КВАДРУПОЛЬНЫИ МАСС-СПЕКТРОМЕТР Советский патент 1973 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

1

Изобретение относится к масс-спектрометрам квадрупольного типа.

Квадрупольные масс-спектрометры имеют высокие аналитические характеристики только при большой однородности гиперболического квадрупольного поля анализатора. Однако на входе известных квадруиольных масс-анализаторов существует краевое поле. 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 масс-спектрометра. Следовательно, нри анализе ионов в известном квадрупольном масс-спектрометре большая часть ионного иучка теряется в момент ввода его в анализатор.

Целью изобретения является повышение чувствительности и разрешаюш,ей способности масс-спектрометра.

Согласно изобретению, цель достигается благодаря тому, что концы стержней анализатора выполнены в виде поверхностей, образованных враш,ением поперечного сечения электродов вокруг оси симметрии указанного сечения. Концы стержней заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора. В точке соприкосновения верщин конусов имеются отверстия для

ввода и вывода ионов. Стержни аиализатора могут иметь как круглое, так и гиперболическое сечение. Это позволяет исключить влияние краевого

поля на вводимый и выводимый ионные пучки.

На фиг. 1 изображен предлагаемый массспектрометр; на фиг. 2 показана траектория ионов.

На входе и выходе анализатора создают неоднородное трехмерное поле / с помощью выполненных в виде тел вращения 2 торцов электродов 3 анализатора, экранированных по поверхности нулевого потенциала 4 трехмерного

ноля. Поверхность нулевого потепциала трехмерного поля соединяется с поверхностью нулевого потенциала анализатора в плоскости главных сечений тел вращения 2 и выполнена так, что градиент потенциала трехмерного поля в указанной плоскости равен градиенту потенциала поля 5 анализатора. Пучок ионов вводят через центр экрана, где потенциал электрического поля близок к потенциалу экрана, так что ионы практически сразу попадают в область однородного гиперболического двухмерного поля 5 анализатора. При этом внешняя бесполевая область перед экраном обеспечивает центральный ввод ионного пучка в анализатор без пересечения краевого

поля, которое в известных квадрупольных

масс-анализаторах имеет продольную глубину, равную по крайней мере диаметру поля.

Траектория ионов в поле квадрупольного анализатора представляет собой высокочастотные колебания, огибающая которых имеет характер биений, показанный на фиг. 2. Период биений Т является функцией параметров поля, удельного заряда ионов elm и их аксиальной скорости. Ионы одного удельного заряда, входящие в однородное поле анализатора с разбросом по углу, но с одинаковой аксиальной скоростью, фокусируются в узлах биений а, б. Узлы а, кратные половине периода биений, представляют собой мнимые фокусы, узлы б, кратные Целому периоду биений,-действительные фокусы. Равенство или кратность периодов биений во взаимно перпендикулярных плоскостях приводит к двойной фокусировке в действительном фокусе. Равенство или кратность полупериодов биений во взаимно перпендикулярных плоскостях обеспечивает двойную фокусировку в мнимом фокусе.

В предлагаемом масс-спектрометре легко использовать условия двойной фокусировки ионов, так как ионы от входа до выхода колеблются в однородном гиперболическом квадрупольном поле. Вывод пучка ионов в действительном или мнимом фокусе входного отверстия анализатора с выполнением условий двойной фокусировки улучшает аналитические характеристики масс-спектрометра - увеличивает разрещающую способность, улучшает форму массовых пиков.

Преимущества предлагаемого масс-спектрометра следующие:

а) более высокая чувствительность, обеспечиваемая тем, что ионы вводятся непосредстенно в однородное гиперболическое поле массанализатора без пересечения краевого поля;

б) более высокая разрешающая способность, обеспечиваемая двойной фокусировкой ионов в точке их вывода;

в) уменьшенная потребляемая мощность высокочастотного генератора, обеспечиваемая

возможностью снижения частоты переменного напряжения при уменьшении аксиальной составляющей скорости для получения одинаковой разрешающей способности (потребляемая мощность пропорциональна частоте в пятой

степени).

Предмет изобретения

Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор, состоящий из параллельных стержней, симметрично расположенных вокруг центральной оси, и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью

увеличения разрешающей способности, концы стержней анализатора выполнены в виде поверхности, образованной вращением поперечного сечения электродов вокруг оси симметрии указанного сечения, и заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора, и в точке соприкосновения верщин конусов имеющие отверстия, перед которыми установлены на входе источник ионов, а на выходе приемник ионов.

3 Фыг. i

-t