Источник ионов Советский патент 1984 года по МПК H01J49/14 

СО СП

it

J сд Изобретение относится к источнинам ионов для масс-спектрометррв и может быть использовано в аналитической масс-спектрометрии. В масс-спектрометрической практи ке широкое распространение получили источники ионов типа Нира. В таких источниках молекулы исследуемого ве щества ионизируются пучком Электра. нов или фотонов, а образовавшиеся ионы извлекаются через выходное отверстие или щель электрическим полем i3 . ; Недостатком известных источников является наличие фоновых и осколочн ионов. Наиболее близким к предлагаемому является источник ионов, включающий источник коллимированного молекуляр ного пучка и источник ионизирующего излучения, ионизационную камерус отверстиями для прохождения молекулярного и ионного пучков и пучка ионизирующего излучения. При этом, молекулярный пучок и tiy4OK образовавшихся ионов соосны, а отверстия для прохождения ионизирующего излучения закрыты экранирующими сетками . В известном источнике ионов область пересечения электронного и молекулярного пучков (область ионизации) максимально приближена к плоскости выходного отверстия, а извлечение ионов осуществляется неоднородным электрическим полем, которое провисает в ионизационную камеру, через выходное отверстие и фокусирует на это отверстие образова шиеся ионы, в том числе и те, у ко торых векторы скоростей не совпгщают с направлением дрейфа молекуляр ,ного пучка. Для целей масс-спектрометрического анализа смеси соединений желательно в общем масс-спектре смеси выделить молекулярные ионы, соответствуняцие ее отдельным компонентам. Однако в таких конструкциях извлекаются не только мо.лекулярные, но и осколочные ионы исследуекых соединений. Происходит взаимное наложение индивидуальных масс-спктров молекулярные ионы маскируются осколочными. Поэтому, не только количес венный, но и качественный анализ смеси соединений по общему массспектру является сложной и трудоемкой задачей. Другим недостатком известных конструкций ионных источников является присутствие в масс-спектре ионов фонового газа, что ограничивает чувствительность и точность анализа даже чистых соединений. Цель изобретения - обогащение масс-спектра ионами исследуемых сое .динений за счет дискриминации осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа. Поставленная цель достигается тем, что в источнике ионов, содержащем источник коллимированного. пучка, источник ионизирующего излучения и ионизащюнную камеру, имеющую отверстия для прохождения ионизтрующего излучения, закрытые акранирующими сетками, а также соосные отверстия для молекулярного и ионного пучков, отверстие для выхода ионного излучения пучка закрыто экранирующей сеткой. Внутри ионизационной камеры по разным сторонам от оптической оси источника ионизирующего излучения .расположены электроды, подключенные к источнику.постоянного тока. За счет того, что отверстия в ионизационной камере закрыты экранирующей сеткой., дрейф ионов происходит в эквипотенциальном пространстве (или в однородном электрическом поле). На пути дрейфа к выходному отверстию молекулярный пучок обогащается молекулярными ионами за счет дискриминации осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа. На чертеже приведена схема источника ионов. Предлагаемый источник содержит источник 1 молекулярного пучка, продуцирующий молекулярный пучок, источник 2 ионизирующих электронов или фотонов, испускающий пучок ионизирующих частиц, ионизационную камеру 3 с отверстиями 4 и 5 для дрейфа молекулярного пучка и отверстиями 6 и 7 для дрейфа пучка ионизирукяцих частиц, закрытых ионизирующей металлической сеткой 8, и электродов 9 и 10, подключенных к источнику постоянного тока (на чертеже не показан. Источник работает следующим образом. При столкновении ионизирующих частиц с молекулами, движущимися в пучке, образуются молекулярные и осколочные ионы, у которых различны формы углового распределения импульсов и их величины. Молекулярные ионы в акте ионизации практически не получают добавочного импульса и сохраняют направление дрейфа через выходное отверстие 5 (для целей предлагаемого изобретения величиной импульса, который получает молекулярный ион в результате обмена кинетической энергией с налетающим электроном и величиной импульса отдачи в результате вылета электрона, можно пренебречь). В отличие от молекулярных осколочные ионы образуются с кинематическими, энергиями, величины которых заметно превышают энергию теплового , вижения, а уговое распределение их импульсов близко к изотропному, следовательно, большая часть осколочных ронов покинет молекулярный пучок. ерез выходное отверстие пройдут лишь те осколочные ионы,у которых вектор скорости совпадает с направлением дрейфа молекулярного пучка.

Молекулы, фонового газа движутся изотропно, поэтому лишь та часть молекулярных и осколочных ионов фонового газа пройдет через выходное отверстие, у которых вектор скорости совпадает с направлением дрейфа через это отверстие.

Такая дискриминация осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа возможна, в частности, если область ионизации и участок дрейфа к выходному отверстию являются эквипотенцигшьной областью. Это достигается тем, что отверстия 4-7 для дрейфа пучков закрыты металлической сеткой 8.

..

Для того, чтобы уменьшить возмуакяцее влияние полей поверхностных и зеркальньк зарядов, а также сил кулоновского взаимодействия ионов на траекторию молекулярных ионов, в промежутке, включающем область ионизации и участок дрейфа к йыходному отверстию, может быть приложено однородное электрическое поле, паралельное направлению дрейфа молекулярного пучка (между электродами 9 и 10) .

Пример. Доля ot осколочных ионов исследуемых соединений и ионов фонового газа, которые пройдут через выходное отверстие, приближенно раина величине телесного угла, под которым выходное отверстие видно из области ионизации.

Для случая точечной области иони-зации

5

1 «.-,

I. 4tfe

5- площадь выходноего отверсгде

тия;

6- расстояние от области ионизации до плоскости выходного отверстия.

Для случая см, 5 0,01 см получают oi 4 10. Таким образом, в рассмотренном примере плотность осколочных ионов исследуемых веществ и ионов фонового газа (образовавшихся в области пересечения ПУЧКОВ) в области выходного отвеостия снижена по сравнению с их плотностью в области ионизации на 4 порядка, в то время как плотность молекулярных ионов практически не изменилась.

Применение источников молекулярных, ионов позволяет существенно упростить решение аналитических задач по определению состава неизвестных смесей и использовать для решения таких задач сравнительно простые по 5 конструкции масс-спектрометры.

1. ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий источник колли1«1рованного молекулярного пучка, источник ионизирующего излучения и ионизационную камеру, имеющую отверстия для прохождения ионизирующего излучения, закрытые экранирукздими сетками, а также . соосные отверстия для молекулярного и ионного пучков, отличающийся тем, что, с целью обогащения масс-спектра ионами исследуемлх соединений за счет дискриминации осколочных и фоновых ионов, от.верстие для выхода ионного пучка закрыто экраниру(ощей сеткой. 2, Источник ионов по п.1, о т личающийся тем, что, с целью повышения стабильности ионного тока, внутри ионизационной по разные стороны от оптической оси ;источника ионизирующего излучения расположены электроды, подключенные к источнику постоянного тока. 9