Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки

 

Изобретение может быть использовано в приборостроении при производстве гиперболоидных масс-спектрометров типа ионной ловушки, а также в исследовательских лабораториях. использующих данные устройства. Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и чувст1вительности гиперболоидных масс-спектрометров типа ионной ловушки. Способ заключается в том, что вывод отсортированных в устройстве ионов осуществляют за счет действия дополнительного продольного высокочастотного поля. При этом происходит дополнительная селекция ионов в анали заторе и выводятся ионы, дЛя которых выполняется условие резонанса дополнительного высокочастотного поля с соответствующей гармоникой основного поля. Для более тонкого разделения отсортированных в анализаторе ионов используют дополнительное разделение их по энергиям и времени пролета , либо проводят изменение частоты дополнительного поля во время вывода ионов. 1 с и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ц 4 Н 01 J 49/42 с с

i, hi: (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4181031/24-21 (22) 16.01. 87 (46) 23.01,89, Бюл. Р 3 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Э.П.Шеретов, О.В.Рожков, Б,И.Колотилин и А.П.Борисовский (53) 621.384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1233223, кл. Н 01 J 49/42 °

23,05.86.

ПТЭ, 1971, У i, с. 166. (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ИОНОВ В ГИПЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ ТИПА ТРЕХМЕРНОЙ ЛОВУШКИ (57) Изобретение может быть использовано в приборостроении при произ-, водстве гиперболоидных масс-спектро- . метров типа ионной ловушки, а также в исследовательских лабораториях, использующих данные устройства. Пель изобретения — увеличение разрешающей способности и чувствительности гиперболоидных масс-спектрометров типа ионной ловушки. Способ заключается в том, что вывод отсортированных в устройстве ионов осуществляют за счет действия дополнительного продольного высокочастотного поля. При этом происходит дополнительная селекция ионов в анализаторе и выводятся ионы, дЛя которых выполняется условие резонанса дополнительного высокочастотного поля с соответствующей гармоникой основного поля. Для более тонкого разделения отсортированных в анализаторе ионов используют дополнительное разделение их по энергиям и времени пролета, либо проводят изменение частоты дополнительного поля во время вывода ионов. 1 с и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1453477

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано при создании гиперболоидных масс-спектрометров с высокой раз5 решающей способностью и чувствительностью

Цель изобретения — создание способа анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ло- 10 вушки, обеспечивающего повышение разрешающей способности и чувствительЪ ности масс-спектрометра.

На фиг. 1 приведена диаграмма стабильности для трехмерного осесиммет-,15 ричного анализатора; на фиг. 2 — рас: считанные зависимости пронормированных относительно невозмущенного слу: чая максимальных за время вывода зна чений амплитуд колебаний ионов в про- 20 дольном направлении и их кинетичес, ких энергий от положения рабочей точ1 .ки на диаграмме стабильности при наличии дополнительного, продольного поля, на фиг. 3 — схема питания ана- 25 лизатора по предлагаемому способу.

Если между торцовыми электродами гиперболоидного осесимметричного ана, лизатора подать противофаэную разность потенциалов, то в первом приближении эта разность потенциалов создает дополнительное продольное поле. Во время сортировки два частных решения уравнения Матье, опреде-ляющие вид траектории частицы вдоль оси Z, имеют вид:

Ф ОО

Z,(Т) -",> С cos ((2r +Pz)T +gJ, 40

2 (Т) = > С ввп((2в i /Зв)Т +EP)> и а-ОО где С вЂ” весовые коэффициенты спектЬ ральных составляющих;

< — начальная фаза. 45

Если в конце сортировки включить дополнительное высокочастотное поле с частотой прод о (r + Рг./a. ) r то это поле начнет резонировать с. соответствующей гармоникой основного поля и в решениях появляются резонансные члены с амплитудой, растущей по времени. В первом приближении они запишутся как 55

2, (Т) - KTsin(bq )Z< (Т);

Z (T) -. KTcos (g(p ) U@ (T) где К вЂ” коэффициент, определяемый граничными условиями;

6g — разность начальных фаз основного и подкачивающего сигнала.

Это значит, что ионы, для которых выполняютсг. условия резонанса, начнут быстро выводиться из объема анализатора.

