ПйТЕРВО-ТЕШМНМ Советский патент 1973 года по МПК B01D59/44 G01N27/62 

1

Изобретение относится к масс-спектрометрии.

На входе любого квадрупольного анализатора всегда существует краевое поле, которое ионы неизбежно пересекают при их вводе в анализатор. В этом поле стабильные ионы оказываются принципиально нестабильными, амплитуда их колебаний нарастает экспоненциально с числом колебаний в краевом поле, что приводит к резкой потере чувствительности.

Разрешающая способность квадрупольного масс-анализатора определяется числом колебаний, которое совершают ионы за время их движения через анализатор. Поэтому как увеличение частоты переменного напряжения, так и уменьшение аксиальной составляющей скорости ионов приводит к увеличенню разрещающей способности. Но это неизбежно ведет к потере чувствительности из-за увеличения числа -колебаний ионов в краевом поле.

Предлагаемый квадрупольный масс-спектрометр отличается тем, что в область анализатора со .стороны его входа и выхода введены экраны под нулевым потенциалом, боковые стенки которых установлены вдоль плоскостей нулевого потенциала и заходят тонкостенной частью внутрь анализатора на величину не менее половины расстояния между противолежащими стержнями. Каждый экрап снабжев

щелью, расположенной по оси анализатора, против которой в экранированной области установлен источник (или приемник) ионов, а стержни анализатора, лежащие вне экранированной области, удлинены вдоль экрана на величину не менее суммы длины щели и половины расстояния между проти-волежащими стержнями. Это позволяет исключить влияние краевого поля.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый масс-спектрометр; на фиг. 2 показаны возможныеВарианты формы экранов.

Квадруполный масс-спектрометр содержит источник / ионов; масс-анализатор, состоящий

из четырех квадрупольных стержней 2, 3, 4, 5 и экрана 6; приемник 7 ионов.

Огибающая колебаний стабильных ионов в квадрупольном поле анализатора в плоскости, проходящей через оси стержней, к которым

подводится постоянный отрицательный потенциал, представляет собой периодические биения, не симметричные относительно оси аеализатора, совпадающие по знаку с вектором начальной скорости ионов в первый полупериод и противоположные ему во второй полупериод и т. д. Ионы одного удельного заряда е/т, входящие в однородное гиперболическое поле анализатора через точку, лежащую на оси анализатора, и имеющие одинаковую аксиальную скорость независимо от угла входа.

фокусируются на оси анализатора в узлах биений. Узлы, кратные половине периода биений, представляют собой мнимые фокусы, кратные целому периоду биений - действительные фокусы.

В предлагаемом квадрупольном масс-спектрометре используют указанный характер траекторий ионов. Ионнъш пучок вводят из экранированной области через щель в экране непосредственно в однородное поле анализатора под углом к его оси. Ионы, вошедшие в анализатор, совершают колебания в однородном гиперболическом поле над экраном, огибают экран так, что их первый мнимый фокус лежит в области однородного ноля внутри анализатора за пределами экрана, и проходят анализатор; ионы выделенной массы достигают приемника ио«ов. Так как ионы не нересекают краевого поля в процессе их ввода в анализатор, возможен ввод ионов с малой аксиальной Составляющей скорости, а также возможно увеличение частоты переменного напряжения с целью повышения разрешающей способности масс-спектрометра без потери чувствительности.

Краевое поле имеется также и на выходе масс-анализатора и приводит, хотя и в меньшей мере, к потере чувствительности. Поэтому на выходе масс-анализатора, с целью исключения влияния краевого поля, может быть введен экран, полностью аналогичный экрану, установленному на входе, щель которого расположена на оси анализатора на расстоянии, кратном целому числу полупериодов биений.

Экраны на выходе и входе анализатора могут быть выполнены таким образом, что угол между внещними продольными поверхностями экрана, лежащими в плоскостях нулевого потенциала, может быть равен 270, 180 или 90° (см, фиг. 2, а-в).

Предлагаемый квадрупольный масс-спектрометр имеет ряд существенных преимуществ ло сравнению с известными:

более высокую чувствительность, обеспечиваемую исключением влияния краевого поля

на вводимый в масс-анализатор и выводимый из него ионный пучок;

более высокую разрешающую способность вследствие отсутствия ионов, движущихся по оси анализатора с векторами скорости, параллельными его оси, .которые принципиально не разделяются из-за отсутствия действующих на них сил;

отсутствие помех на приемнике ионов, обусловлениых излучением катода, вследствие того, что приемник ионов не находится в зоне прямой видимости катода;

уменьшенную потребляемую мощность высокочастотного генератора из-за возможности снижения частоты переменного напряжения при соответствующем уменьшении аксиальной составляющей скорости для получения одинаковой разрешающей способности (потребляемая мощность W сильно зависит от частоты f генератора; W а/5, где а - коэффициент пропорциональности).

Предмет изобретения

1. Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-а-нализатор, состоящий из параллельных стержней, симметрично расположенных вокруг ценпгральной оси, и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния краевого поля, в

области масс-анализатора с двух его сторон вдоль плоскости нулевого потенциала установлены экраны, заходящие внутрь анализатора и имеющие щели, расположенные по оси анализатора, против которых в экранированной

области установлены источник и приемник ионов соответственно, а стержни анализатора, лежащие вне экранированной области, удлинены вдоль экрана на величину, превышающую длину щелей.

2. Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что экраны выполнены в виде тонкостенного угольника.

3. Масс-апектрометр по п. 1, отличающийся тем, что поверхность экрана выполнена плоской.

n//