СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Советский патент 1972 года по МПК B01D59/44 G01N27/62 

Изоюретение относится к маос-спектро. метрии и связано с улучшением раз1решающей способности циклоидального масс-олекТрометра.

Масс-апбктрО Метр циклоидального типа основан на разделении ионов с .различными удельными зарядами во взаимно перпендикулярных одиородных электр1И1чеаком и матииТ1ном полях.

Известен способ масс-опе.ктрометричес.кого аиализа, по которому пучок ионов вводят в область циклоидального маос-анализатор а и реги стрируют ианы выделениой массы.

При ст1рогой взаимной ориентации и доотаточатой одеородности ма пнитного и электрического полей единственной причиной, препятствующей шеличению разрешающей способности циклоидального анализатора, является объемный заряд ионов. Взаимное электростатическое раста.ткиваиие ианов ври их движении в аиализаторе приводит к смещению ионов от центра ионното пучка в направлении к его граница м. В результате это ведет к уширению пучков в фокальной плоскости и нарушению фокусировки.

Отличительной осо бенностью предлагаемого cnocOi6a является то, что осуществляют ввод ионов в анализатор параллельным пучком, с раз1бросо,м по энергиям входа в пределах не .менее нескольких сотых долей и не

более половины от лх средней энергии. Такой прием приводит к умеренно-му расширению пучка между точкой входа п тачкой фокуса. Ширина иучка в любом из его полеречных сечений оказывается больше, чем его ширина на входе в анализатор, и в это: случае пересечением траекторий в промежуточных точках лучка .можно пренебречь.

Изобретение позволяет значительно повысить разрешающую способность масс-спектро.м;етрического аиализа в циклоидальном мас1с-апвктрометр.е.

Если в циклоидальный анализатор вводят монохроматический пучок ионов, имеющих разбросы по углу входа, то объемное расталкивание частиц иучка (ионов) вызывает раЗмытие изображения в фокальной .плоскости, величина которого в первом при.ближении, равиа удвоенной величине размьттня .изображения в статическом 180°-ном .магнитном масс-€1пектро.метре с радиусом траектории, равным сре.днему радиусу кри.визны трохоиды.

На фиг. 1 показаны траектории части.ц

тучка ионов с разбросом по углу входа; па фиг. 2 - то же с разбросом по скоростям .Входа. 3 углов входа, соответственно равных О, - а к G, 5 - точка фокуса этих ионов в отсутствие объемного заряда. Полагая, что угол расходимости пучка 2а в плоскости траектории невелпк, и рассматривая некий достаточно тон-5 кий слой 6 по(переч1ного сечения пучка, пер,пен1ДИ1куляр1Ный его центральной траекторИ1И (траектории для а 0), н есложно видеть, что паибольшЕм возмущениям подвергаются ионы, образующие rpawEuy пучка. На этиЮ част1И1ЦЫ силы отталкиваНия действуют не,преры1В(НО и :в на1пра1влвн1ии от ц0н.тральной траектории, вызывая их удаление от гранимпой траектории, которая И1мела бы место в отсутствии объемного заряда. Траектории 15 возмущенных граничных частиц пучка предста)влены кривыми 7 и 5, а точки 9 и 10 - .первые пересечения с осью ОХ. Вследствие воздействия о;бъемнО го заряда части|Цы внешней траектории пересекают ось ОХ па более20 далеко, а частиды внутренней траектории- на более близком расстояшвд от точки входа, чем ;В отсутствия объемиого заряда. Анализ локазывает, что величина и направление .окорости возмущенных частнц в точках 9 ,«25 W близки к величине и наоравлеепю скорости частиц в точках /:/ и 12, если бы возмущение отсутствовало. Предположим онаиала, что после пересе--зо чепия оси ОХ, объемный заряд пучка па часТИ1ЦЫ больше не действует. Тогда частица из тач1юи 9 пойдет по траектории 13 в точку 14, из точки 10 - по траектории 15 в точку 16, так что отрезок 11-9 окажется равным от-35 рез1ку 5-1/4, а отрезок 10-12 - отрезку JS-5. Это вызовет размытие изображения на величину интервала между точками 16 и 14, равную . Теперь учтем, что /после пересечения оси,40 ОХ действие объемного заряда не прекращается. Тоша при движении возмущенных частиц после пересечения и.ми оси ОХ, до их перехода с внешней траектории на внутрСннюю и наоборот, воздействие сил расталки-45 вания на граничные частицы пуч(ка тайово, что лришодит к сближению точек 14 п 16 с точкой 5, т. е. стремится уменьщить раймьг ти-е изображения, а после перехода- увелвчить это размытие. В итоге эти два воз-50 действия частич1ио комлвнсируют друг друга и размытие остается близким по величину к . . . Если Дополнительно к разбросу по углу.. 1ВХОДЯЩИЙ в анализатор пучок HiieeT ра.Збро,55 сы ло акоростя.м входа ионов, это приводит,, , 1К более сложно% у виду ионных Tpa.eKT.Qpkji,,. в анализаторе, однако величина ;р,азмытия,,4изображения оказывается и в этом слу.чае (близкой к 24л;. Рассмотр,и.м теперь случай,, когда в циклоидальнын масс-анализатор В1водят параллельный пучок ионав с разбросом по скоростям входа. В этом случае траектории частиц имеют вид, показанный на фит. 2, где / - Т01ч:ка входа в первюрестные поля анализатофа, 2-4 - соответственно, траектории частпи, со средней, макси.малыной и минимальной скоростями входа, 5 - точка фокусл в отсутствие объемиого заржда. Полагая, что разбросы по скоростям входа приводят к умеревному расширению лучка, и рассматрнвая по а1Налогии с предыдущим случае-м -воздействие объемного заряда пучка на частжцы, на ходящиеся в раз.тичны х его точках, легко видеть, что ма1К1аи.мальное возмущение, как -и в .предыдущем случае, испытывают части|Цы, образующие rpainnny пучка, причем действие сил объемного заря1да направлено от центральной траектории 2 (траектория, образованная частицами со средней скоро.СТЬЕО входа) к грани1цам пучка. Вследствие этого характер граничных возмущенных траекторий 7 и 5 и их inepiBoe пересеченпе в 9 и 10 с осью ОХ а:палогично предыдущему случаю. Однако IB раосматриваемом случае траектории пучка никогда не пересекаются. Это приводит к тому, что внешняя траектория всегда остается .внешней, а внутренняя - внутрепоей. Если, как и в предыдущем рассмотрении, предположить, что после пересечения вОЗмущвниьгми частицами оси ОХ, объемный заряд иа них более не действует, то .получим в. точке фокуса уширение изо(бражения, равное расстоянию между точкаМИ 16 и 14, т. е. равное . Однако, несложно видеть, что воздействие объемного .заряда на периферийные частицы пучка после пересечения ими оси ОХ вызывает эффект, возвращающий воз 1 Щбвные внешнюю и внутреннюю траектории в точку фокуса, стремясь свести уширени-е .к нулю, Предмет изобретения i Способ масс-слектрометричеокото анализа, ло которому пучок ионов вводят в область циклоидального маос-анализатора и регистрируют .ионы выделвеной массы, отличающийся, тем, что, с целью повышения разрещающей апрсобности, ионы вводят в .массанализатор параллельным 1пунком с равброCQM тЮ энергиям входа в пределах не менее неркольких соты.х долей и не более половнцы от их средней энерпиш.

, /

fit; I

Риг 2