Способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс- спектрометре типа трехмерной ловушки

 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Может быть использовано при создании гиперболондных масс-спектрометров типа трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью. Цель изобретения - повьш1ение точности анализа. Способ заключается в следукицем. С помощью источника 3 через сквозной канал в кольцевом электроде 2 в рабочий объем анализатора, ограниченньш электродами 1 и 2, во время ионизации вводят электронный поток 4. Молекулы ионизируются вблизи центра системы, после чего осуществляется их сортировка в высокочастотном с постоянной составляющей поля. Для достижения поставленной цели после окончания процесса сортировки заряженные частицы ускоряют в направлении торцовых электродов 1, а после прохождения ими тордовых электродов заряженные частицы тормозят разностью потенциалов, определяемой соотношением, приведенным СЛ в материалах изобретения. Для достижения положительного эффекта достаточно во время вывода подать между кольцевым и торцовым электродами разность потенциалов в 80-90 В. При этом молекулярные ионы легко отделяются . Устройство для реализации, способа также содержит дополнительную

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

09) (11) (584 Н 01 J 49 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3871686/24-21 (22) 25.02.85 (46) 30. 10.86. Бюл, Ф 40 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Э.П. Шеретов, Б.И. Колотилин, С.П. Овчинников и И.В. Филиппов (53) 621.384(088.8) (56) Шеретов Э.П. и др. ПТЭ Ф 1, с.166, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Р 1104602, кл. Н 01 J 49/42, 1983. (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ГИПЕРБОЛО1ЩНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ ТИПА ТРЕХМЕРНОЙ ЛОВУШКИ (57) Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Может быть использовано при создании гиперболоидных масс-спектрометров типа трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Цель изобретения — повышение точности анализа. Способ заключается в следующем. C помощью источника 3 через сквозной канал в кольцевом электроде 2 в рабочий объем анализатора, ограниченный электродами 1 и 2, во время иониэации вводят электронный поток 4. Молекулы ионизируются вблизи центра системы, после чего осуществляется их сортировка в высокочастотном с постоянной составляющей поля. Для достижения поставленной цели после окончания процесса сортировки заряженные частицы ускоряют в направлении торцовых электродов 1, а после прохождения ими торцовых электродов заряженные частицы тормозят разностью потенциалов, определяемой соотношением, приведенным в материалах изобретения. Для достижеьия положительного эффекта достаточно во время вывода подать межцу кольцевым и торцовым электродами разность потенциалов в 80-90 В. При этом молекулярные ионы легко отделяются. Устройство для реализации, способа также содержит дополнительную

1267512 сетку 5, детектор заряженных частиц, ществить значительные подавления кружочками обозначены положительные пиков осколочных ионов в массовых заряженные частицы. Данный способ спектрах беэ уменьшения интенсивноспозволяет простыми средствами осу- ти пиков молекулярных ионов. 2 ил.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а точнее к гиперболоидной масс-спектрометрии, и может быть использовано при создании гиперболоидных масс-спектрометров типа трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Цель изобретения — повышение точности анализа.

Амплитуда колебаний заряженных частиц в гиперболоидных масс-анализа. торах зависит от начальных координат

0 (Y ),и скоростей (Y,) последних. При увеличении (Y,) и (Y,) амплитуда колебаний нарастает.

Обычно в гиперболоидных массспектрометрах типа трехмерной ловушки молекулы и атомы газа ионизируют вблизи центра системы. При этом, если ионизирующий электронный поток вводить через кольцевой электрод, то начальная координата на образование ионов по оси (Z,) симметрии 25 оказывается достаточно малой. Поэтому, в основном амплитуда колебаний будет определяться начальной скорос. тью (Z,). заряженных частиц по этой оси. Молекулярные ионы образуются при ионизации, как известно, с малыми тепловыми начальными скоростями.

Поэтому амплитуда колебаний этих ионов мала и во время сортировки они локализуются (по оси 7 ) вблизи центра системы (начала координат Z =О).

Осколочные ионы при образовании имеют в основной своей массе большие начальные энергии. Вследствие этого, при сортировке они распределяются по всему рабочему объему анализатора.

Другими словами, если интересоваться их положением вдоль оси 7 то можно сказать, что они распределяются по всей оси от Z =О до Z =d где 4 — расстояние от центра системы до торцового электрода. Если во время вывода в анализаторе создано постоянное ускоряющее поле вдоль . оси 7 (например, во время вывода потенциалы на электродах постоянны и положительный потенциал кольцевого электрода выше потенциала торцевых электродов), то в зависимости от положения частиц в момент начала вывода, они, проходя через торцовый электрод, будут иметь различные скорости, Те ионы, которые в момент начала ввода находились в центре системы, приобретут в поле большую скорость. Если теперь за торцовым электродом расположить тормозящую сетку, то с ее помощью можно пропускать в сторону детектора только быстрые ионы, т,е. те, которые в момент начала вывода находились вблизи начала координат (в данном случае — молекулярные ионы). Таким обраэом, в самом анализаторе во время вывода можно избирательно ускорять молекулярные ионы по сравнению с осколочными, используя их местоположение в объеме анализатора во время сортировки.

