АН СССР i т;^Н'"^:--^1 Советский патент 1969 года по МПК H01J49/26 G01N27/62 

Известны масс-спектрометры, содержащие источник ионов, статический масс-анализатор и приемник ионов. Выходная щель источника ионов вырезает из потока ионов пучок в виде узкого прямоугольника.

В известных масс-спектрометрах разрешающая способность определяется размером объекта (т. е. шириной выходной щели источника ионов). Значительная коллимация ионного тока в источнике ионов при получении высокой разрешающей способности, т. е. при малых размерах объекта, приводит к понижению и.нтенсивности ионного пучка и тем самым к снижению чувствительности массспектрометра.

Предлагаемое устройство отличается тем, что ,на выходе источника ионов и входе приемщика ионов установлены кодирующая и декодирующая маски с тон дественными системами отверстий. Отверстия на маске выполнень в форме узких параллельных щелей, отстоящих друг от друга на расстояниях, пропорциональных квадратным корням из ряда простьтх чисел. Щели могут быть расположены по одной из диагоналей смежных прямоугольников, высоты которых равны между собой и параллельны магнитному полю анализатора, а длины пропорциональны квадратным корням из ряда простых чисел. В другом варианте исполнения маски могут содержать мнол ество мелких отверстий произвольной формы, распределенных по всей плоскости масок по закону случайных чисел.

Эти особенности позволяют повысить разрешающую способность, масс-спектрометра без снижения его чувствительности.

На чертеже изображена схема масс-спектрометра. Он содержит источник ионов / с маской 2, масс-анализатор 3 и приемник

ионов 4 с маской 5.

Устройство работает следующим образом. Маска 2 вырезает из потока ионов ряд параллельных друг другу пучков. Эти пучки, проходя масс-анализатор 3, разделяются в

пространстве в зависимости от массы и фокусируются в фокальной плоскости масс-анализатор а, где установлен приемник ионов 4 с маской 5, тождественной .маске 2 источника. Пучки ионов массы Шг, воспроизводя в плоскости фокусировки форму и расположение щелей п отверстий маски 2, полиостью проходят на коллектор приемника ионов 4 через отверстия тончдественной маски 5. В то же время пучки ионов массы OTJ, смещенные от

ионов массы т-2 на величину дисперсии анализатора, не проходят на коллектор приемника ионов, задержанные маской.

ных щелей, находящихся друг от друга на расстояниях, пропорциональных квадратным корням из простых чисел.

Выбор такого размещения щелей связан с тем, что при смещении одной маски относительно наложенной на нее другой в направлении, перпендикулярном высоте щелей, только однажды должно достигаться совпадение всех щелей. При всех остальных значениях смещения должно совпадать минимально возможное число щелей. Если в пределах фокусируемого к выходной щели лучка можно установить, пользуясь кодом «ряд корней из простых чисел, N щелей щириной d, илтенсивность полного пучка ионов будет определяться суммарным током ионов через все щели, а разрешающая способность - попреж.нему шириной одной щели, т. е.

I NjS. AM 2d

Если же уменьшить ширину каждой из Л щелей в N раз, интенсивность потока ионов, определяемая суммой ширин всех щелей, не изменится, а разрешающая способность

М D ND

ДЛ1

2d

i

Т. е. увеличится в Л раз.

Например, если принять , а ширину пучка ионов у коллимирующей решетки за 1000 d (что реально для существующих ионно-оптических систем источников ионов), то, пользуясь кодом «ряд корней из простых чисел, можно установить 80 щелей. Соответственно разрешающая способность (или чувствительность) может быть увеличена в 80 раз (т. е. почти на два порядка).

Описанная конструкция решеток (масок) быть применена тогда, когда диапазон интенсивностей ионных пучков различных масс невелик (не более 25 при 80 щелях). Такое ограничение динамического диапазона объясняется тем, что каждый из ионных пучков создает на выходе масс-спектрометра за счет действия решеток не одии пик напряжения, а множество. Соотношение амплитуд основного пика к боковым и определяет динамический диапазон. В случае описанной конструкции решеток боковые пики отделяются друг от друга и могут быть приняты за основные пики соседних масс малой интенсивности.

Если необходимо расширить динамический диапазон, можно применить другую конструкцию решеток, обеспечивающую отличие основного пика от боковых. Такая решетка представляет собой ряд щелей, расположенных по одной из диагоналей смежных прямоугольников, высоты которых равны между собой и параллельны магнитному полю анализатора, а длины пропорционалыны квадратным корням из .простых чисеш.

ряд последовательных наложений бесконечно малых по высоте вертикальных щелей. В каждый из моментов времени соблюдаются все соотношения, выведенные для вертикальных щелей. При этом общая площадь всех щелей

s hdi-Чг

sin arctg - Р

где d - ширина щели;

h - вертикальный размер прямоугольника, диагональю которого являются щели; п - число щелей;

р - длина прямоугольника, принимающая значения, пропорциональные квадратным корням из ряда простых чисел от к до е.

При п наклонных щелях выигрыш в интенсивности будет

sin arctg -

где / - интенсивность при одной вертикальной щели шириной d;

30/ - интенсивность при п щелях шириной а.

Выигрыш в разрешающей способности бу.т

дет

- п sin arctg -у-,

где г - разрешающая способность при одной вертикальной щели шириной nd; R - разрешающая способность при п щелях с наибольшим наклоном на

угол а arctg h/l, где / - наибольшее значение из ряда квадратных корней из простых чисел.

Поскольку высота прямоугольников h намного больше их длины р ( 0 выигрыш в чувствительности или разрешающей способности при использовании этой конструкции решеток мало отличается от предыдущего

случая. В то же время боковые пики выходного напряжения, получаемые в масс-спектрометре, содержащем решетки с наклонными щелями, не разделяются, а сливаются в медленно меняющийся уровень напряжения, на

фоне которого основные пики могут быть легко выделены :на скорости нарастания. Поиск оптимальной конструкции представляет значительные .затруднения, как в плане теоретической разработки, так и в технической реализации. Теоретически близкой к оптимальной является конструкция решетки, представляющая собой множество отверстий круглого или прямоугольного сечения,..расположенных по всей плоскости решетки по .-закону случайПредмет изобретения

1. Масс-спектрометр, содержащий источник ионов, статический масс-анализатор и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности, на выходе источника ионов и на входе приемника ионов соответственно установлены кодирующая и декодирующая маски с тождественными системами отверстий.

2.Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что отверстия на масках выполнены в форме узких параллельных щелей, отстоящих друг от друга на расстояниях, пропорциональных квадратным корням из ряда простых чисел.

3.Масс-спектрометр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отверстия на масках выполН6НЫ в форме узких щелей, расположенных по одной из диагоналей смежных прямоуголь НИКОВ, высоты которых равны между собой и параллельны магнитному полю анализатора, а длины пропорциональны квадратным

корням из ряда простых чисел.

4.Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что маски содержат отверстия произвольной формы, распределенные по всей плоскости масок по закону случайных чисел.