности ионного пучка, что легко компенсируется повышением коэффициента усиления электронного умножителя. При про№ 139478- 2 хождении пространства дрейфа ионный пучок разделяется на ряд пучков, каждый из которых состоит из ионов одной массы.

ПрименяемыеВ данном масс-спектрометре электростатические зеркала 3 (фиг. 2) состоят из металлической сетки 5 -и отражателя 6, лежащих в параллельных плоскостях и заключенных в металлический экран 7, что дает возможность устранить электростатические поля вне зеркала. Между присоединенной к экрану 7 сеткой 5 и отражателем 6 имеется постоянное напряжение, приложенное плюсом к отражающей пластине.

При определении элементов движения ионов после отражения (фиг. 3) начало координат помещают в точку О - точку падения ионов на зеркало и располагают ось OY параллельно линиям электростатического поля, а ось ОХ - перпендикулярно. В этом случае при падении ионов на зеркало со скоростью V под углом а составляющие скорости будут равны У„у и У„,. Сила, аействующая на ион в электростатическом поле

, -qE,(2

где q - заряд иона, а - напряженность электростатического поля.

Ускорение иона а, --- (),(3)

т где т - масса иона.

Из выражений (2) и (3) имеем:

Проекция пути иона на ось OY: .(5)

на ось ОХ:

,,, t(6)

Определяя из формулы (4) время пролета ионов в электростатическом поле (при ). получаем: t- (7)

Из формул (7) и (4) имеем: t

так как а 0, составляющая скорости в точке А

l/«.v ..,(9)

после дифференцирования уравнения (5), используя уравнение (4) и (8), получаем:

У.у - УО;,(10)

10 есть из уравнений (9) и (10) следует, что величина скорости ионов после отражения равна скорости до отражения и угол отражения |3 равен углу падения а. Исходя из уравнения для скорости ионов в пространстве дрейфа (1), определяют составляющие скорости по осям координат:

l/«., l/-Sina |/ Sina,(11)

1/„, V Cosa / Cosa(12) Подставляя значения 1/„, и V„,. в стояния ОА:

а.(4)

-т

а,-ГIv

уравнение для вычисления расол-1/„.,.1/„,. 1}:1« ;,

получают:

(7,, Sina-Cosa

Таким образом, расстояние ОА не зависит от отношения - -

добавочного расширения пучка ионов не будет.

Из приведенных выше вычислений следует, что происходит зеркальное отражение ионов, т. е. в первом приближении можно считать, что ломаный путь ионов эквивалентен прямому пути такой же длины. Данное обстоятельство позволяет создать масс-спектрометр небольишх габаритов при достаточно высокой разрешаюшей способности.

Предмет изобретения

Масс-спектрометр с разрешением по времени пролета ионов, генерируемых импульсным источником, отличаюш,ийся тем, что, с целью увеличения его разрешающей способности, в пространстве дрейфа смонтированы электростатические зеркала, осуществляюш;ие многократное отражение ионного луча.

(13)

qE

(14)

т.

Фиг I Ь/