Призменный магнитный масс-спектрометр Советский патент 1984 года по МПК H01J49/32 

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что расстояние между параллельными оси вращения краями полюсом не ме нее чем в 4 раза превышает расстояние между полюсами.

3. Устройство по п. t, отличающееся тем, что угол меяду плоскостями полюсом магнита составляет не более 20.

1. ПРИЗМЕННЫЙ МАГНИТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник ионов, коллттматорную электростатическую линзу, отклоняняций магнит, фокусирующую электростатическую линзу и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, ярмо отклоняющего магнита вьшолненного в виде кольца, образованного вращением трапеции вокруг оси, проходящей через точку пересечения продолжений боковых сторон трапеции, в котором вырезан клиновидной участок двумя плоскостями, проходящими че?|ез ось вращения.А/1./«^toоосо00

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано во всех отраслях науки и техники, где требуется масс-спектральный анализ. Известны масс-спектрометры, в которых анализ исследуемого вещества по массам составляющих его элементов и соединений производится путем преобразования части этого вещества в ионный пучок и магнитного анализа последнего El Из известных масс-спектрометров наиболее близким по технической сущности к изобретению является призмен ный масс-спектрометр, состоящий из источников ионов, преобразующего исследуемое вещество в ионный пучок, коллиматорной электростатической ионной линзы, придающей ионному пучку параллельность, отклонякщей магни ной призмы с двумерным полем, осущес вляющей разложение ионного пучка по массам составляющих его ионов, фо кусирукяцей электростатической ионной линзы, производящей фокусировку ионов на щель приемника ионов и само го приемника ионов с регистрирующим устройством 2. Для того чтобы указанный масс-спектрометр мог функционировать в соответствии с его теорией,, необходимо обеспечить двумерность его магнитного поля, т.е. неизменность напряженности поля в районе прохождения пучка при перемещении, параллельном некоторому одному направлению. С этой целью поверхности полюсов магнита установлены строго параллельно друг другу, причем их края на входе и выходе из маг нита представляют собой параллельные друг другу прямые линии. Однако несмотря на это, двумерность поля в точности соблюсти не удается из-за магнитного сопротивления железа ярма и полюсов магнита. Действительно, напряженность поля в межполюсном зазоре подчиняется вьфажению ше 1нсге 4;/пз, в ж где И - напряженность магнитного поля j сЗ - элемент замкнутой силовой линии магнитного поля, вдоль которой ведется интегрирование;nJ- количество ампервитков. Первый интеграл, в, относится к участку силовой линии, лежащему в межполюсном зазоре, второй - к участку, проходящему по железу ярма и полюсов. Величина второго интеграла, представляющего собой падение .магнитодвижущей силы в железе, неодинакова Д.ГШ различных силовых линий вследствие изменения их протяженности в железе, которое не компенсируется соответствующим изменением напряженности поля. Поэтому напряженность поля Н в-межполюсном.зазоре будет меняться даже при взаимной параллельности обращенных к зазору поверхноЬтей полюсов и достаточном удалении от их краев. Такое изменение напряженности поля в зазоре нарушает требуемую двзгмерность поля и приводит к некоторому размытию линейного изображения, образованного электррннооптической системой призменного массспектрометра в районе щели приемника, а следовательно, к уменьшению разрешающей способности масс-спектрометра. Целью изобретения является создание призменного масс-спектрометра, у которого влияние магнитного сопротивления железа ярма и полюсов на

