Э. П. Шеретов Рязанский радиотехнический институтВСЕ-^ОЮ31-1АЯПАТ"1; .•.--^•оХ=ШЧ;СКАЯбггЗлис гена f.ibA Советский патент 1971 года по МПК B01D59/44 

Изобретение относится к области массспектрометрического анализа газов.

Известен способ образования ионов в рабочем объеме квадрунольного масс-спектрометра с накоплением, при котором в рабочий объем входит ионизирующий электронный поток, и ионы образуются в рабочем объеме датчика за счет ионизации. Электронный ноток пронизывает весь объем датчика и образует медленные ионы не только в активной области, лежащей непосредственно у центра сим.метрип системы, но и за ее пределами.

Ионы, образовавщиеся, за пределами «активной области, не накапливаются в датчике масс-снектрометра, даже если их рабочие точки лежат в стабильной зоне. Но наличие этих ионов нриводит к значительному увеличению пространственного заряда и искажений, вносимых им в распределение нотенциала в рабочем объеме. Это, в свою очередь, ухудщает аналитические характеристики прибора.

Целью предлагаемого изобретения является разработка такого способа ввода ионов в анализирующий объем датчика, при котором «пространственный заряд, нестабильных ионов значительно уменьшается и, соответственно возрастает чувствительность и разрешающая способность масс-спектрометра.

вляют вне пределов рабочего объема датчика, затем пакеты ионов вводят в анализатор импульсно, производят пространственно-временное разделение пакета ионов при движеНИИ пакета от места ввода до центра системы и задерживают ионы анализируемой массы в центре системы. Ионы анализируемой массы задерживают в центре системы в момент смены полярности высокочастотного поля путем

подбора фазы ввода ионного пакета.

Предлагаемый способ ввода ионов в рабочий объем датчика предполагает увеличение разрешающей способности и чувствительности анализатора за счет введения наряду с разделением в квадрупольном высокочастотном поле времянролетного и фазового разделения заряженных частиц по массовым числам.

На чертеже показан датчик квадрунольного масс-спектрометра с накоплением.

Можно показать, что при питаниии датчика импульсным двуполярным сигналом, траектории движения частиц по направлениям могут быть «стабильными или «нестабильными в зависимости от значения массового числа частицы, длительностей и амнлитуд подаваемых имнульсов напряжения. Другими словами, при импульсном питании датчика, также как и при питании гармоническим с постоянной составляющей напряжением, можно построить

чую прямую (линию развертки масс) в непосредственной близости от вершины зоны, добиваясь высокой разрешающей способности анализатора.

Поэтому в дальнейшем изложении сушности предлагаемого изобретения будем рассматривать импульсный питания датчика, предполагая, что нет принципиальных трудностей при использовании предлагаемого метода и при питании датчика гармоническим сигналом.

Пусть по оси Z анализатора в момент времени О входит ионный пакет, причем разные по массам ионы пакета имеют одну и ту же начальную кинетическую энергию, определяемую потенциалом Ну . При этом в течение времени движения ионного пакета до центра системы на электрод а подан положительный импульсный потенциал, так что сила, действующая на ионы вдоль оси z со стороны поля анализатора, направлена против вектора их начальной скорости. При движении в тормозящем квадратичном поле ионный пакет начнет расплываться из-за различия в начальных скоростях для ионов различных масс. Другими словами, при движении к центру системы будет происходить пространственное разделение ионного пакета по массовым числам. Учитывая что распределение потенциала в квадрупольном анализаторе с накоплением задается выражением

Г 1 J- -Cil

и„ L

га

1 + 2d

МОЖНО показать, что если ион массы М2 в данный момент времени проходит центр системы, то ион массы MI будет находится от него на относительном расстоянии, определяемом соотношением:

Кт

Arch -i- ch

+ рД/

1/т

Arch

sh

Д/.

+ Р

1 -Д

где

- .

f/v

М,

М

P ,-М,;

дм

1 + Р

Ua

потенциал центра системы,

га

1 + 2d2

Очевидно, что р является разрешающей способностью по времяпролетному (пространственному) разделению ионного пакета, а А определяет относительную скорость, которую частица имеет при прохождении центра системы. Подбором напряжения LJy можно сделать А как угодно малой величиной, т. е.

добиться того, чтобы заряженная частица проходила центральную область анализатора со скоростью, близкой к тепловой. При этом, если момент ввода ионного пакета подобрать 5 таким образом, чтобы частицы «стабильной массы проходили центральную область в момент смены полярности напряжения на электроде а, то дальнейшее движение этих частиц будет описываться уравнениями их движения

0 в импульсных квадрупольных полях с очень малыми начальными координатами и скоростями но г и г. Ионы отличных масс начнут движение в квадрупольном импульсном поле с большими начальными скоростями и поэтому довольно быстро нейтрализуются на электродах системы. При этом для отсеивания нестабильных ионов потребуется значительно меньшее время, что существенно увеличит скорость считывания всего спектра. При движении вне малой центральной области ионы имеют значительные скорости и происходит расплывание ионного пакета. Это приводит к значительному уменьшению плотности пространственного заряда и, соответственно, к

5 увеличению чувствительности и разрешающей способности анализатора. Даже при

и величина- больше относительных d

размеров «активной области у центра системы, в которой могут образовываться ионы, удерл иваемые в геометрических пределах поля при разрешающей способности масс-спектрометра -300-400.

Другим важным преимуществом предлагае5 мого способа является то, что он позволяет проводить анализ ионных потоков не только по массам, но и с большой точностью по энергиям, ибо удерживаться в объеме смогут только стабильные ионы, входная энергия которых 0 определяется центральным потенциалом, определяемым напряжением на электроде а и геометрией поля.

Предмет изобретения

1.Способ анализа ионов в квадрупольном масс-спектрометре с накоплением путем ионизации анализируемого газа, разделения по массам в высокочастотном квадрупольном поле и регистрации ионов анализируемой массы, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, разрешающей способности и быстродействия масс-спектрометра, ионизацию осуществляют вне пределов рабочего объема датчика, затем пакеты ионов вводят в анализатор имнульсно, производят пространственно-временное разделение пакета ионов при движении пакета от места ввода до центра системы и задерживают ионы

анализируемой массы в центре системы.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионы анализируемой массы задерживают в центре системы в момент смены полярности высокочастотного поля путем подбора фазы