Масс-спектрометр Советский патент 1981 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

Изобретение относится к массспектрометрии,а именно кмасс-спектрометрии высокого разрешения для хиШ1ческих исследований. Современные масс-спектрометры для точного опреде ления масс ионов при анализе сложных органических соединений представляют собой статические приборы с высококачественной фокусировкой ионного пучка, которая достигается путем уст ранения аберраций, обусловленных энергетическим и угловым разбросом номов, т.е. при помощи двойной фокусировки. Необходимые для двойной фок сировки поля формируются последовательно расположенными электростати еским конденсатором, обычно цилинд рического типа, и секторным магнитом с зазором постоянной высоты. Для опи сания полей, создаваемых этими злементами, создаются математические модели, с той или иной степенью приближения описывающие истинную топогр фию поля. Длительное время при расчетах масс-анализаторов использовалась наиболее п эостая прямоугольная модель, в которой реальные поля заме нялись полями, резко обрывакнцимися на границах, а-учет действия рассеян ных краевых полей, если тбковые имели место, производился пуГем замены их эквивалентньми по отклоняющему эффекту участками прямоугольного поля. При расчетах по такой модели в уравнения фокусировки входят следующие геометрические параметрь ионно-оптической системы: радиусы центральной траектории Tg , г , углы поворота Че , Ч„, и плечи фокусировки й , , SJ в электрическом (индексе ) и магнитном (индекс т) полях, углы наклона первой и второй границ магнитного поля 6 ,g и радиусы кривизны первой и второй границы магнитного поляЙ,Ярг12 Решением уравнений фокусировки могут быть получены такие комбинации .этих параметров, при которых, в рамках принятой модели, достигается фокусировка по углу и по энергии, а также компенсируются наиболее существенные аберрации второго порядка в средней плоскости. Известен масс-спектрометр высокого разрешения, содержащий ионный источник, цилиндрический конденсатор и магнитный анализатор с однородным полем i . К недостаткам данного устройства относятся большие значения аберраций изображения, обусловленный высотой цели источника ионов и угловой расходимостью пучка в вертикальном направлении, не поэволякндие достичь достаточно высокой разрешающей спосовности и чувствительности. ,

Целью изобретения является увеличение разрешаклдей способности и чув(ствительности масс-спектрометра.

Для этого в предлагаемый массспектром тр введены два выпуклых магнитных экрана, расположенные напротив соответствующих вогнутых границ полюсных наконечников, при этом радиусы кривизны магнитных экранов определяются формулой

M:

-|г(а «VCCOS агос i -itizna p+ci

p+q,

где Kg - радиусы кривизны магнитных

экранов,

- плечи фокусировки магнитного анализатора от краев магнитного анализатора из условий фокусировки пучка в горизонтальной плоскости, 3 - расстояние между краями экрана и полюсного наконечника ,

iP - параметры, зависящие от зазоров магнита 2ic и экранов 2 и от расстояния между ними & , где i. и b - половины величин зазоров магнитов и экранов, а радиусы закруглений прилегающих краев по-г люсных наконечников связаны с радиусами кривизны экранов соотношением

«„fi94d

где К - радиусы вогнутости полюсных наконечников.

На чертеже представлена схема предлагаемого масс-спектрометра.

Масс-спектрометр включает источник 1 ионов, электростатический конденсатор 2, промежуточную диафрагму 3, экран 4 первого края, электромагнит 5 с полюсными наконечникс1ми секторной формы, экран 6 второго края и приемник 7 ионов.

Иасс-спектрометр работает следующим образом.

Из источника 1 ионов выходит пучок ионов, ограниченный по вертикали высотой h щели. В электростатичес-ком цилиндрическом конденсаторе 2 пучок разлагается в спектр по энергиям, фокусируясь по горизонтальному углу в области диафрагмы 3, после чего попадает в секторное поле электромагнита 5. Размеры ионнооптических элементов с учетом действия краевых полей.обоих фокусирующих элементов выбраны таким образом, чтобы обеспечить двойную фокусировку и компенсацию аберраций в средней плоскости. Кривизна границ магнитных эк|ранов и связанных с ними границ по- / люсных наконечников электромагнита

рассчитывается таким образом, чтобы совместным действием обоих краев в плоскости приемной щели полностью компенсировать искривление пучка, в том числе и создаваемое краевыми полями электростатического конденсатора. Путем вычисления эффектов краевого поля можно показать, что аберрации искривления в масс-спектрометрах с двойной фокусировкой, состоящих

Q из последовательно расположенных электростатического цилиндрического конденсатора и секторного магнита с зазором между полюсами 24 и с экраnavoA, имеющими зазоры 2Ь и располойсенными на расстоянии d от первого

5 и 3,j от второго края полюсных наконечников, могут быть полностью устранены, если края этих экранов, прилежащие к полюсным наконечникам, будут искривлены с радиусами кривизны

0 соответственно для первого и второго экранов

э,,,: Га- а а« « а- 1Д«- «

5 Jn±l3d j-. I

При этом соответствующие края полюсных наконечников также искривляются, причем радиусы кривпзны первого и второго краев определяются соответственно, соотношением

,.1

гДе , - вспомогательные пара5 летры, связанные с заk. зррами следующими соот нсяиениями

р .

,

:Ьй

pifa+ bja - « a

Пучок ионов, прошедший магнитный анализатор, ре истрируется на коллекторе 7 приемника ионов, щель которого установлена в фокусе этого анализатора. Благодаря действию краевых полей

специальной формы, Гсформированшях магнитными экранами совместно с краями полюсных наконечников, в предлагаемом масс-спектрометре изображение пучка у щели приемника представляет собой пряглую линию, ширина которой,

в основном определяется шириной выходной щели источника и не зависит от значений вертикаль.ных параметров , пучка. Это дает возможность использовать весьма протяженные по высоте

щели источника и приемника, ограниченные только конструктивными параметрами, и является, таким образом, весьма эффективным средствс 4 повышения чувствительности и разрешаккцей

способности масс-спектрометра.