Квадрупольный масс-спектрометр Советский патент 1991 года по МПК H01J49/42 

Изобретение относится к масс-спектро- метрии, а именно к квадрупольным масс- спектрометрам с лазерной ионизацией, и может применяться в различных областях науки и техники при изучении состава веществ.

Целью изобретения является повышение чувствительности квадрупольного масс- спектромет ра с лазерной ионизацией путем обеспеченил ионизации в фазах, соответствующих максимальному пропусканию квадрупольного анализатора.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого масс-спектрометра; на фиг.2 - эпюра сигналов масс-спектрометра; на фиг.З - график зависимости пропуска- ния масс-анализатора от фазы высокочастотного поля,

Предлагаемый масс-спектрометр содержит (фиг.1) квадрупольный анализатор 1, высокочастотный генератор 2, обеспечивающий электрическое питание анализатора напряжением вида ± U+Vcos(urt+y), где U - постоянная составляющая; V,u, p- соответственно амплитуда, круговая частота и начальная фаза переменной составляющей напряжения; t - время. Устройство содержит также лазерный излучатель 3, вырабатывающий ионизирующие импульсы когерентного светового излучения, с помощью которого осуществляется ионизация внутри квадрупольного анализатора, блок питания лазера 4, обеспечивающий накачку и запуск излучателя, задающий генератор 5 высокочастотного генератора, задающий его рабочую частоту, резонансный усилитель 6, обеспечивающий усиление напряжения на частоте задающего генератора, выходной колебательный контур 7 высокой добротности, позволяющий получить прецизионное высоковольтное высокочастотное напряжение с низким уровнем гармоник, зарядный блок 8, обеспечивающий питание оптических ламп накачки лазера, Устройство содержит блок 9 запуска получателя, запускающий оптический затвор лазерного излучателя, блок 10 формирования прямоугольных импульсов, вырабатывающий короткий импульс в момент прохождения фазы высокочастотного генератора через ноль со стороны отрицательных значений напряжения, устройство 11 совпадений, задающий генератора 12 прямоугольных импульсов, вырабатывающий импульс необходимой частоты и длительности для приведения в состояние готовности блока питания лазера, а также вырабатывакщий импульс, подаваемый на

устройство совпадений. Устройство также содержит линию 13 задержки, позволяющую задерживать импульс с выхода устройства совпадений на время в пределах

5 периода высокочастотного напряжения генератора, первый 14 и второй 15 выходы задающего генератора прямоугольных импульсов, соответственно, первый 16 и второй 17 входы блока запуска излучателя.

10 первый 18 и второй 19 входы устройства совпадений, направление 20 светового потока лазерного излучателя.

Работа предлагаемого устройства сводится к следующему (фиг.2),

15 В момент, когда на выходе резонансного усилителя 6 высокочастотное напряжение проходит через ноль со стороны своих отрицательных значений, блок формирования прямоугольных импульсов 10 вырабаты20 вает временной импульс той же частоты, что и частота высокочастотного напряжения, длительностью не более 0,1 длительности периода высокочастотного напряжения. Этот импульс подается на первый вход 18

25 устройства 11 совпадений. Обычно частота высокочастотного генератора составляет величину от одного до нескольких мегагерц, Независимо работающий задающий генератор 12 прямоугольных импульсов выраба30 тывает на своем первом выходе 14 импульсы внешнего запуска блока питания лазера (обычно частотой от 10 Гц до 10 кГц), длительность которых определяется характеристиками лазера. Эти импульсы обеспе35 чивают на выходе зарядного блока 8 необходимые сигналы, которые с указанной частотой поступают на первый вход 16 блока 9 запуска излучателя и приводят этот блок в состояние готовности. Через интер40 вал времени, необходимый для приведения в готовность блок 4 питания лазера, на втором выходе 15 задающего генератора прямоугольных импульсов 12 вырабатывается сигнал той же частоты, что и на первом его

45 выходе 14, длительность которого несколько меньше периода высокочастотного напряжения. Этот сигнал поступает на второй вход 19 устройства 11 совпадений. Как только этот сигнал совпадает с импульсом, по50 ступающим на устройство 11 совпадений от блока 10 формирования прямоугольных импульсов, устройство совпадений вырабатывает импульс, который через линию 13 задержки подается на второй вход 17 блока

55 9 запуска излучателя и осуществляет запуск лазерного излучателя 3. Линия задержки обеспечивает сдвиг -во времени импульса запуска излучателя в пределах длительности периода высокочастотного напряжения с целью оптимизации момента ионизации

относительно фазы высокочастотного напряжения, а именно с целью совмещения максимума интенсивности светового излучения лазерного излучения с фазой, соответствующей максимуму пропускания зарождающихся ионов.

