Устройство для крепления электродов квадрупольного масс-спектрометра Советский патент 1981 года по МПК H01J49/42 

54) УСТРОЙСТЮ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА

1

Изобретение относится к масс-спектрометрии, а именно к квадрупольным масс-спектрометрам.

Известно устройство для крепления полеобразующих электродов квадрупольного масс-спектрометра, в котором электроды кругового сечения фиксируются в двух шайбах, помещенных вблизи концов этих электродов, каждая из которых снабжена цилиндрическими расточками, к которым упомянутые электроды притягиваются виНтами.Каждый электрод снабжен закрепленными на нем плоскими пластинами, приближающими форму электрода к гиперболической l.

Недостатком этого устройства крепления электродов является.сложность и трудоемкость его изготовления , а также сложность юстировки и нем указанных электродов и недостаточно строгое приближение поля к гиперболическому.

Известен квадрупольный-масс-спектрометр, в котором крепление прецизионной структуры масс-анализатора осуществляемся непосредственно в процессе изготовления этой структуры с использованием оправки с четырьмя гиперболическими профилями, вьшолненными на ее поверхности. Оправка изготавливается из материала с низкой адгезионной способностью. Изоляторы прижимаются к наружной поверхности этой оправки посредством пружин, затем на рправку напыляется пленка металла и снимается с оправки вместе с изоляторами, образуя требуемую квадрупольную структуру

10 анализатора 2.

Однако у такого устройства недостаточная жесткость, обусловленная малыми возможными толщинами напыления, что ведет к деформациям, вызы15вающим нарушение прецизионной структуры поля анализатора.

Наиболее близким техническим решением является известный квадрупольный масс-спектрометр, в котором уст20ройство для фиксации полеобразующих электродов состоит из цилиндрических изоляторов и изоляционной обоймы, на цилиндрической вну-тренней поверхности которой, полеобразующие элек25троды фиксируются последовательно чередующимися с ними цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционной обоймы и со смежными электродами Гз.

30

Недостатком такого устройства является его пригодность для крепления лишь электродов кругового сечения. Как известно, поле электродов кругового сечения не является строго . гиперболическим. Это приводит к снижению разрешающей способности и чувствительности квадрупольных массспектрометров.

В случае цилиндрических электродов кругового сечения, что имеет место в известном масс-спектрометре, соотношение между радиусом электродов и расстоянием между ними задано однозначно из условий наилучшей аппроксимации гиперболического поля. При этом радиусы цилиндрических изоляторов и изоляционной обоймы оказываются такими, что устройство фиксации электродов всегда является самоудерживающимся, т.е. силы, действующие на электроды и на цилиндрические изоляторы направлены от оси квадрупольной системы и прижимают электрод и цилиндрические изоляторы к внутреннему диаметру изоляционной обоймы

При использовании в квадрупольных масс-спектрометрах электродов с гиперболическими рабочими поверхностями гиперболические поверхности этих электродов дожны лишь совпадать с одной из гиперболических эквипотенциальных поверхностей формируемого ПОЛЯ. Так как таких поверхностей бесконечное множество, поверхности электродов могут быть расположены на любом расстоянии от оси квадруполной системы.

Известное устройство крепления электродов не является пригодным для крепления электродов с гиперболическими рабочими поверхностями. При неизменном внутреннем диаметре изоляционной обоймы, для получения максимальной области гиперболического поля, к чему всегда стремятся, необходимо увеличивать диаметр исходных круговых электродов и уменьшить диаметр цилиндрических изоляторов.Однак при некоторых соотношениях радиусов кругового электрода R.цилиндрического изолятора г и изоляционной обоймы L это приводит к изменению направления сил, действующих в устройстве фиксации электродов, вследствие чего систе la фиксации электродов теряет работоспособность, так как выходит из состояния самоудержания.

Цель изобретения - повышение на дежности и точности крепления полеобразующих электродов с гиперболической рабочей поверхностью.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для крепления полеобразующих электродов, состоящем из изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности кото,ой полеобразующие электроды фиксируются последовательно чеоедующимися с ними

цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внучрен-ней пове хностью изоляционной обоймы и смежными электродами, геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выполнены в зависимости от формы поверхности полеобразующих электродов в соотношении:

(i-c)

)-b(R -V-) - (-t-c)(L-R)-t

0,

де R

радиус электродов; радиус цилиндрических изолягторов ;

L радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; t - разность между радиусом электрода R и минимальным раст стоянием от оси электрода до его плоской поверхности, а с 2L - -/41 - 2Rt + t. Геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирукяцих цилиндрических изоляторов выбраны в зависимости от формы поверхности полеобразующих электродов в таком соотношении,что условия самоудержания электродов с гиперболической рабочей поверхностью и цилиндрических изоляторов в изоляционной обойме всегда выполняются. При этом обеспечена возможность выбора формы поверхности этих электродов, обращенной к изоляционной обойм что важно для технологии изготовления электродов, а также для удобства и надежности их установки и фиксации в изоляциойНой обойме.