На фиг. 2а показана зависимость относительной амплитуды колебаний ионов от положения их рабочей точки на диаграмме стабильности при наличии дополнительного продольного поля (д = 0,44, Т = 60Г, U /Uo

= 0,04). Видно, что прн предлагае-. мом способе осуществляется избирательное увеличение амплитуды колебании ионов Е по сравнению с невозмущенным случаем Z„ что приводит к их резонансному выводу с разрешением

40 на полувысоте пика. При резонансе увеличивается как координата резонансных частиц, так и их энергия (см. фиг. 2б). Разрешение по энергиям на уровне 1/2 порядка 60. В таком случае, если за выходным торцовым электродом расположить селектор по энергиям, то можно дополнительно увеличить разрешающую способность прибора. Так как при наложении нескольких сепарирующих процессов общее разрешение определяется произведением разрешений каждого из них в отдельности, то общее разрешение в рассматриваемом случае будет 2400 на полувысоте массового пика. Поскольку сам процесс селективного вывода начинается с некоторого момента времени, то разрешение можно несколько повысить введением дополнительной сортировки по времени пролета, так как резонансные ионы имеют большую энергию и поэтому выйдут из анализатора первыми.

Если накопление и сортировку частиц в .анализаторе осуществлять при малом угле наклона линии развертки спектра масс (даже при 3 = 0 (см. фиг. 1)), то к моменту начала селективного вывода в рабочем объеме анализатора находится широкий спектр ионов, обладающих, в основном, значительно меньшими амплитудами колебаний, чем при традиционной работе у вершины диаграммы стабильности (в

2-3 раза при начальной фазе образования Ф/2) . В этих условиях можно, перестраивая частоту продольного до1453477 полнительного поля, по усмотрению оператора селективно выводить нужные ионы в сторону детектора в нужной последовательности, практически не

5 изменяя количество удерживаемых ионов других масс. Чувствительность прибора при этом соответственно в 2-3 раза выше, чем при работе традиционным способом. Так как при вызванном пред- 10 ложенным способом резонансе увеличиваются в основном лишь продольные составляющие амплитуд и скоростей колебаний частиц и практически не изменяются радиальные, то при выводе резонансные ионы выходят из. анализатора с малыми углами, что облегчает сбор их на вход детектора и сооветственно способствует повышению чувствительности масс-спектрометра. .20

Для реализации предлагаемого способа достаточно, как это показано на фиг. 3, где изображены кольцевой 1 и торцовые 2 электроды, подсоединить торцовые электроды 2 анализатора к 25 парофазному выходу генератора высокочастотного напряжения 3 с изменяемой частотой ° На кольцевой электрод подается высокочастотный сигнал от перестраиваемого по частоте генерато- 3б ра 4 с постоянной составляющей от генератора 5.

Предлагаемый способ позволяет следующее.

На порядок увеличивается разрешение масс-спектрометров типа трехмерной ловушки за счет наложения нескольких процессов сепарации:. сортировки по удельным зарядам, традиционной для данных приборов, сепарации по, 40 энергиям, сепарации по времени пролета и резонансной сепарации в дополнительном продольном высокочастотном поле.

Более чем в 2-3 раза увеличивает45 ся чувствительность масс-спектромет.ра за счет уменьшения углов вылета ионов из анализатора и уменьшается угол наклона линии развертки спектра масс во время традиционной сортировки частиц по удельным зарядам.

Резко расширяются функциональные возможности масс-спектрометра за счет появления возможности избирательно, по усмотрению оператора, выводить ионы из анализатора, что, например, позволяет использовать такой прибор для нанесения композиционных пленок и их легирования в микроэлектронике путем ионной эпитаксии и имплантации.

Формула и з обретения

1 ° Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, заключающийся в иониэации газа в рабочем объеме анализа1"ора, сортировке образующихся ионов и выводе анализируемых частиц в измерительное устройство, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности, вывод анализируемых частиц осуществляют селективно путем создания в рабочем объеме анализатора дополнительного продольного высокочастотного поля с частотой

Е„, (Гц) и о) о г + Р2 2) где f — частота рабочего высокочасо тотного напряжения, подаваемого на электроды анализатора (Гц);

r — целое число, включая О;

1 — параметр стабильности траектории анализируемых ионов, определяемый положением их рабочей точки на диаграмме стабильности.

2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что во время вывода дополнительно производят сортировку выходящих иэ анализатора ионов по энергиям.

3, Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что во время вывода дополнительно производят сортировку выходящих из анализатора ионов по времени пролета.

4, Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что во время вывода осуществляют изменение частоты дополнительного высокочастотного продольного поля f

0.3

026

ОЯ

-ОЯ

-01

4К„, nmwes

О.f

1453477

У2/у2р, пан. Ы

ОО

100 а7

1453477

Составитель В.Кащеев

Техред П.Сердюкова Корректор В.Вутяга

Редактор С.Патрушева

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7291/49 . Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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