МНОГООБОРОТНЫЙ МАГНИТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР Советский патент 1971 года по МПК B01D59/44 

Изобретение предназначено для магнитного анализа спектра масс ионов, широко применяемого в научных экспериментах и в промышленности.

В известных многооборотных (т. е. с отклонением пучка на ушл более 2л: радиан) магнитных масс-спектрометрах магнитное .поле имеет сложную топографию, что затрудняет их использование.

Целью изобретения является обеспечение в многооборотном магнитном масс-спектрометре большой дисперсии и низкого фона случайных ионов.

В предлагаемом масс-спектрометре эта цель достигается тем, что на пути движения ионов в однородном или ступенчато-однородном магнитном поле по многооборотным незамкнутым траекториям в местах радиальных фокусов пучка устанавливают короткофокусиые осесимметричные или плоскосимметричиые электрические линзы, которые или исключают фокусы пучка (дефокусируюшие линзы), или удваивают их число (фокусируюшие линзы). В промел уточных фокусах или образовавшихся сужениях пучка устанавливают электрические линзы в виде диафрагм для снижения фона случайных ионов, попадающих на приемник.

оборотный многоступенчатый магнитный масс-спектрометр (варианты).

Масс-спектрометр содержит плоско-параллельные полюсные наконечники 1 и 2 электромагнита (магнитное поле в зазоре на фиг. 1 ,06 BI), ионный источник ., внешние заземлен)1ые электроды 4 электрических линз, внутренние потенциальные ( + У) электроды 5 электрических линз, приемник ионов 6.

Масс-спектрометр, изображенный на фиг. 2, кроме того, содержит внешние потенциальные электроды 7 (+ V) электрических линз, дуант 8 под потенциалом У|, кран 9.

Принцип действпя масс-спектрометра, представленного на фиг. 1, следуюший.

Ионы, образующиеся в источнике, ускоряются потенциалом +V, прпложенным к псточнику, и формируются в пучок с небольшим углом расхождения в радиальном сечении и в параллельный пучок - в аксиальном сечении. В межполюсном зазоре 10 ионы отклоняются на 180° с радиусом кривизны траектории /, образуя иервый радиальный промежуточный фокус в плоскости пропускного отверстия г электрода линзы. Затем вновь расходящийся пучок снова фокусируется в плоскости отверстия действием электрической линзы. Далее в межполюсно.м зазоре // пучок отклоняется на 180° с радиусом кривизны

В,

траекторий ненов

:, II фокусируется

в плоскости отверстия ж. После этого пучок снова проходит через электрическую линзу, межполюсный зазор 10 и т. д., совершая несколько (на фиг. 1 - три) полных оборотов. В месте последнего фокуса располагают приемник ионов 6.

Принцип действия масс-спектрометра, показанного на фиг. 2, тот же но он имеет разные радиусы кривизны и R.i траекторий ПОПОВ на четных и нечетных полуоборотах, что обусловлено не разными значениями магпптного поля, а дополнительным замедлением-ускорением ионов при прохождении разности потенциалов Vi, приложенных к электродам 4 п 7, и тем, что вместо фокусирующих электрических липз используются дефокусирующие.

При введепии электрИческих липз дисперсия масс-спектрометра растет с увеличением угла отклонения ионов. Велпчину днснерсии D масс-спектрометра и коэффициент линейного увеличения М можно вычислить, если воспользоваться метричпым методом расчета коэффициентов, определяющих величипы первого порядка малости, и представить рассматриваемый масс-спектрометр как систе.му, состоящую из чередуюп1,ихся магнитных анализаторов и электрических линз:

Л,- М, :

. . . . УИкУИ Я

Д- 2

Для приведенного на фиг. 1 варианта массспектрометра:

м,м, ...м,, -, д,д,д,к,

До Д -Д10 0) 3 М,1 ДI 1 - ЗЗаметим, что D 0 (с точпостью до членов нулевого порядка малости) для любой электрической линзы с нулевым значением напряженности фокусирующего поля иа оси линзы. В режиме масс-спектрометра, когда

mv- const,

Д 0 с более высокой точностью.

Это дает М -1, D 3 (Ri + Rz).

Для второго варианта масс-спектрОА1етра (фиг. 2)

yWi -|-; УН., Жз . . . М2„ 1, М -i

Y1.2i 2 , Д.,3 Д1Т ,.

Д,,Д,, R, и. следовательно, для масс-спектро.метра в

целом Я -1, (23/- i+20/ v).

Коэффициеиты, определяющие величииы второго порядка малости, рассчитываются также матричным методом.

В предлагаемом масс-спектрометре можно исключить аберрации второго и более высоких порядков малости путем введения криволинейных входной и выходной границ, а также иутем щимнрования магнитного поля накладками, устанавливаемыми на полюсные наконечники магнита параллельно оси х.

Для сиижения фона случайных ионов в предлагаемом масс-спектрометре применяют диафрагмы в местах сужеиия пучка или в

местах промежуточных фокусов. Функции диафрагм выполняют электроды электрических лииз. Эти диафрагмы также исключают попадание на приемник « пециклических иопов, т. е. иопов с радиусом кривизны траекторий, большим Ri на величипу, кратнук. половине расстояния между отверстиями диафрагмы. В масс-спектрометре, представленном на фиг. 2, для этой цели используют дополнительный экран.

Изменение радиусов кривизны траекторий и углов отклонения ионов нрн их движении внутри линз в результате дополнительного действия электрического поля легко рассчитывается и корректируется.

Предмет изобретен я

I. Многооборотный магнитный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, приемпик ионов п магнитный анализатор с понеречным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью увеличения дисперсии, в местах промежуточных радиальных фокусов анализатора установлены короткофокусные электрические линзы, расстояние между.задннм н передним фокусами которых существенно меньше, например в десять раз, расстояния .между раднальными фокусами анализатора.

2.Масс-опектрометр по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электрической линзы применена фокусирующая линза, перединй фокус которой совпадает с радиальнг тм фокусом анализатора.

3.Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электрической линзы применена дефокусирующая линза, задний фокус которой совпадает с радиальпым фокусом анализатора.

4.Масс-спектрометр по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что, с целью удобства размещения электрических линз, магнитиый анализатор выполнен разрезным по плоскости устаповки линз.

на, один из электродов каждой электрической линзы выполнен в виде диафрагмы.

6. Масс-спектрометр по по. 1, 2, 3, 4, 5,

отличающийся тем, что, с целью исключения рециклических ионов, вблизи ионного источника установлен экран.