Датчик квадрупольного фильтра масс Советский патент 1980 года по МПК H01J39/36 G01N27/62 B01D59/44 

I

Изобретение относится к области ; масс-СПектрометрии и может быть использовано при создании квадрупольных масс-спектрометров с высоким разрешением и чувствительностью.

Известны датчики квадрупольного фильтра масс, которые состоят из четырех цилиндрических либо гиперболических стержней 1

Известен датчик квадрупольного фильтра масс четьфех попарно противоположных стержней , Стержни цилиндрические, постоянного сечения. Между двумя парами стержней (противоположные стержни электрически соединяются вместе) подается пламенный с постоянной составляющей потенциал. В результате этого в объеме между стержнями образуется плоское квадрупольное поле (поле вдоль оси стержневой системы отсутствует) . При этом анализируемые частицы двигаются вдоль стержневой системы с постоянной составляющей скорости вдоль ее оси. Недостатком известного устройства является постоянство скорости дёй- жения заряженных частиц вдоль оси системы и, как следствие этого, большая длина стержневой системы даже при средних разрешакжцих способностях прибора,

Цель изобретения - создание такого устройства датчика квадрупольного фильтра масс, Б котором при той же разрешающей способности прибора значительно уменьшалась бы длина стержневой системы, либо увеличивалась разрешающая способность при сохрешеяши длины стержней.

Указанная цель достигается тем, что образующие рабочих поверхностей одSной пары противоположно расположешп 1х стержней вдоль оси системы являются сходящимися на величину &Х, а образующие рабочих поверхностей второй пары стержней в том же направлении явля0ются ра ходящимися на величину & У, определяемую соотношением: Jvy(2y-&У) ДХ (), где Х и У минимальное расстояние между соответствугощими стержнями на входе системы по координатам ХУ. В поперечном сечении стержни могут являться ограниченными гиперболами. В рабочем объеме предлагаемого датчхтеа распределение потенциала описывает ся уравнением ЧСх.я, I) ),(1), .где X, У, Z нормированы на расстояние между стержнями при 2 0Уравнение для электрода датчика стержней определяется парой уравнений: (2) Уравнения (2) описывают в плоскости, перпендшсулярной оси 1, гшерболы с за от параметром. X -y ±-i-cfz Из (3) ввдно, что при f-О предлагаемая система вырождается в известную, т. е. известная электродная система является частным случаем предлагаемой. Из (3) видно, что расстошше между парой электродов, расположенных по оси X (при О О и 1 О ), с увеличением сГ , уменьшается: , Х Н-сГг, а между парой, расположенный по оси у , - увел 1чивается: . Из (X) следует, что в предлагаемом датчике в отличие от известного вдоль оси Z. существует постоягаюе (не зависимое от X и У } поле, в зависимости от знака d ускоряющее либо тормозящее для анализируемых част1Щ. В соответствии с (1) уравнеием движения вдоль оси Z можно записать в виде rf , Z- Y- to|-2grcos2( 4) SeU4aU « w;v Вводим обозначения М . П ± Рс -2Д1й получаеь решения уравнения (4) в вщ1е -В-Ро ьЧ - ТРо 052( -С052% Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован при отр жении частиц от потен1шального барьера и возвращении их во входную область стержневой системы. Для времени отраенияимеем: .р-ер„51и поскольку для высоких разрешений прибоР« to-rp 50n/,, и получаем с высокой точностью тГрБ(7) в таком случае, принимая, что отражение частиц происходит в конце стержневой системы получаем: . ГакиМ образом, выбирая соответствующую величину cf можно за счет торможения частиц вдоль оси Z значительно увеличивать время взаимодействия част1щ с полем и, соответствешю, разрешающую способность устройства. При фикс}грованной разрешающей способности прибора можно значительно уменьшить требуемую длину стержневой системы датчика. На чертеже изображен общий вид элек- тродной системы предлагаемого устройства. Датчик состоит из четьфех стержней 1,2,3 и 4. Противоположно расположенные стержни 1,3 и 2 и 4 электрически соединяются и между этими парами подается высокочастотная с постоянной составляющей разность потенциалов. Расстояние между противоположно расположенными cтepжня tи на входе системы и на выходе соответственно различно. При этом из рисунка видно, что если при движении вдоль оси Z-fZ расстояние между одной парой стержней увел1ет11вается, то при этом расстояние между поверхностями другой пары - уменьшается. Ионный поток вводится в датчик вдоль оси Z г Z При прохождении вдоль стержневой системы заряженные частицы сорт}фуются по массам и улавливаются располагаемым за стержнями коллектором ионов. Кроме приведенного на рисут-ше примера выполнения предлагаемого устройства, воз1уюжно выполнение стержней в виде конусов с малой конусностью. При малой в:§одной энергии ионов и больших рабочих напряжениях на стержнях можно стержни вьшолнять в виде цилиндров, но делать расстояние между стержнями переменным в соответствии с принципом, изложенным выше. Использование предлагаемого устройства, таким образом, позволяет либо в 2 раза сократить длину стержневой системы при тех же параметрах масс-фильтjpOB, либо при той же длине в 4 раза 57 увеличить разрешающую способдасть прибора. Если положить постоянными и разрешающую способность и длину стержней то использование предлагаемого устройства позволяет почти в 4 раза увеличить допустимь1й разброс по энергиям для вхо ного ионного тока, что минимум во столь ко же раз увеличивает чувствительность прибора. ормула изобретения 1. Датчик квадрупольного фильтра масс, состоящий из четырех попарно противоположных друг другу стержней, о тличающийся том, что, с целью увеличения разрешающей способности и З еньшения габаритов датчика, образующие рабочих поверхностей одной пары про тивоположно расположенных стержней вдоль оси системы являются сходящими47ся на величину Д.Х, а образующие рабочих поверхностей второй пары стержней в том же направлении явл51ются расходящимися на величину AV, опредетяемую соотношением ,(2К,-дх), где Х и j - М1шимальное расстояние между соответствующими стержнями на входе системы по координатам X и V. 2. Датчик по п. 1, отличающийся f&.f, что в поперечном сечении стержни являются ограниченными гиперболалет. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Слободенюк Г. И. Квадрупольные асс-спектрометры, Атомиздат, 1974. 2.Патент США № 2.95О.389, О1 J 39у36, I960.