Квадрупольный масс-спектрометр Советский патент 1982 года по МПК H01J49/42 

(54) КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

1

Изобретение относится к масс-спектрометрии, а именно к квадрупольным массспектрометрам для анализа молекулярных пучков.

Известны квадрупольный масс-спектрометры, содержащие источник молекулярного 5 пучка, ионизатор, анализатор с полеобразующими электродами, приемник ионов и устройство для улавливания молекулярного пучка 1.

В этих масс-спектрометрах молекулярный пучок направляют перпендикулярно оси анализатора, вводят в ионизатор, ионизируют пучком заряженных частиц, формируют полученные ионы в узкий направленный пучок, выводят ионный пучок из ионизато- 15 ра и вводят в разделяющее поле анализатора.

От момента выхода из ионизатора до момента входа в анализатор (а точнее в ту область анализатора, где его разделяю- ° щее поле является строго гиперболичным) ионный пучок проходит так называемое краевое поле анализатора. Как известно, краевое поле на входе квадрупольного анализатора ведет к потере чувствительности и дискриминации по массам.

В этом поле теряется основная доля ионов, выходящих из ионизатора, особенно при высокой разрешающей способности анализатора, причем доля потерянных ионов различна для ионов различных масс. .

Известн также квадрупольный массспектрометр, содержащий источник молекулярного пучка, ионизатор, анализатор с полеобразующими электродами и расположенный за ним приемник ионов 2.

В известном масс-спектройетре на входе ионного пучка в анализатор предусмотрены средства для уменьщения влияния краевого поля на ионный пучок. Однако полностью устранить влияние краевого поля принципиально невозможно.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и точности анализа.

Указанная цель достигается тем, что в квадрупольном масс-спектрометре, содержащем источник молекулярного пучка, ионизатор, анализатор с полеобразующими электродами и расположенный за ним приемник ионов, источник молекулярного пучка соединен с анализатором через коллиматор, а оптическая ось ионизатора пересекает оптическую ось анализатора внутри последнего за пределами краевых полей анализатора на расстоянии, большем радиуса поля анализатора. Оптические оси источника молекулярного пучка и коллиматора могут совпадать с оптической осью анализатора или пересекать ее под острым углом в точке ее пересечения с оптической осью ионизатора. На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый масс-спектрометр. Масс-спектрометр содержит источник 1 молекулярного пучка, коллиматор 2, анализатор 3, ионизатор 4, приемник 5 ионов. оптические оси 6, 7, 8 и 9 соответственно источника молекулярного пучка, коллиматора, анализатора и ионизатора, молекулярный пучок с точкой 10 пересечения оптических осей коллиматора, анализатора и ионизатора. Масс-спектрометр работает следующим образом. Молекулярный пучок направляют из источника 1 молекулярного пучка через коллиматор 2 в анализатор 3 вдоль оси 8 последнего. Необходимая скорость движеНИН ионов вдоль оси 8 анализатора, которая в известных квадрупольных масс-спектрометрах создается за счет ускорения ионов электрическими полями ионизатора 4, в предлагаемом масс-спектрометре достигается тем, что молекулярный пучок направляют вдоль ионно-оптической оси анализатора. Как известно, в молекулярном пучке все молекулы, его образующие, уже имеют направленную начальную скорость, которая может быть весьма существенной, как, например, в случае сверхзвуковой струи. Эта скорость по порядку величины соответствует требуемым скоростям движения ионов вдоль анализатора. Вследствие того, что молекулы нейтральны, они проходят краевое поле анализатора без потерь и дискриминаций. Ионизация этих молекул осуществляется внутри анализатора на его оси за пределами влияния его краевых полей, например, лазерным излучением ионизатора. Образованные при этом ионы сохраняют начальные скорости, которыми обладали исходные молекулы, движутся в поле анализатора, разделяются по массам и регистрируются. Влиянием краевых полей анализатора можно пренебречь внутри анализатора на расстоянии, равном или больщем радиуса поля анализатора (последний равен половине расстояния между его противолежащими электродами). Поэтому целесообразно осуществлять ионизацию молекулярного пучка внутри анализатора 3 на расстоянии от его входа, несколько больщем радиуса поля анализатора, т. е. чтобы оптические оси 8 и 9 анализатора и ионизатора пересекались внутри анализатора 3 на расстоянии от его входа, больше. радиуса поля анализатора 3. Наиболее удобно осуществлять ионизацию молекулярного пучка внутри анализатора пучком фотонов, например лазерным лучом высокой плотности, так как фотоны не подвергаются воздействию поля анализатора. Чувствительность анализа молекулярного пучка при этом может быть увеличена, если использовать узкий плоский световой луч, пересекающий своей плоскостью ось анализатора. Для ионизации могут быть использованы также пучки заряженных частиц высоких энергий, способные пересечь поле анализатора практически без отклонения от своего первоначального направлеСоставляющая начальной скорости молекул в молекулярном пучке будет направлена вдоль оси анализатора от его входа к его выходу и в том случае, если молекулярный пучок вводить в анализатор под острым углом к оси анализатора, т. е. под углом, меньшим 90°. В этом случае оптические оси 6 и 7 источника молекулярного пучка и коллиматора должны совпадать и пе... оптическую ось 8 анализатора под .м в точке 10 ее пересечения с оптической осью 9 ионизатора (фиг. 2). Во всех случаях ионизацию .молекулярного пучка целесообразно осуществлять на оси анализатора либо вблизи оси. В это.м случае координаты зарождения ионов минимальны, поэтому минимальны амплитуды стабильных колебаний этих ионов в анализаторе и максимальна чувствительность анализа. Таким образом, в предлагаемом квадруполном масс-спектрометре обеспечивается достижение максимальной чувствительности анализа за счет исключения потерь ионов в краевом поле анализатора и повышается точность анализа, так как исключен различный уровень потерь ионов в краевом поле анализатора в зависи.мости от молекулярного веса этих ионов. Формула изобретения 1. Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник молекулярного пучка, ионизатор, анализатор с полеобразующими электродами и расположенный за ним приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности анализа, источник молекулярного пучка соединен с анализатором через коллиматор, а оптическая ось ионизатора пересекает оптическую ось анализатора внутри последнего за пределами краевых полей анализатора на расстоянии, большем радиуса поля анализатора.