Масс-спектрометр

 

МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержащий масс-анализатор, состоящий из постоянного магнита с плоскими полюсными наконечниками и параллельными окнами, расположенного за HMMII электростатического цилиндрического конденсатора , и приемник с коллимирующей щелью, отличающийся тем, что, с целью повьшения разрешакщей способности при одновременном увеличении быстродействия, он дополнительно содержит коллиматор, расположенный перед входным окном магнита, состоящий из пластин, перпендикулярных входному окну и поверхностям полюсньк наконечников магнита , конденсатор установлен так, что ось симметрии входного окна, параллельная образующим его обкладок, лежит в плоскости, проходящей через середину зазора магнита, а входное окно перпендикулярно выходноь у окну, I причем отношение размера пластин коллиматора в направлении, перпенди (Л кулярном входному окну магнита, Р, к расстоянию между соседними пластинами d удовлетворяет следующему значению 50 -т 200. а оо 4 05 О1

СОЮЗ СдвЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51}4 Н 01 J 49 30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф(й(а,, 13:. ., ЕА, .,-;.

ВИБО(Ц 1Ц

50 6 — -< 200. .( (21) 3592985/24-21 (22) 20. 05. 83 (46) 15.08.85. Бюл. Р 30 (72) В. Н.Гартманов, В.Т.Коган, А.К.Павлов и А.А.Харченко (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (53) 62 1.384.6(088,8) (56) Сор1ап М.Н., Ogilvie К.W.

Bochsler P.À., Geiss Y. Transactions . ой Geoscience Electropics. - 1ЕЕЕ.

UGE-16 М 3, 185, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР У 1061193, кл. Н 01 3 49/30,.1982. (54)(57) МАСС-СПЕКТРОМЕТР, содержа, щий масс-анализатор, состоящий из постоянного магнита с плоскими полюсными наконечниками и параллельными окнами, расположенного за ними электростатического цилиндрического конденсатора, и приемник с коллимирующей щелью, отличающийся

„„ЯЦ„„1 I 73465. тем, что, с целью повышения разрешающей способности при одновременном увеличении быстродействия, он дополнительно содержит коллиматор, расположенный перед входным окном магнита, состоящий из пластин, перпендикулярных входному окну и поверхностям полюсных наконечников магнита, конденсатор установлен так, что ось симметрии входного окна, параллельная образующим его обкладок, лежит в плоскости, проходящей через з середину зазора магнита, а входное окно перпендикулярно выходному окну, причем отношение размера пластин коллиматора в направлении, перпендикулярном входному окну магнита, к расстоянию между соседними пластинами d удовлетворяет следуняцему значению

1173465

Изобретение относится к фотоэлектрическим, электронным и газоразрядным приборам для исследования излучения или потока элементарных частиц, в частности солнечного ветра. 5

Цель изобретения — повышение разрешающей способности масс-спектрометра при одновременном увеличении его быстродействия за счет проведения анализа ионного состава без энергоанализа, что позволяет проводить анализ в широком диапазоне потоковых скоростей солнечного ветра, а также определять состояние плазмы в магнитосферах планет. 15

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Масс-спектрометр содержит коллиматор 1, магнит с полюсными наконечниками 2 и 3, электрический конденса-20 тор, состоящий из обкладок 4 и 5, коллимирующую щель 6, приемник 7.

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Исследуемый поток заряженных частиц попадает через коллиматор 1, ограничивающий угловой разброс исходного потока, во входное окно магнита, между полюсными . наконечника- 30 ми 2 и 3, где происходит отклонение заряженных частиц.При этом на выходе из магнита ионы приобретают составляющую скорости, перпендикулярную входному окну конденсатора. Величина энер- З5 гии, соответствующая приобретенной составляющей скорости U зависит только от отношения М/Z для нормально падающего на вход прибора потока ионов. Поэтому конденсатор произво- 1п дит отбор заряженных частиц по указанной выше энергии Uy одновременно для всех ионов с. заданной величиной

М/Е в широком диапазоне их начальных энергий. Проходя коллимирующую щель

6, ионы регистрируются приемником 7.

