Магнитный анализатор Советский патент 1991 года по МПК H01J49/40 

фие.1

Изобретение относится к технике разделения заряженных частиц по массам и может быть применено для элементного химического анализа материалов при создании масс-спектрометров времяпролетного типа.

Цель изобретения - повышение эффективности разделения ионов по массам посредством упрощения инжекции ионов из источника ионов импульсного типа в магнитный анализатор,создание пространства для размещения источника ионов импульсного типа и коллектора разделенных во времени ионов и экранировки их от магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что полюсным наконечником электромагнита броневого типа придана спиральная форма, а расстояние между зеркально отображенными точками спирали соответственно растет пропорционально азимуту спирали. Входная часть спирали снабжена полукруговым электромагнитом, который сопряжен со спиральным зазором. В теле полюсов электромагнита сделаны вырезы в форме цилиндров со спиральной образующей. Глубина вырезов определена так, что они являются глухими и обеспечивают экранировку вырезов от магнитного поля возбуждающих катушек.

На фиг. 1 показано устройство со стороны полюсного торца, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку и сечение верхней половины электромагнита броневого типа.

Устройство состоит из двух монолитных зеркально отображенных частей магнито- провода 1 с линиями магнитного поля 2 и двумя обмотками 3 возбуждения. Полюсным наконечникам придана форма ленточной спирали 4 Архимеда. Входной торец 5 этой спирали сопряжен с полукруговым участком 6 электромагнита, в точке О которого осуществляется импульсная инжекция ионов разных масс. Ион с минимально разрешимой массой идет по траектории 7, а ион с максимально разрешимой массой - по траектории 8. На выходном торце 9 спирали размещен коллектор разделенных ионов. Цилиндрическая вырезка 10 со спиральными образующими образует пространство для импульсного источника ионов, а вырезка 11 - соответственно для коллектора разделенных ионов. Поверхности, полюсов на участке 6 параллельны и создают однородное магнитное поле, а на спирали 4 поверхности локально параллельны для каждого данного значения азимута р, а с ростом азимута р расстояние между ними линейно увеличивается от заданного на участке 6 до

максимального на выходном торце 9. На участках 10 и 11 магнитное поле практически отсутствует благодаря глубоким глухим вырезкам 10 и 11.

Устройство работает следующим образом.

Ионы разных масс импульсно инжектируются в точке О на участке б однородного магнитного поля и в соответствии с вели0 чиной своей массы распределяются по траекториям так, что ион с минимально разрешимой массой идет по траектории 7, а ион с максимально разрешимой массой - по траектории 8. За выходным торцом 5 спирали А

5 электромагнита магнитное поле спадает по величине и кривизна траектории соответственно уменьшается. За выходным торцом 9 спирали действие ведущего магнитного поля прекращается и разделенные ионы

0 попадают на коллектор, которым ионы регистрируются по времени прибытия. Обмотка возбуждения 3 для всего электромагнита, состоящего из двух частей, является общей. Это удобно для упрощения управле5 ния электромагнитом. Цилиндрические вырезки 10 и 11 позволяют экономить энергетические затраты на электропитание электромагнита. Посредством вырезок 10 и 11 осуществляется такое распределение линии

0 магнитного-поля 2, что они обходят указанные вырезки 10 и 11, которые предназначены для размещения импульсного источника ионов на входе О и коллектора разделенных ионов на выходном торце 9.

5 Источник ионов и коллектор ионов на чертеже не показаны.

Предлагаемый масс-спектрометр на основе спирального магнитного анализатора, являясь гибридом времяпролетного и маг0 нитного масс-спектрометров, сочетает в себе чувствительность времяпролетного и разрешающую силу магнитного. Высокая чувствительность обеспечивается соответственно высокой светосилой, а высокое раз5 решение обусловлено двойным фактором разделения ионов по времени и пространству. В известных времяпролетных масс-спектрометрах легкие ионы имеют большую скоростью и соответственно обгоняют тяже0 лые, В предложенном магнитном анализаторе ионы разных масс летят по разным траекториям с геометрической длиной, пропорциональной массе и этим создается второй фактор разделения ионов про5 странственнЫй, Удобный способ инжекции и вывода ионов обеспечивает эффективное использование пучка источника ионов.

Во времяпролетном режиме работы анализ ионов в расширенном диапазоне масс осуществляется перестройкой уровня

магнитного поля, т.е. изменением тока питания в возбуждающей обмотке. Возможно применение и сверхпроводящих обмоток.

Магнитный анализатор пригоден для работы и с непрерывной инжекцией, как это принято в типичных магнитных масс-спектрометрах.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается повышение эффективности разделения ионов по массам.

Формула изобретения

1. Магнитный анализатор, содержащий источник и приемник ионов, электромагнит

0

с полюсами, создающий поперечное магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения ионов по массам, полюса электромагнита выполнены в виде ленточной спирали с межполюсным зазором, увеличивающимся пропорционально азимуту спирали.

2. Анализатор по п. 1,отличающий- с я тем, что, с целью упрощения инжекции и приема ионов, в полюсах электромагнита выполнены глухие отверстия для размещения источника и приемника ионов.

Изобретение относится к технике разделения заряженных частиц и может быть применено для элементного химического анализа материалов при создании масс-спектрометров времяпролетного типа.(-. Цель изобретения - повышение эффективности разделения ионов по массам и упрощения инжекции и приема ионов. Для этого в электромагните полюсным наконечникам придана форма ленточной спирали 4 с межполюсным зазором, увеличивающимся пропорционально азимуту спирали. При этом источник и приемник ионов располагаются внутри корпуса электромагнита в специальных глухих пазах 10 и 11. 1 з.п.ф- лы, 2 ил.

фиг 2