Масс-спектрометр с электростатической разверткой масс-спектра Советский патент 1974 года по МПК B01D59/44 G01N27/62 

1

Изобретение относится к области массспектрометрии с электростатической разверткой масс-спектра.

Известно, что масс-спектрометры с электростатической разверткой масс-спектра и с постоянными магнитами обладают дискриминациями ионов по массам. Дискриминация по массам приводит к изменению чувствительности масс-спектрометра в процессе развертки масс-спектра.

Одной из самых существенных причин дискриминации по массам в масс-спектрометре является изменение условий прохождения пучка ионов в источнике ионов при изменении ускоряющего напряжения в процессе электростатической развертки масс-спектра.

Так, в источнике ионов типа Нира с электронной бомбардировкой ионов в ходе развертки масс-спектра потенциалы электродов меняются одновременно с изменением ускоряющего ионы напряжения, что необходимо для сохранения условий формирования пучка ионов в источнике независимо от величины ускоряющего ионы напряжения. Изменение потенциалов электродов источника ионов приводит прежде всего к изменению в условиях вытягивания из ионизационной камеры ионов, образованных при электронной бомбардировке, что ведет к изменению интенсивности выходящего из источника пучка ионов в процессе развертки и, как следствие, к дискриминации ионов по массам в масс-слектрометре.

Повышение минимального вытягивающего 5 напряжения до величин, при которых вытягивается максимально возможное количество ионов, Приведет к сильному увеличению ускоряющего ионы напряжения, что увеличивает габариты анализатора и постоянного магнита,

0 а также увеличивает приборный разброс ионов по энергиям, и, как следствие, уменьшает разрешающую способность анализатора.

Кроме того, изменяются условия образования области ионизаци из-за влияния большо5 го вытягивающего поля на электронный пучок.

Известен масс-спектрометр, содержащий

источник ионов, приемник ионов, анализатор

с постоянным магнитом, устройства питания

и регистрации, у которого для уменьшения

0 дискриминаций по массам вытягивающее напряжение в источнике ионов, приложенное между вытягивающим электродом и ионизационной камерой, остается постоянным в ходе изменения ускоряющего ионы напряжения.

5 Применение постоянного вытягивающего ионы напряжения приводит к изменению условий формирования пучка ионно-оптической системой источника ионов при изменении ускоряющего напряжения в ходе развертки,

0 что, в свою очередь, приводит к изменению

ширины и плотности пучка ионов, приходящих в область выходной И1ели источника, а следовательно, и к дискриминациям в масс-спектрометре. Кроме того, такая конструкция источника ионов приводит к тому, что потенциал ускоряющего электрода неизбежно влияет на условия вытягивания ионов из ионизационной камеры.

Цель-уменьщение дискриминации ионов но массам.

Конструкция источника ионов, работающего в не изменяющихся условиях для всех ионов, обеспечивает равные наиболее эффективные для данного источника ионов условия образования, вытягивания, формирования и ускорения ионов, а развертка масс-спектра осуществляется дополнительным специальным электродом, на который подается напряжение сканирования и расположенным в анализаторе за ускоряющим электродом источника ионов.

Такая конструкция анализатора приводит к получению пучка ионов из источника одинаковой интенсивности и формы, независимо от массы исследуемого вещества. Полученный таким образом пучок ионов входит в область между ускоряющим электродом источника ионов и сканирующим электродом (электродом, определяющим необходимую для фокусировки в анализаторе скорость ионов данной массы). В этой области пучок ионов приобретает необходимую для данной массы скорость, не изменяя своей ширины, а следовательно, и интенсивности на выходе из щели сканирующего электрода в анализатор.

Обычно пучок ионов, выходящий из источника ионов, содержит ионы, обладающие некоторыми угловыми разбросами. Указанное обстоятельство приводит к тому, что ионы, входящие в поле между ускоряющим и сканирующим электродами под углом к оси источника ионов, будут двигаться по различным траекториям в зависимости от потенциала, приложенного к сканирующему электроду.

Таким образом, в данной конструкции исключаются такие существенные области дискриминации, как область вытягивания ионов из «ионизационной камеры (где из-за малых начальных скоростей ионов влияние изменения условий прохождения пучка сказывается очень резко) и область формирования пучка ионов ионно-оптической системой источника ионов. Воздействие же поля между

ускоряющим и сканирующим электродом на траектории ионов ослаблено тем, что ионы имеют большую энергию и малые угловые разбросы.

5 На чертеже представлена схема устройства, содержащего ионизационную камеру 1, вытягивающий электрод 2, фокусирующий электрод 3, ускоряющий электрод 4, область ионизации анализируемого вещества электронным

0 пучком 5, камеру анализатора 6, постоянный магнит 7, коллектор ионов 8, сканирующий электрод 9.

Анализируемое масс-спектрометром вещество в виде газа или пара, попадающее в

5 ионизационную камеру 1 источника ионов, ионизируется электронным пучком 5. Образованные ионы вытягивают с помощью вытягивающего электрода 2 и формируют в узкий пучок на уровне щели ускоряющего электрода 4 с помощью фокусирующей линзы, составленной из трех электродов - вытягивающего 2, фокусирующего 3 и ускоряющего 4. Сфокусированный пучок пропускают через щель ускоряющего электрода в поле между ускоряющим и сканирующим электродом 9, а затем через щель сканирующего электрода в камеру анализатора 6, где в поле постоянного магнита 7 происходит разделение ионов по отношению массы к заряду и фокусировка их

0 по направлению. Затем ионы соответствующей массы, скорость которых обеспечивает их попадание на коллектор ионов 8, регистрируют соответствующими системами регистрации. В процессе развертки масс-спектра на коллектор попадают ионы разных масс, что обеспечивается изменением напряжения, приложенного между сканирующим электродом и ионизационной камерой.

Предмет изобретения

Масс-спектрометр с электростатической разверткой масс-спектра, состоящий из источника ионов, приемника ионов, анализатора с

постоянным магнитом, устройств питания и регистрации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения дискриминации ионов по массам, он снабжен дополнительным электродом, расположенным в анализаторе за ускоряющим электродом источника ионов и соединенным электрически с источником напряжения развертки. I icmnuHUK ионоб приемник uOHoS