Масс-спектрометрический способ анализа ионов Советский патент 1975 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

НИИ прежней или лишь слегка меньшей чувсивительности анализа. Целью предполагаемого изобретения является устранение указанного недостатка В ooHOiBy предполагаемого изобретения положена задача разработки такого способа анализа ионов квадрупольны.м масс-спектрометром, .который обеспечивал бы при прочих равных условиях большую разрешаюш,ую способность анализа, чем при реализации известного способа анализа, при сохранении прежней, или близко к ней, чувствительности анализа, оцениваемой по превышению интенсивности ионного тока в несколько раз уровня шумового .фонового сигнала, приведенного к входу приемн.ика ионов в масс-спектрометре. Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе анализа измерение интенсивности ионного пучка производят ,на расстоянии L от ионного источника, определя19/Т уСКемом соотношением L , и выделяют ионы анализируемой массы с помощью диаграммы (диаметр выходной диафрагмы анализатора выбирают равным 0,2-0,3 от -кратчайшего расстояния между диагонально расположенными полеобразующими электродами анализатора), причем Ууск - в вольтах, / - в Мгц, AM - в а.е. м. Пользуясь известными тригонометрическими разложениями функций Матье примени1ельно к данному .конкретному случаю для решения можно показать, что X и У - параметры стабильной траектории иона в достаточно хорошем приближении будут иметь вид: (C-Cj), (С,С|,д:(,). у .; sin (С - Со) (С,Со Уо г/о). где 0 - начальный момент влета иона в анализатор, t, - текуш;ее безразмерн.ое время, XQ, УО, 0, УО-начальные условия влета иона в анализатор , /12 1, , FI, и р2 - сложные периодические функции времени , т. е. коэффициенты, изменяющиеся с частотой Б.Ч. электрического поля, присутствующего в межэлектродном прос-пранстве анализатора. Численный расчет коэффициентов hi и h показал, что они находятся в отношении друг к другу, KipaTHOM 7:5, т. е. /ii//i2 7:5. Полученный результат означает, что при выборе строго определенной длины анализатора, равной l fYlM в первом приближении будет иметь место соотношениеsin /г, (С-С,) sin /г, () , (4) т. е. будет реализована фокусировка ионного пучка, состоящего из стабильных ионов на /3) выходе анализатора вблизи его оси. Найденное своЙ1СТ Во фокусировки стабильных ионов в анализаторе квадрупольного масс-спектрометра позволяет при соблюдении указанного выше условия (3) получить существенно неравномерное распределение плотности тока стабильных ионов на выходе анализатора с максимумом нлотности на его оси и опаданием до уровня нескольких сотых долей от максимального значения плотности «а расстояниях (0,2-0,3) , где RO - определено выше как кратчайшее расстояние от оси анализатора до любого из его электродов. Значит установка на выходе анализатора диафрагм с отверстием, диаметр которого равен (0,4-0,6)-Ко (ось анализатора должна при / / л /- / этом проходить через центр отверстия диафрагмы) не будет препятствовать выходу из анализатора практически всех стабильных ионов. Вместе с тем она сущест1веЕно (не менее чем на .порядок) снизит количество поступивших на приемник нестабильных ионов, дошедших до выхода анализатора при прочих равных условиях, что, как уже отмечалось выше, равносильно увеличению разрешающей способности квадрупольного масс-спектрометра при сохранении прежней (или близкой к ней) чувствительно1сти. Конкретный пример выбора длины анализатора, удовлетворяющего условию фокусировки (3): при /7уск. 10 в, Мгц, ДМ 1 а.е.м. длина полеобразующих электродов анализатора согласно формулы (3) должна быть равна L 20 см. В дальнейшем предполагаемое изобретение поясняется примером реализации его в квадрупольном масс-опектрометре. Квадрупольный м а ос-спектр о метр содержит установленные последовательно друг за другом источник ионов, квадрупольный анализатор длиной L, выбранной в соответствии с соотношением (3), выходную диафрагму с отверстием в ней диаметра (0,2-0,3). 1 RQ, расположенным соосно с анализатором, и приемник ионов. В ионном источнике нейтральные молекулы анализируемой среды под воздействием какого-либо ионизирующего излучения (например, потока электронов) ионизируются, и образовавшиеся ионы инжектируются в анализатор, длина которого выбрана с таким расчетом, чтобы было выполнено условие фокусировки (3), при котором стабильные ионы собирутся на выходе анализатора вблизи его оси в пучок с эквивалентным диаметром 0,2-0,25 от кратчайшего расстояния, обозначенного выше величиной тогда как часть нестабильных ионов соседних с анализируемой массой М (т.е. с массами М-ДМ и .М+ДМ), не попавших на полеобразующие элект|роды и долетевших до выхода анализатора, распределены ----- j-,.j -,л .-.- .1. ui достаточно равномерно во всем межэлектродном проспранстве на выходе анализатора. Стабильные ионы, будучи сфокусированными на выходе анализатора, практически юсе свобадно проходят qeipea выходную диафрагму анализатора и попадают в приемник ионов, где регистрируются, образуя электрический сигнал, пропорциональный парциальному содержанию в анализируемой среде молекул с массой М. Из числа нестабильных ионов с массами М-ДМ и М+.М, долетевших до выхода анализатрра через отверстие в выходной диафрагме, пройдет только часть ионов, составляющая примерно 1/20-1/10 от общего числа нестабильных ионов в том случае, когда диаметр отверстия в выходной диафрагме равен или близок величине 2Ro.

Предмет изобретения

Масс-юпек-црометричеокий способ анализа ионов, заключающийся в том, что пучок ионов разделяют в пролетном пространстве поле квадрупольного анализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности а1нализа, разделение ионов производят в (Пролетном Пространстве длиной

.. - , где f - частота высокочастот/ уд/И

ного электрического поля анализатора (Мгц), VycK.-потенциал ускоряющего ионы электрического поля при влете ионов в анализатор (3), ДМ - абсолютная разрешающая способность анализа (а.с. м), и выделяют ионы анализируемой массы с помощью диафрагмы.