Призменный масс-спектрометр Советский патент 1983 года по МПК H01J49/32 

(54) ПРИЗМЕННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

1

Изобретение относится к масс-спектромётрии, в том числе к спектрометрии кинетических энергий ионов.

Известны масс-спектрометры с двойной фокусировкой, в которых для анализа кинетических энергий и метастабильных состояНИИ используют диспергирующие и фокусирующие свойства электростатического каскада, выполняющего в этих режимах функции энергоанализатора.

При этом в промежуточном фокусе системы, являющемся одновременно фокусом электростатического каскада, установлен детектор ионов, с помощью которого регистрируется энергетический спектр ионов 1.

Известны масс-спектрометры, в которых отсутствует промежуточное действительное изображение объекта, в частности, это относится к масс-спектрометрам и масс-спектрографам типа Маттауха-Герцога, а также к масс-спектрометрам с двумерными полями призменного типа 2.

Однако в этих масс-спектрометрах не представляется возможным использовать .указанный выше метод для анализа кинетических энергий ионов.

Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометр с фокусировкой по энергии без промежуточного изображения, снабженный устройством, состоящим из электростатического зеркала, собирающей

5 линзы и детектора ионов, находящегося в фокусе указанной линзы, причем электростатическое зеркало расположено между магнитным и электростатическим анализаторами и соединено через коммутатор с землей

10 или положительным полюсом источника питания, а главная плоскость собирающей линзы расположена под углом к плоскости отражения зеркала 3.

Недостаток известного масс-спектрометра заключается в малой разрешающей спо15 собности по энергии полученного таким образом энергоанализатора ионов. Так, разрешающая способность по энергии равна 85 при разрешающей способности прибора по массам, равной 100000.

20 Кроме того, устройство сложно по конструкции, так как помимо электростатического зеркала необходимо введение в его ионно-оптическую схему еще одного фокусирующего элемента и детектора ионов.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности по энергии, т.е. расширение аналитических возможностей, и упрошение конструкции масс-спектрометра без промежуточного изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в призменном масс-спектрометре, содержащем источник ионов, за которым установлены коллиматорная линза, электростатический анализатор, магнитный анализатор, второй электростатический анализатор, фокусирующая линза и детектор ионов, а также электростатическую отражающую систему, последняя расположена вблизи магнитного анализатора между электростатическими анализаторами симметрично по отнощению к ним и к выходным траекториям ионов в электростатических анализаторах при отклоненном магнитном поле магнитного анализатора, при ЭТОМ магнитный анализатор снабжен устройством для снятия магнитного поля.

На чертеже изображен предлагаемый масс-спектрометр.

Масс-спектрометр с двойной фокусировкой имеет источник 1 ионов, за которым установлены коллиматорная линза (электроды 2-4) и электростатический анализатор энергий (электроды 5 и 6), магнитный анализатор 7, за которым расположен второй анализатор энергий, фокусирующая линза и детектор 8 ионов. Параметры прибора подобраны так, что суммарная дисперсия электростатических энергоанализаторов равна по величине и обратна по знаку дисперсии магнитного анализатора. Вблизи магнитного анализатора расположено электростатическое зеркало (электроды 9 и 10). В зависимости от конструктивных особенностей вместо изображенного на чертеже трехэлектродного зеркала может быть использовано двухэлектродное.

Устройство работает следующим образом.

Расходящийся пучок ионов, выходящий из источника 1, формируется коллиматорной линзой в параллельный и после прохождения электростатического каскада разлагается на ряд параллельных пучков,соответствующих ионам определенных энергий. После прохождения магнитного анализатора 7 и второго электростатического каскада вследствие ахроматичности всей системы пучок разлагается на ряд параллельных пучков, соответствующих ионам определенных масс. Под действием фокусирующей линзы ионы определенной массы фокусируются и регистрируются с помощью детектора 8 ионов, приемная щель которого установлена в фокусе ионно-оптической системы. В режиме анализа кинетических энергий ионов полев магнитном анализаторе убирают с помо- щью устройства для снятия .магнитного поля, и пучок ионов попадает на электростатическое зеркало (электроды 9 и 10), установленное .вблизи магнитного анализатора так, что на свободных от поля участках, примыкающих с двух сторон к магнитному анализатору, главная оптическая ось зеркала совпадает .с главной оптической осью магнитного анализатора. При этом отклонение пучка ионов в магнитной призме заменяется отклонением его в электростатическом зеркале, угловая дисперсия которого как по энергии, так и по массе равна нулю. Далее пучок проходит вторую энергоанализирующую систему и фокусирующую линзу, в фокальной плоскости которой формируется спектр ионов по энергии.

В режиме анализа кинетических энергий ионов используются все электростатические диспергирующие и фокусирующие элементы масс-спектрометра, а также его система регистрации ионного тока, что приводит к существенному упрощению конструкции и удещевлению прибора. Вследствие равенства дисперсий электростатических энергоанализаторов и магнитного анализатора, разрешающие способности прибора по энергии и по массам принципиально одинаковы. Так, при использовании изобретения разрешающая способность как по энергии, так и по массам достигает 100000, что позволяет существенно повысить точность проводимых измерений.

Формула изобретения

Призменный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, за которым установлены коллиматорная линза, электростатический анализатор, магнитный анализатор, второй электростатический анализатор, фокусирующая линза и детектор ионов, а также электростатическую отражающую систему, отличающийся тем, что, с целью повышения разрещающей способности по энергии и упрощения конструкции, отражающая электростатическая система расположена вблизи магнитного анализатора между электростатическими анализаторами симметрично по отношению к ним и к выходным траекториям ионов в электростатических анализаторах при отклоненном магнитном поле магнитного анализатора, при этом магнитный анализатор снабжен устройством для снятия магнитного поля.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 710404. кл. Н .01 J 39/42, 1979.