На фиг. 1, 2 и 3 представлено предлагаемое устройство.

На чертежах обозначены: 1 - полеобразуюадий электрод с гиперболической рабочей поверхностью; 2 - фиксирующий цилиндрический изолятор; 3 внутренняя цилиндрическая поверхность изоляционной обоймы.

Как следует из направления действия сил в предлагаемом устройстве крепления (фиг.1), состояние самоудержания электродов и цилиндрических изоляторов в обойме сохраняются только в том случае,если ось кругово поверхности электрода лежит между линией, соединякяцей оси прилегающих к этой поверхности смежных цилиндрических изоляторов, и внутренней поверхностью изоляционной обоймы, т.е. если р - . Через радиус L внутренней поверхности изоляционной обоймы, радиус Я электрода и радиус г цилиндрического изолятора это условие выражается соотношением:

R(R+r)-L{R-r) .0 (1)

В целях обеспечения большей жесткости квадрупольной системы в собранном состоянии, а также удобства ее сборки, целесообразно, чтобы боковая поверхность каждого электрода лиаметрально противолежащая поверхност ЭТОГО электрода, имеющей профиль гиперболического цилиндра, имела профиль симметричного и параллельного оси масс-спектрометра кругового цилиндра, радиус которого равен радиус внутренней поверхности изолирующей обоймы, как это показано на фиг.2. В этом случае в предлагаемой системе крепления электродов условия само удержания обеспечиваются, если p-R4-t 0, т.е. если геометрические размеры изоляционной обрймы и цилиндрических изоляторов в зависимости от фор№л и размеров электродов выполнены в соотношении R()-L(R-r) + e(L-R)+| 0 где R - радиус круговой поверхности электродов, к которой приле гают смежные цилиндрические изоляторы; г - радиус цилиндрических изоляторов ; L - радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; t - разность между радиусом R электрода и минимальным рас стоянием от оси электрода до его круговой поверхности радиуса L. Удобство сборки электродов, а так же жесткость квадрупольной системы в собранном состоянии может быть по лучено также, если боковая поверхность каждого электрода, диаметральн противолежащая его поверхности с ги перболическим профилем, представляет собой плоскую поверхность, симмет ричную и параллельную оси масс-анали затора (фиг.З). В этом случае уело ВИЯ самоудержания -выпол няются, если все эличенты, входящие в представлен ную на данном чертеже сборку, выполнены в соотношении: R(R+r)-L(R-r)-f (t-c)(L-R) ( где R - радиус круговой поверхности электродов; г - -радиус цилиндрических изоляторов;IL - радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; t - разность между радиусом круговой поверхности электрода R и минимальнь расстоянием от оси электрода до его плос кой noBep2cgocTH,a C-ll.-V4L -2Rt-vt2. Легко видеть, что устройства креп ления электродов, представленные на фиг. 1 и 2, являются ч&стными случаями устройства, представленного, на фиг. 3. Действительно, если электроды не имеют плоской поверхности () , то соотношение 3 переходит в соотношение 2, при этом t t. Если же электроды не имеют ни плоской поверхности, ни поверхности, радиус которой совпадает с радиусом внутренней поверхности изоляционной обоймы (, t-0), соотношение 3 переходит в соотношение 1. Следует особо отметить, что устройства для крепления электродов, представленные на фиг. 2 и 3, имеют то существенное преимущество, что в них гиперболические поверхности каждого из электродов автоматически устанавливаются- в требуемое положение, т.е. строго симметрично относительно осей симметрии квадрупольной системы. Этим исклочается необходимость прецизионной (с точностью до микрон и угловых секунд) юстировки этих электродов относительно указанных осей в процессе сборки квадрупольной системы. В данном устройстве обеспечиваются условия самоудержания квадрупольной системы с . гиперболическими электродами. «формула изобретения Устройство для крепления электродов квадрупольного масс-спектрометра, состоящее из изоляционной обоймы, на цилиндрической внутренней поверхности которой полеобразукщие электроды фиксируются последовательно чередующимися с ними цилиндрическими изоляторами, соприкасающимися по образующим с внутренней поверхностью изоляционной обоймы и смежными электродами, отличающееся тем, что, с целью повьойсния нсшежности и точности крепления полеобразующих электродов с гиперболической рабочей поверхностью, геометрические размеры изоляционной обоймы и фиксирующих цилиндрических изоляторов выполнены в зависимостей от формы поверхности полеобразуквдих электродов в соотношении:R(R+r)-L(R-r) + (t-c) (L-R) где R - радиус электродов; г - радшус цилиндрических изоляторов;L - радиус внутренней поверхности изоляционной обоймы; t - разность между радиусо элекгрода R и минимальным расстоянием от оси электрода до его плоской поверхности, а c-2L-. + t. Источники информации, приняпзю во внимание при экспертизе 1.Патент США 3725700, кл. Н 01 J 39/36, опублик. 1976. 2.Патент США W 4079254, л. Н 01 J 39/36, опублик. 1978. 3.Авторское свидетельство СССР 285322, кл. Н 01 J 39/40, 1969 (прототип).