требуемое распределение поля в зазоре существенно сниженно, и тем самым предотвращено связанное с ним уменьшение разрешающей способности. Для достижения этой дели ярму магнита масс-спектрометра придана форма кольца, образованного вращением трапеции вокруг оси, параллельной ее основаниям и проходящей через точку (в дальнейшем именуемую центральной) пересечения продолжений ее боковых сторон, с двумя плоскостями, проходящими через ось вращения под небольшим углом друг к другу, в кольце, двумя плоскостями, проходящими через ось вращения, вырезан клиновидный участок, освобождающий место для межполюсного зазора. Таким образом, межполюсной зазор приобретает клиновидную форму, а поверхности полюсов-форму трапеций. Высота этих трапеций должна быть достаточно большой по сравнению с расстоянием между полюсами для того, чтобы параллельные оси вращения края полюсов были удалены от зоны прохождения ионного пучка на расстояние не менее, чем в 4 раза превышающее средний зазор между полюсами и не влияли на поле в этой зоне. Кроме того, угол между плоскоетчми полюсов не должен быть более 20. При выполнении последних условий поле в зоне прохождения ионного пучка будет таким, как если бы полюса были продолжены в одну сторону до оси (трапеция при этом обращается в треугольник с вершиной в центральной точке на оси вращения)-, а. в другую - до бесконечности. В таком поле все замкнутые силовые линии, пересекающие какую-либо прямую, проходящую через центральную точку (радиальную прямую), будут подобными кривыми, с центром подобия в центральной точке, так как все расстояния, характеризующие размеры и положение любой силовой линии пропорциональны расстоянию от центральной точки. Тогда из равен ства (1) следует, что на любой радиальной прямой напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию г от центральной точки. При выводе это го результата не вводилось предположения о бесконечной магнитной проницаемости, и поэтому этот результат справедлив также и при учете конечно го магнитного сопротивления железа. Указанный результат можно УввДеть при рассмотрении силовых линий, проходящих в межполюсном зазоре надостаточно большом расстоянии от всех его краев, где влияние последних уже не сказывается. Подобные силовые инии имеют форму окружностей и для их выражение (1) приобретает вид де Н и - напряженность Магнитого поля и длина отрезка силовой инии в железе ярма, а Нц и ежполюсном зазоре. Так как Р. и Р ропорциональны расстоянию от оси имметрии вращения р и, кроме того, в It i гДб f- проницаемость елеза, то имеем в межполюсном зазоре4l(nJ j 2JH-ci((U-L) и в железе К .c(-L где cL - угол между плоскостями полюсов. Следовательно, напряженность поля обратно пропорциональна р , а так как на одной радиальной прямой Р пропорционально г то, напряженность поля пропорциональна и г . Поле указанного типа, напряженность которого для любой радиальной прямой обратно пропорциональна г , является полем клиновидной магнитной призмы. Такая призма (как и двумерная) , оставляет падающий на нее параллельный пучок параллельным после отключения поля и обладает значительной дисперсией. Поэтому она может служить диспергирующим элементом масс-спектрометра, причем требуемое теоретически распределение магнитного поля в ней (Н- -) в описанной конструкции магнита, в отличие от поля двумерной магнитной призмы прототипа, не нарушается из-за магнитного сопротивления железа ярма и полюсов. Поэтому на предлагаемом масс-, спектрометре может быть получено большее разрешение, чем на прототипе. На фиг. 1 схематически изображен призменный магнитньй масс-спектрометр в разрезе по плоскости, проходящей через ось симметрии вращения mm и середину межполюсного зазора; на фиг. 2 - в проекции на плоскость, перпендикулярную к оси. 57 Призменный магнитньй масс-спектро метр содержит источник ионов 1, коллиматорную электростатическую линзу 2, отклоняющий магнит с клиновидным межполюсным зазором 3, фокусирую щую электростатическую линзу 4 и приемник ионов с регистрирующим устройством 5. На ярмо магнита надеты катушки возбуждения (по черт, не показан) . Электронный П5ГЧОК, вьшедший из ис точника ионов, становится паргигшельным после прохождения коллиматорной линзы и фокусируется полем рассеяния на входе в отклоняющий магнит, образуя линейный фокус. После прохождения поля рассеяния на выходе из .2 нита пучок снова становится параллельным и собирается фокусирующей линзой на щели приемного устройства. Из-за диспергирукяцего действия магнитного поля в зазоре между полюсами магнита в приемник попадают только ионы одрой массы, что делает возможным снятие спектра масс путем изменения величины напряженности магнитного поля. Использование магнита с ярмом кольцевой формы и клиновиднь1м зазором между полюсами позволяет получить распределение магнитного поля, более близкое к теоретическому, чем в прототипе, что приводит к увеличению разрешающей способности.