Масс-спектрометр Советский патент 1981 года по МПК H01J49/00 G01N27/62 

Изобретение относится к масс-спектрометрии, в частности к масс-спектрометрам для изотопного анализа. Чувствительность и изотопическая чувствительность относятся к основным характеристикам масс-спектрометров, в частности масс-спектрометров для изотопного анализа. Они определяют количество вещества, требуемое для. анализа, и точность проводимых измерений. Известны масс-спектрометры, имеющие источник ионов, статический магнитный анализатор, приемник ионов, в которых для увеличения чувствительности и изотопической чувствительности применен наклонный вход ионного пучка в магнитный анализатор. Это позволяет увеличить про: ускание анализатора и, соответственно, повысить чувствительность масс-спектрометра. Одновременно частично устраняется рассеяние ионов на станках камеры анализатора и повышается изотопическая чувствительность 1j. Однако такие масс-спектрометры характеризуются большими заберрациями ионно-оптической системы и, следовательно, худшей формой линии масс спектра. Кроме того, рассеяние на стенках камеры анализатора устраняется не полностью, и поэтому не реализуется максимгшьная изотопическая чувствительность, возможная для этих масс-спектрометров. Известен масс-спектрометр, содержащий источник ионов, статический анализатор и приемник ионов, в котором для повьшения чувствительности и изотопической чувствительности применяется собиргдащая ионно-оптическая система, расположенная межДУ источником ионов и масс-анализатором. В таких масс-спектрометрах при небольшой высоте ионного пучка, например в случае источников ионов с поверхностной ионизацией, осутцествляется полное пропускание ионного пучка через камеру анализатора без столкновений ее со стенками и, таким образом, реализуется полная изотопическая чувствительность с одновременно высоким значением общей чувствительности 2. Однако в масс-спектрометрии часто встречаются случаи, когда описанные выше устройства оказываются малоЭ(511)ектизными, например в случае

газовых источников ионов с электронной бомбардировкой. Ионный пучок, формируемый такими источниками, имеет, как правило, большой размер в вертикальном направлении. При этом размер пучка в кроссовере после прохождения описанной выше ионнооптической системы оказывается.больше высоты камеры анализатора и из-з рассеяния на ее стенках изотопическая чувствительность резко уменьшается. Аналогичная ситуация возникае и в случае масс-спектрометров с наклонным входом ионного пучка в массанализатор. Для увеличения изотопической чувствительности в обоих случаях применяется коллимация ионного пучка диафрагмами, установленными на входе камеры анализатора, что вызывает уменьшение чувствительности масс-спектрометра в несколько раз.

Цель изобретения - повышение общей и изотопической чувствительности масс-спектрометров.

Указанная цель достигается тем, что между источником ионов и массанализатором помещены две последовательно расположенные собирающие в вертикальной плоскости линзы и коллиматор вертикального размера ионного пучка, расположенный между ними.

Эффект применения данной системы обусловлен тем, что при заданных размерах пучка частиц максимальное токопропускание обеспечивается в слчае ограничения размеров пучка в кроссовере и месте наибольшего сечения. При такой коллимации отсекаются крайние лучи ионного пучка, имеющие максимальные координ-аты и углы расходимости и, как правило, малую интенсивность. Однако указанная коллимация невыполнима, если вертикальный кроссовер пучка, формируемого источником ионов, расположен в труднодоступном месте и является мнимым. Поэтому в предлагаемом массспектрометре -при помощи собирающей линзы искусственно создают действительный вертикальный кроссовер в легкодоступном месте, производят в нем коллимацию пучка, а затем сформированный пучок транспортируют через масс-анализатор. Транспортировк ионного пучка осуществляется другой собирающей линзой. Коллиматор вертикального размера пучка устанавливается между этими линзами в месте кроссовера ионного пучка, а второй коллиматор - вблизи одной из линз.

На фиг. 1 представлен предлагаемый масс-спектрометр; на фиг. 2 вариант выполнения собирающих линз.

Между источником 1 ионов и массанализатором 2 установлены две поспедовательно расположенные линзы 3 и 4, между которыми установлена диаФрагма 5, являющаяся коллиматором ионного пучка в вертикальном направлении. Диафрагма 5 расположена в месте кроссовера пучка, который формируется линзой 3. Диафрагма б, ограничивающая ионный пучок-в мете его максимального сечения, устанавливается вблизи любой из линз, например перед линзой 3. Пучок ионо прошедший камеру 7 масс-анализатора регистрируется приемником 8 ионов. Собирающие линзы 3 и 4 могут быть выполнены, например, в виде одиночных линз (фиг. 2), и тогда роль диафрагмы 6 может выполнять первый заземленный электрод линзы 3 или 4.

Предлагаемый масс-спектрометр работает следующим образом.

Пучок ионов, выходящий из источника ионов, попадает в линзу 3, при этом диафрагма 6 отсекает крайние лучи, обладающие максимальным углом расходимости. Как правило, доля ионного тока, заключенного в них, незначительна, а при прохождении через масс-анализатор ионы вызывают максимальное рассеяние на стенках камеры 7 анализатора. Так как линза 3 является собирающей, то после прохождения через нее ионный пучок фокусируется в месте его кроссовера, диафрагма 5 отсекает крайние лучи пучка, имеющие максиматьные координаты в вертикальном направлении.

После прохождения кроссовера ионный пучок вновь расходится и попадает в собирающую линзу 4, которая производит вторую фокусировку ионного пучка с целью его максимальног пропускания через камеру анализатора. При большой длине камеры анализатора и малой ее высоте оптическая сила линзы 4 должна быть такова, чтобы место второго фокуса ионного пучка находилось примерно в середине камеры анализатора. Проходя камеру 7 масс-анализатора, ионный пучок разделяется по массам, и ионы выделенной массы попадают в приемник 8 ионов, где регистрируются системой регистрации масс-спектрометра. Пучок ионов, сформированный линзой 3 и диафрагма ми 5 и 6, фокусируется линзой 4, при этом осуществляется полное пропускание ионного пучка камерой анализатора при отсутствии рассеяния на ее станках, т-.е. при высокой изотопической чувствительности масс-спектрометра.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает наибольшее токопропускание при заданных размерах камеры анализатора и заданной высоте ионного пучка, выходящего из источника ионов. При этом чувствительность масс-спектрометра увеличивается в 2-3 раза по сравнению с известными устройствами при полно;- предотвращении попадания ионов на стенки камеры анализатора.

Формула изобретения

Масс-спектрометр, содержащий источник ионов, статический масс-анализатор, ионно-оптическую систему, расположенную между ними, и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения общей чувствительности и изотопической чувствительности масс-спектрометра,

ионно-оптическая система состои1 из двух последовательно расположенных собирающих в вертикальной.плоскости линз с коллиматором вертикального размера ионного пучка, находящегося между ними.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Cross W.-Rev.Sci .Jusfг . 22, Q 1951. p. 717.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2459747,кл.С 01 N 39/34, 1977 (прототип).

К Системе регистрации

Риг.