В результате ускорения заряженных частиц в анализаторе и торможения их за пределами анализатора создается положительный эффект, заключающийся в том, что относительная высота пиков осколочных ионов резко (в 3-5 раза) уменьшается по сравнению с высотой пиков молекулярных ионов. При ,этом, если правильно подобрать тормозящую разность потенциалов, то спектр в значительной степени обедняется пиками осколочных ионов.

Для достижения положительного эф-. фекта достаточно во время вывода подать между кольцевым и торцевыми электродами разность потенциалов в 80-90 В. При этом молекулярные ионы легко отделяются, На фиг.1 изображена схема уст- ройства, реализующего предлагаемый

1267512 способ, на фиг.2 — диаграмма, отражающая распределение потенциала по оси Z но время ускорения и торможения заряженных частиц.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит торцовые 1 и кольцевой 2 электроды анализа.,тора, источник 3 ионизирующего электронного потока, ионизирующий электронный поток 4, дополнитель- 10 ную сетку 5, детектор 6 заряженных частиц. Кроме того, на фиг. 1 кружка- ми обозначены положительные заряженные частицы (ионы), 15

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью источника 3 через сквозной канал (не показан) в кольцевом электроде 2 в рабочий объем анализатора, ограниченный электродами

1 и 2, во время ионизации вводят электронный поток 4. Молекулы ионизируются вблизи центра системы (Z=

=0), после чего осуществляется их сортировка в высокочастотном с постоянной составляющей поле ° 11осле оКончания процесса сортировки на кольцевой электрод 2 подают постоян30 ный потенциал U„, а на торцовые электроды 1 подают постоянный потенциал Uz . 11ри этом отсортированные заряженные частицы ускоряют вдоль оси 2 . Частицы проходят через торцовый электрод (сквозные каналы для вывода частиц в торцовом электроде не показаны) со скоростью вдоль оси Z, соответствующей в основном положению частицы к началу вывода. В таком случае, если к концу

40 времени сортировки частицы .имели маI лые координаты по оси Z (7 ), то эти частицы, проходя через торцовый электрод, будут иметь большую скорость вдоль оси . Теперь, если за 7

45 торцевым электродом выходящие ионы тормозить разностью потенциалов 0 равной / порядка / U центр — 1 кольц/

/ U центр/ — потенциал центра рабо- i чего объема/., то в сторону детектора

50 смогут проходить только ионы, находившиеся к моменту начала вывода вблизи центра системы, т.е. ионы, образовавшиеся во время ионизации с малыми начальными координатами — мо55 лекулярные ионы. Необходимая тормозящая разность потенциалов ПР опреторм деляется соотношением т+то то м 1+ р + 11 о где11„ — потенциал кольцевого электрода на время вывода, от — потенциал торцового электрода во время вывода, г та

П =—

О 2г г а,г т а

Рр г 1

Ха

11редлагаемый способ позволяет простыми средствами осуществить значительные подавления пиков осколочных ионов в массовых спектрах (в

3-5 раз) без уменьшения интенсивности пиков молекулярных ионов и, тем самым, существенно облегчить анализ молекулярного состава анализируемой газовой смеси.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки с одним кольцевым и двумя торцовыми электродами, по которому заряженные частицы вводят в рабочий объем анализатора, сортируют по удельным saрядам и детектируют.анализируемые заряженные частицы, о т л и ч а юшийся тем, что,с целью повышения точности, после окончания сортировки заряженные частицы ускоряют постоянным во времени полем в

Ха и Уа — расстояние от центра анализатора до поверхности кольцевого электрода по осям М и $ — расстояние от центра анализатора до поверхности торцевого электрода по

° оси Z

В случае осесимметричного аналиэатоРа а = 7а = Г и Ра =1 °

Экспериментальная проверка способа осуществлялась с использованием осесимметричного анализатора типа трехмерной ловушки с га =19 мм и расстоянием между торцовыми электродами

38 мм, В качестве детектора ионов использовалась сборка из микроканальных пластин. При U =250 В, 0 =

=163 В,а0 ap„ --63 В (по сравнению с случаем ь11„ „=1)) относительная высота пиков 18, 28,32,40 а.е.м. оставалась неизменной, а высота пиков 29,27,39, 43,44 уменьшалась в 3-4 раза.

1267512

П,-V . Z .; Р, = . / x., 1+Р

all - — — - -— --— -- - (o„-U,3

Р 1 Р+ П где U„- .потенциал, подаваемый на кольцевой электрод во время ускорения, В, »жри

Ктду (Рис, g

Составитель Н. Катинова

Редактор А. Ревин Техред A„Êðàâ÷óê Корректор И. Демчик

Заказ 5786/52 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 направлении торцовых электродов, а после прохождения ими торцовых электродов заряженные частицы тормозят разностью потенциалов, определяемой соотношением

Ф вЂ” потенциал, подаваемый на торцовые электроды во время ускорения, $

Х и Y - расстояния от центра анализатора до поверхности кольцевого электрода по осям М,У

Z — расстояние от центра анализатора до поверхности торцового электрода по оси Z