Способ масс-сепарации заряженных частиц Советский патент 1991 года по МПК H01J49/42 

Изобретение относится к масс-спектро- метрии и предназначено для элементного анализа высокомолекулярных соединений /до 4000 а.е.м. и выше/ с высокой разрешающей способностью / 4000/.

Для достижения хорошей трансмиссии квадрупольного фильтра масс /КФМ/ необходимым условием является преодоление краевого поля анализатора ионов за два периода ВЧ-поля. Из этого вытекает ограничение на соотношение между величиной разрешающей способности RO.S и отношением длины электродов L к радиусу поля го в следующем виде1

и

1 г0 Ь

Ro,s

0)

ро- ого ий аииобиепечеойе го

0)

где го-радиус вписанной окружности между вершинами электродов (радиус квадрупольного поля).

Цель изобретения - расширение диапазона анализируемых масс и повышение трансмиссии.

На фиг. 1 приведена структурная схема квадрупольного фильтра масс; на фиг.2 показан масс-спектр осколочных ионов перф- тортрибутимамина CgFaoN и CgFzoNH+ с массовыми чиспами 502 и 503. полученных в квадрупопьном конденсаторе с длиной электродов (1 15 см и радиусом поля го 0,35 см. Э нергия анализируемых ионов составляла 50 эВ. Остаточное давление 1 Ток эмиссии 0,4 мА.

На фиг.З приведены зависимости ин тенсивности пика ионов с массовым числом М 414 от энергии анализируемых ионов

Qs

ю

ю о

VI

Квадрупольный масс-спектрометр (КФМ) содержит источник ионов 1, входную диафрагму 2, квадрупольный конденсатор 3, детектор ионов 4, ВЧ-генератор 5 с устройством формирования постоянного напряжения ±U, устройство б управления и регистрации спектра.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании ионно-оптиче- ских свойств промежуточной области стабильности параметров а и д,

Режим сепарации в промежуточной области реализуется, когда на электроды квадру- польного фильтра масс подают постоянное напряжение ±1), переменное напряжение ±Ucosmt в соотношении 0,,4892. При этом требования на параметр а следующие: 3,,164229. A V/U а/2д.

Как было установлено авторами, значение разрешающей способности R, определяемой числом периодов и фильтрации, в режиме сепарации промежуточной области, равно

,2u2(2)

Из экспериментальных данных следует, что

Ro.5-1,3u2- hu2(3)

Из сравнения Ro,n для обычного режима (Ro,5 - и2/М,где h - 10-30 и (3) следует, что имеется выигрыш в разрешающей способности в 12-40 раз по сравнению с обычным режимом работы в первой области при равном числе периодов в фильтрации.

Оценим числа и$ периодов прохождения краевого поля КФМ, при котором трансмиссия КФМ максимальна. Анализ показывает, что и 0,8 / для обычного режима Uf 2 /.

Величина и разрешающая способность в режиме сепарации промежуточной области связаны следующим образом.

Скорость Uz иона с массой М для получения максимальной трансмиссии при прохождении краевого поля, характеризуемого размером го, должна иметь значение:

(4)

где f -1 /Т -частота ВЧ-поля. го -радиус поля, и -0,8.

Число периодов п пребывания иона в квадрупольном конденсаторе равно: Lf

а-

IV

(5)

Из (3), (4), (5) находим, что

L д i/Rdis;

г0 - ис У --(6)

п

Считая, что для получения хорошего качества спектра (Ro 1 - 1 М) ММакс-1 /2 RO.S. где Ммач-- максимальное значение массы иона, получаем расчетную формулу

L 1,56r0vrM(7)

В таблице представлены типовые длины и радиусы поля, а также необходимые амплитуды УВЧ-напряжения для получения заданной разрешающей способности Ro.r и

максимального значения М массового числа ненов при максимальной трансмиссии КФМ (частота f - 1 МГц).

Масс-спектрометр работает следующим образом.

На электроды квадрупольного конденсатора подаются от генератора 5 постоянное напряжение величиной U и переменное высококачественное напряжение Vcoswt. Величина U и V выбираются из соотношения

0,4846 у 0,4892 .

В результате этого в квадрупольном конденсаторе формируется электрическое

поле, соответствующее промежуточной области параметров а и д,

Для сепарации пучка ионов по массам ионы из источника 1 через входную диафрагму 2 направляются на вход квадрупольного конденсатора 3. Ионы двигающиеся в квадрупольном поле по стабильным траекториям, поступают затем на детектор 4.

Для осуществления регистрации масс- спектра и управления режимом работы

КФМ используется также устройство 6.

Предлагаемое устройство может быть также использовано для анализа перекрывающихся массовых пиков с низкими массовыми числами.

Технико-экономическая эффективность

предлагаемого способа заключается в том, что его применение во вторичном ионном масс-спектрометре позволяет решить задачу анализа дублета SIH и Р, что является

очень важным в полупроводниковой технологии,

Формула изобретения Способ масс-сепарации заряженных частиц, заключающийся в том, что частицы

направляют в область анализа по массам, в Которой формируют электрическое квадру- польное поле и регистрируют их на выходе из упомянутой области, о т л и ч ajto щ и й- с я тем, что, с целью диапазона анализиру0 емых масс и повышения трансмиссии, электрическое квадрупольное поле формируют с параметрами уравнения Матье а и д, удовлетворяющими условию

50.4846 ,4892

при 3,.16429, а протяженность L квадрупольного поля выбирают из выражения

.56roVTH

где г - радиусквадрупольного поля, м;

М -- максимальное значение мягсопого числа анализируемого, а.е м

Изобретение относится к масс-спектро- метрии и предназначено для элементарного анализа высокомолекулярных соединений (до 400 а.е.м. и выше) с высокой разрешающей способностью (4000). Цель изобретения - расширение диапазона анализируемых масс и повышение трансмиссии. Способ масс-се- парации заряженных частиц заключается в 2 том, что частицы направляют в область анализа по массам, в которой формируют электрическое квадрупольное поле и регистрируют их на выходе из упомянутой области, электрическое квадрупольное поле формируют с парамет рами уравнения Матье а и д, удовлетворяющими условию; 0,,4892 при 3,,16429 а протяженность L квад- рупольного поля выбирают из выражения ,56 г „ vTVf, где г- радиус квадруполь- ного поля /м/, М - максимальное значение массового числа анализируемого иона (а.е.м.). Квэдрупольный масс-спектрометр содержит источник 1 ионов, входную диафрагму 2, квадрупольный конденсатор 3, детектор 4 ионов. ВЧ-генератор 5 с устройством формирования постоянного напряжения :fcUrycгройство 6 управления и регистрации спектра. 3 ил., 1 табл

U- Vcosaft

сриг1

Фат. 2

-

il- Vcasfjot

s

№

S$3

20 0.fO

Фиг. 3

20

30 40 VltB