Способ питания гиперболоидного масс-спектрометра и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК H01J49/42 

Изобретение отнрсится к масс-спектро- метрии и может быть использовано при со; здании гиперболоидных масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Целью изобретения является повышение постоянства чувствительности и разрешающей способности по массовому диапазону.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для питания гиперболоидно- го масс-спектрометра: на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит стабилизатор 1 тока заряда и стабилизатор 2 разряда.

выходы которых обьединены и соединены с электродами анализатора 3, вход распределителя 4 импульсов соединен с шиной управления, а первый и второй выходы - соответственно с цифровыми входами стабилизатора тока заряда и стабилизатора тока разряда, аналоговый вход котррого соединен с первым выходом цифроаналогового преобразователя 5, второй выход которого соединен с аналоговым входом стабилизатора тока заряда, а вход - с информационной шиной.

сл ю

VJ

О О

ON

зом.

Устройство работает следующим обраЭлектроды анализатора 3 представляют собой емкостную нагрузку Си. При этом формирование напряжений заданной формы на электродах анализатора 3 осуществляется путем заряда и разряда емкости от источников постоянного напряжения через стабилизаторы тока заряда 1 и тока разряда 2.

Для анализа частиц с массой Ml необходимо на вход распределителя 4 импульсов подать управляющий сигнал с периодом TI (фиг.2а), тогда на его выходах формируются импульсы длительностью Го1 , периодом TOI и скважностью, равной четырем, которые поступают на цифровые входы стабилизаторов тока заряда 1 (фиг.26) и тока разряда 2 (фиг,2в) и управляют процессами . заряда и разряда емкости Сн от источников постоянного напряжения. Импульс управления на цифровом входе стабилизатора 1 тока заряда (фиг.2б) определяет время заряда CH и направление тока заряда, импульс управления (фиг.в) на цифровом входе стабилизатора 2 тока разряда - время разряда Сн и направление тока разряда.

В соответствии с цифровым кодом на информационной шине цифроаналогового преобразователя 5 на его выходах формируются напряжения, которые поступают на аналоговые входы стабилизаторов тока заряда 1 и тока разряда 2 и определяют соответственно значения токов заряда и разряда Сн. Значения этих стабильных токов определяют скорость нарастания напряжения на электродах анализатора 3.

Пусть в момент времени ti (фиг.2б) на цифровой вход стабилизатора 1 тока заряда поступает импульс длительностью roi. Тогда в соответствии с напряжением, поступающим с второго выхода цифроаналогового преобразователя 5 на аналоговый вход стабилизатора 1 тока заряда, через Сн протека- ет ток заряда, который вызывает изменение напряжения на электродах анализатора 3 полинейному временному закону (фиг.2г). В момент времени t2 (окончания импульса)ток заряда через Сн прекратится, при этом напряжение на электродах анализатора 3 соответствует Um2.

Аналогично в момент времени ta (фиг.2в) на цифровой вход стабилизатора 2 разряда поступает импульс длительностью Го1. Тогда в соответствии с напряжением, поступающим с первого выхода цифроаналогового преобразователя 5 на аналоговый вход стабилизатора 2 тока разряда, через Сн протекает ток разряда, который вызывает изменение напряжения на Электродах анализатора 3 по линейному

временному закону. В момент времени t/i (окончания импульса) ток разряда через Сн прекратится, при этом напряжение на электродах анализатора 3 соответствует Umi. В интервалы времени t2 -13,14 - ts, когда

ток заряда и ток разряда отсутствуют, производится хранение соответственно Um2. и Umi на Си.

Для анализа частиц с массой М2 необходимо на вход распределителя 4 иПипуль- сов подать управляющий сигнал с периодом Т2(фиг.2д), а на информационную шину цифроаналогового преобразователя 5 - соответствующий цифровой код. Тогда на

выходах распределителя 4 импульсов формируются импульсы длительностью го2. периодом То2 и скважностью, равной четырем, а на выходах цифроаналогового преобразователя 5 - соответствующее напряжение.

Далее формирование напряжений на электродах анализатора 3 осуществляется так же, как при анализе частиц с массой Mi. Таким образом, при анализе любой частицы согласно предлагаемому способу на электродах анализатора 3 в процессе переключения по линейному временному закону формируются напряжения, причем скважность периодического питающего сигнала равна двум, значение амплитуды - Um2 и Umi, а отношение времени переключения к периоду То2 сохраняется постоянным во всем диапазоне масс.

Повышение постоянства чувствитель- нрбти и разрешающей способности достигается за счет стабилизации положения вершины общей диаграммы стабильности гиперболоидного. масс-спектрометра. При отсутствии стабилизации отношения Ть/Го происходит изменение формы высокочастотного напряжения при перестройке по массовому диапазону, что приводит к смещению вершины диаграммы стабильности. Использование предлагаемого способа питания и устройства для его реализации

позволяет существенно повысить одно- родность разрешающей способности и чувствительности по диапазону масс. Одновременно снижаются потери мощности в устройстве и повышается его надежность, что

делает перспективным использование изобретения при создании масс-спектрометров для космических исследований.

Формулаизобретения

1. Способ питания гиперболоидного

масс-спектрометра, по которому на электродах анализатора формируют импульсное высокочастотное напряжение путем проче редного подключения их к двум источникам постоянного напряжения, а развертку спектра масс осуществляют изменением частоты высокочастотного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения постоянства чувствительности и разрешающей способности по массовому диапазону, передний и задний фронт импульса изменяют по линейному временному закону, при этом отношение времени нарастания переднего фронта импульса к периоду высокоча- стотного напряжения сохраняется постоянным по всему диапазону масс.

2. Устройство для питания гиперболо- идного масс-спектрометра, содержащее управляемые ключевые выходные каскады, 15 снабженные клеммами для соединения с

0

5

электродами анализатора, отличающееся тем, что в качестве управляемых ключевых выходных каскадов использованы стабилизаторы тока заряда и разряда, при этом в устройство введены цифроаналого- вый преобразователь и распределитель импульсов, вход которого соединен с шиной управления, а первый и второй выходы соединены соответственно с цифровыми входами стабилизатора тока заряда и стабилизатора тока разряда, аналоговый вход которого соединен с первым выходом цифроаналогового преобразователя, торой выход которого соединен с аналоговым входом стабилизатора тока заряда, а вход - с информационной шиной.

шшлллллгиг t

TOJ

tl t2 t3 tif ts

фие.2

Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано при создании гиперболоидных масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью. Цель изобретения - повышение постоянства чувствительности и разрешающей способности по массовому диапазону. Способ питания масс-спектрометра состоит в том, что электроды анализатора поочередно с периодом T₀ подключают к двум источникам постоянного напряжения. При этом в процессе переключения источников напряжения на электродах анализатора изменяют по линейному временному закону так, что отношение времени переключения к периоду T₀ оставляют постоянным по всему диапазону масс. В качестве выходных каскадов в устройстве используют стабилизатора тока. В устройство введены цифроаналоговый преобразователь и распределитель импульсов. По команде с распределителя импульсов в соответствии с аналоговыми сигналами, поступающими с выходов цифро-аналогового преобразователя на электроды анализатора, производится формирование рабочих напряжений посредством токов, протекающих от источников постоянного напряжения через стабилизаторы тока. 2 с.ф-лы, 2 ил.