Коллиматор, установленный перед входным окном магнита, состоит из пластин, форма и расположение которых обеспечивают ограничение составляю- 5О щей скорости исследуемых ионов Vä„„ > направленной параллельно входному окну и поверхностям полюсников магниV та, до величины V много

55 меньшей, чем составляющая скорости ионов V> имеющая то же направление после прохождения заряженными частицами магнита, где V — исходная скорость иона. . Ограничение отношения Ч„цч у/Ч дает воэможность, используя предлагаемую конструкцию масс-анализатора, проводить масс-анализ ионных потоков одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых энергий (скоростей) с хорошим разрешением по M/Z.

При 6/d < 50 нарушаются условия для одновременной регистрации частиц определенной массы в широком диапазоне исходных потоковых скоростей и ухудшается разрешение прибора. При 0/д) 200 . уменьшается чувствительность прибора.

Таким образом, указанные отличительные признаки в совокупности позволяют масс-спектрометру при наличии малой величины составляющей начальной скорости частиц, ограниченной коллиматором, и соответствующего размещения конденсатора относительно магнита, .проводить масс-анализ ионных потоков. одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых скоростей, что увеличивает быстродействие прибора и дает возможность увеличить его разрешение. Отклонение пластин коллиматора от указанного положения приводит к уменьшению прозрачности самого коллиматора к увеличению диапазона пропускаемой в магнит составляющей скорости V„« >,,а также вносит дополнительные ограничения на составляющую исходной скорости V„дч „, параллельную входному окну магнита и перпендикулярную составляющей

V Ограничение V „ö „ зависит от места влета частиц во входное окно магнита. Такое отклонение усложняет аппаратурную функцию прибора, приводит к ухудшению его чувствительности, разрешающей способности и исключает возможность одновременной регистрации ионов с одинаковыми значениями М/Z в широком диапазоне потоковых энергий. В приближении нормально падающих на вход прибора ионов, в магните направление движения частиц изменяется на угол 6(, синус которого равен где А — константа, определяющая параметры магнита;

U — энергия ионов на входе прибора в вольтах, 3 11734 что приводит к возникновению составляющей скорости U .

Энергия, соответствующая этой скорости, определяется по формуле U

У

А> 5

Величина ее зависит только от отношения М/Z. Указанное размещение конденсатора относительно магнита позволяет масс-спектрометру из общего потока падающих нормально 1О входному окну магнита частиц вне saвисимости от их исходной энергии (скорости) произвести разделение ионов только по N/Z с разрешением по массе, равным энергетическому раз- 15 решению конденсатора.

Учитывая реальный разброс потока ионов по углу и коллимирующие свойства прибора, принимая во внимание высокое энергетическое разрешение 2О конденсатора, разрешение масс-спектрометра определяется формулой

Р

R = — sin o .

Таким образом, отличительные признаки в -совокупности позволяют. масс-спектрометру при наличии малой

65 4 величины составляющей начальной ско.рости частиц, ограниченной коллиматором, и соответствующего размещения конденсатора относительно магнита, проводить масс-анализ ионных потоков одновременно в широком диапазоне их исходных потоковых скоростей, что увеличивает быстродействие прибора и дает возможность увеличить его разрешение.

Проведен расчет и моделирование масс-спектрометра в лабораторных условиях. При этом выбраны следующие размеры: параметры пластин коллиматора 1/а 120, ширина полюсников магнита п30 мм разор между полюсника-, ми магнита d 3 мм, радиусы обкладок конденсатора rÄ 41 мм; r = 43 мм, о угол конденсатора 4 64; ширина коллимирующей щели В 0,5 мм. При этом средняя разрешающая способность прибора по М/Z 40.

Таким образом, применение изобретения позволяет увеличить разрешающую способность масс-спектрометра в два раза по сравнению с конструкцией прототипа.

Составитель И.Некрасов

Редактор С.Лисина Техред С.Мигунова Корректор М.Самборская

Заказ 5073/51 Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4