Квадрупольный масс-спектрометр Советский патент 1975 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

1

Известен квадрупольный масс-сиектрометр, содержащий источник ионов с электронным ударом, квадрунольиую систему из четырех цилиндрических электродов круглого сечеипя и приемник ионов. Электроды квадрупольиой системЕз расиоложены симметрично и параллельно оси этой системы. Противолежащие электроды соединены попарно, и к иим ириложеи относительно оси квадрупольиой системы потенциал вида и + Ucos(()t + (f), где и постояниая составляющая потенциала; и-амплитуда переменной составляющей потенциала, со и ф - круговая частота и начальная фаза соответственно иеремеииой составляющей потенциала, t - время.

Из источника ионов в квадрупольиую систему вдоль ее оси вводят пучок ионов, подлежащий разделению по массам. При задаииых величииах и, U, оз п радиусе поля го, который равен половине расстояния между противолежащими стержнями, ионы с различными удельными зарядами те, где е - заряд, а 777 - масса иоиа, двигаясь с начальной скоростью вдоль оси квадрупольной спстемы, соверщают колебания различного характера. Стабильными, т. е. ие превышаюпшми расстояния между противолежащими электродами, оказываются колебания ионов, масса которых может иметь зиачеиия m±Am. Эти ионы проходят сквозь квадрупольную систему, достнгают ириемннка ионов и регистрируются. Амплитуда колебаний ионов других масс нарастает экспоненциально, так что они ударяются о цилиндрнческие электроды и не могут

пройти через квадрупольную систему. Измепяя амплитуду U переменной составляющей пли ее частоту м, создают условия, ири которых стабильпыми становятся последовательно колебания иоиов всех возможных значений

масс, и выводят таким образом ионы этих масс на приемник ионов и регистрируют полный масс-спектр.

Во всех известных квадрупольиых массспектрометрах, в которых использованы источники ионов с электронным ударом, квадруиольную систему устаиавливают внутрь цилиндрических экраиов с целью экранировки от электронов. Электроны, проникающие прп отсутствии экрана из источника ионов в квадрунольную систему при определенных значенпях фаз высокочастотной составляющей потенциала, вызывают ионизацию внутри квадругюльиой системы ио всей ее длине. Часть возпикщих при этом ионов не усиевают соверщить необходимого числа колебаний, чтобы достичь электродов квадрупольной системы, попадает на приемник ионов и регистрируется в виде фона. Наличие фона снижает чувствительиоеть квадрупольного масс-спектрометра и усложняет регистрацию масс-спектров. Установка экрана вокруг электродон квадрупольного анализатора устраняет этот фон, но при этом оказывает влияние на распределение электрического ноля внутри квадрупольной системы, и оптимальное расстояние между электродами кругового сечения, обеспечивающее наилучшую аппроксимацию гинерболического поля внутри квадрупольной системы при отсутствии экрана, оказывается неонтимальным при наличии экрана.

Цель нзобретения - достижение наилучшего приближения структуры электрического поля внутри анализатора к гиперболической. Для этого геометрические размеры анализатора и экрана выполнены в соот 1ошении

R

г

1,14697 --6,335-Ю- --- +

Го

+ 0,8020-10-4 (JL у 0,0348 10- {-- -,

ч о /

где / - радиус электрода, го - расстояние от оси анализатора до электродов, R - виутрепний радиус экрана.

Изобретение поясняется чертежом.

При неограниченном возрастании радиуса

г

4,14511. При ,

экрана (R оо)

Гп

экран практически не оказывает влияния пп распределение электрического ноля внутри квадрупольпой системы. В этом случае электроды квадрупольной системы необходимо устанавливать на классическом расстоянил друг от друга, как и при отсутствии экраиа.

Поскольку наибольшее влияние оказывают участки экрана, противолежаниш областям

между электродами квадругюльиой СПСТСМЕЛ. удаление этих участков от осп квадрупольной системы, т. с. переход к экрану иекруглого сечения (например, к прямоугольному экрану), также уменьшает его влияние. Анализ показал, что удаление указанных участков экрана па расстояние Юги и бо.чсе практически ;)1 впlUiJienTHO отсутствию экрана.

Г1 р е д м е т и з о б р е т е и и я

1. Квадрупольный масс-сиектро.мстр, содержаниш источник ионов, масс-аналпзатор, состояии-1Й из четырех пилипдрических электродов круг.юго сечения, нили 1ДричесАИЙ экран, соосный с э.лектродамп масс-аиялкзатора, и приемник ионов, о т .i и ч а ю HUI и с я тем, что, с це.чыо у.униспчя ириб.шжоппя структуры электрпчес1 О -о иоля виутрл ana.iuзатора к гиперболической, геометрические размеры анализатора и экрана иыполпены в соотошении:

J г

1,14697-6,335-10-

Гл

Гп

fa

R

0,8020 10- 0,0348

где г )адиус электрода; Гц--- расс1ояпие от оси апализато 1а до э.тектролои; R ii i Tpenппй радихС Э1чр;и1а. 2. Масс-спектрометр ио п. 1, отличаю

I1UI и с я тем, что участки впутреиией ионерх

пости экраиа, противо.;ежап,ие областям .между электродами, расиоложены па расстояпш

Шгп и более от оси анализатора.