Положительный эффект изобретения состоит в следующем. Теоретически (для частного случая гипотетического параллельного ионного пуска, отсутствия краевого поля и точек на линии развертки вблизи границ стабильности) показано, что наибольшее пропускание имеет место в момент ввода ионов в анализатор, когда фаза высокочастотного поля равна 0,2тг , 4л: и т.д. Аналогичная зависимость (фиг.З) получена экспериментально для реального ионного пучка в условиях зарождения ионов в анализаторе квадрупольного масс-спектрометра МС 7303 под воздействием ионизирующего излучения световых импульсов перестраиваемого лазера на красителях ЛЖИ 501, накачиваемого лазера накачки ЛТИ-401,

Из приведенной зависимости следует, что максимум пропускания соответствует фазам 2тг(), где п 1,2,3,... и более чем на порядок превышает уровень пропускания ионов, зарождающихся внутри анализатора в других фазах. Поскольку рабочие частоты квадрупольных масс-анализаторов составляют обычно величины порядка единиц МГц (т.е. их период 10 6 с), а длительность световых импульсов лазеров имеет величину примерно 10-20 не с), то длительность светового импульса лазера составляет примерно периода высокочастотного напряжения, прикладываемого к электродам Анализатора.

Таким образом, совмещая каждую вспышку с фазой высокочастотного поля, при которой пропускание зарождаемых в анализаторе ионов максимально, получаем в предлагаемом устройстве выигрыш в чувствительности на порядок и более (в зависимости от уровня выбранной разрешающей способности анализатора),

Формула изобретения Квадрупольный масс-спектрометр по авт.св. ,№ 957318, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности в случае использования лазерной ионизации, высокочастотный генератор питания электродов анализатора электрически соединен с блоком питания лазера через дополнительно введенные блок формирования прямоугольных импульсов, устройство совпадений, задающий генератор прямоугольных импульсов и линию задержки, при этом выход резонансного усилителя высокочастотного генератора питания электродов анализатора соединен с первым входом устройства совпадений через блок формирования прямоугольных импульсов, первый выход задающего генератора прямоугольных импульсов соединен с первым входом блока запуска лазерного излучателя через зарядный блок лазерного излучателя, второй выход задающего генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом устройства совпадений, а выход устройства совпадений соединен через линию задержки.

Изобретение относится к масс-спектро- метрии. Цель изобретения-повышение чувствительности масс-спектрометра в случае использования лазерной ионизации путем обеспечения ионизации в фазах, соответствующих максимальному пропусканию квад- рупольного анализатора. Масс-спектрометр с лазерной ионизацией содержит квадру- польный анализатор 1 с четырьмя полеобра- зующими электродами, высокочастотный ТО генератор 2 для питания квадрупольного анализатора, включающий задающий генератор 5, резонансный усилитель 6 и выходной колебательный контур 7 с парафазным выходом, лазер, включающий лазерный излучатель 3 с блоком 4 его питания, Высокочастотный генератор 2 электрически соединен с блоком 4 питания лазера через блок 10 формирования прямоугольных импульсов и линию 13 задержки, причем выход резонансного усилителя 6 высокочастотного генератора соединен с первым входом устройства совпадений 11 через блок формирования прямоугольных импульсов, первый выход задающего генератора прямоугольных импульсов 12 соединен с первым входом блока запуска излучателя 9 через зарядный блок 8, второй выход задающего генератора прямоугольных импульсов соединен с вторым входом устройства совпадений, а выход устройства совпадений соединен с вторым входом блока запуска излучателя через линию 13 задержки. 3 ил. & VI VI VJ 00 о ю

«

I

О

э