Ан ссср i т;^н'"^:--^1

 

254l94

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Goes Советских

Социалистических

Рвслубли«

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 21.XI.1968 (№ 1283959/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 07.Х.1969. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 18.III.1970

Кл. 421, 3/09

МПК G 01п

УДК 543.51(088.8) Комитет ло делам яаобретеиий и открытий ари Совете Мииистров

СССР!,е

А. Ф. Борнгардт, Л. К. Галль, А. М. Могильницкий и В. А; Павленко, .„,, Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения AH СССР

Авторы изобретения

Заявитель

МАСС-CII EKTPOMETP

Известны масс-спектрометры, содержащие источник ионов, статический масс-анализатор и приемник ионов. Выходная щель источника ионов вырезает из потока ионов пучок в виде узкого прямоугольника.

В известных масс-спектрометрах разрешающая способность определяется размером объекта (т. е. шириной выходной щели источника ионов). Значительная коллимация ионного тока в источнике ионов при получении высокой разрешающей способности, т. е. при малых размерах объекта, приводит к понижению интенсивности ионного пучка и тем самым к снижению чувствительности м ассспектрометра.

Предлагаемое устройство отличается тем, что,на выходе источника ионов и входе прием ника ионов установлены кодирующая н декодирующая маски с тождественными системами отверстий. Отверстия на маске выполнены в форме узких параллельных щелей, отстоящих друг от друга на расстояниях, пропорциональных квадратным, корням из ряда простых чисел. Щели могут быть расположены по одной из диагоналей смежных прямоугольников, высоты которых равны между собой и параллельны магнитному полю анализатора, а длины пропорциональны квадратным корням из ряда простых чисел. В другом варианте исполнения маски могут содержать множество мелких отверстий произвольной формы, распределенных по всей плоскости масок по закону случайных чисел.

Эти особенности позволяют повысить раз5 решающую способность масс-спектрометра без снижения его чувствительности.

На чертеже изображена схема масс-спектрометра. Он содержит источник ионов 1 с маской 2, масс-анализатор 8 и приемник

10 ионов 4 с маской 5.

Устройство работает следующим образом.

Маска 2 вырезает из потока ионов ряд параллельных друг другу пучков. Эти пучки, проходя масс-анализатор 8, разделяются в

15 пространстве в зависимости от массы ифокусируются в фокальпой плоскости масс-анализатора, где установлен приемник ионов 4 с маской 5, тождественной маске 2 источника.

Пучки ионов массы ms воспроизводя в пло20 скости фокусировки форму и расположение щелей и отверстий маски 2, полностью проходят на коллектор приемника ионов 4 через отверстия тождественной маски 5. В то же время пучки ионов массы m>, смещенные от

25 ионов массы пг.. на величину дисперсии анализатора, не проходят на коллектор приемника ионов, задержанные маской.

Наиболее простой реализацией описанного масс-спектрометра является применение реЗ0 шеток (масок), содержащих ряд параллель254l94 иых щелей, находящихся друг от друга на расстояниях, пропорциональных квадратным корням из простых чисел.

Выбор такого размещения щелей связан с тем, что при смещении одной маски относительно наложенной на нее другой в направлении, перпендикулярном высоте щелей, только однажды должно достигаться совпадение всех щелей. При всех остальных значениях смещения должно совпадать минимально возможное число щелей. Если в пределах фокусируемого к выходной щели пучка можно установить, пользуясь кодом «ряд корней из простых чисел», У щелей шириной d, интенсивность полного пучка ионов будет определяться суммарным током ионов через все щели, а разрешающая способность — попрежнему шириной одной щели, т. е.

1 = Nj S.

ЬМ 2d

Если же уменьшить ширину каждой из N щелей в N раз, интенсивность потока ионов, определяемая суммой шири и всех щелей, не изменится, а разрешающая способность и в ю лм га

2—

N т. е. увеличится в N раз, Например, если принять d= 1, а ширину пучка ионов у коллимирующей решетки за

1000 d (что реально для существующих ионно-оптических систем источников ионов), то, пользуясь кодом «ряд корней из простых чисел», можно установить 80 щелей. Соответственно разрешающая способность (или чувствительность) может быть увеличена в 80 раз (т. е. почти на два порядка).

Описанная конструкция решеток (масок) может быть применена тогда, когда диапазон интенсивностей ионных пучков различных масс невелик (не более 25 при 80 щелях). Такое ограничение динамического диапазона объясняется тем, что каждый из ионных пучков создает на выходе масс-спектрометра за счет действия решеток не оди н пик напряжения, а множество. Соотношение амплитуд основного пика к боковым и определяет динамический диапазон, В случае описанной конструкции решеток боковые пики отделяются друг от друга и могут быть приняты за основные пики соседних масс малой интенсивности.

Если необходимо расширить динамический диапазон, можно применить другую конструкцию решеток, обеспечивающую отличие основного пика от боковых. Такая решетка представляет собой ряд щелей, расположенных по одной из диагоналей смежных прямоугольников, высоты которых равны между собой и параллельны магнитному полю анализатора, а длины пропорциональны квадратным корням из,простых чисел, При наклонном расположении щелей, процесс наложения можно рассматривать как ряд последовательных наложений бесконечно малых по высоте вертикальных щелей. В каждый из моментов времени соблюдаются все соотношения, выведенные для вертикальных щелей. При этом общая площадь всех щелей к ю и

p=z stn arctg—

S= — Ы

10 Р где d — ширина щели;

Й вЂ” вертикальный размер прямоугольника, диагональю которого являются щели;

15 n — число щелей; р — длина прямоугольника, принимающая значения, пропорциональные квадратным корням из ряда простых чисел от к до е.

При и наклонных щелях выигрыш в интенсивности будет с и

r=a saba arctg—

25 где 1 — интенсивность при одной вертикальной щели шириной d;

1 — интенсивность при п щелях шириной а,.

Выигрыш в разрешающей способности будет

R л — = п sin arctg —, r l где r — разрешающая способность при одной вертикальной щели шириной nd;

R — разрешающая способность при и

40 щелях с наибольшим наклоном на угол а = arctg h/1, где l — наибольшее значение из ряда квадратных корней из простых чисел.

45 Поскольку высота прямоугольников h намного больше их длины р (р,* =1), выигрыш в чувствительности или разрешающей способности при использовании этой конструкции решеток мало отличается от предыдущего

50 случая. В то же время боковые пики выходного напряжения, получаемые в масс-спектрометре, содержащем решетки с наклонными щелями, не разделяются, а сливаются в медленно меняющийся уровень напряжения, на

55 фоне которого основные пики могут быть легко выделены на скорости нарастания. Поиск оптимальной конструкции представляет значительные. затруднения, как в плане теоретической разработки, так и в технической реа60 лизации. Теоретически близкой к оптимальной является конструкция решетки, нредставляющая собой множество отверстий круглого или прямоугольного сечения,,расположенных по всей плоскости решетки по закону случай65 ных чисел.

254194

Предмет изобретения ( б б

Составитель Н. В. Алимова

Техред T. П. Курилко

Редактор Б. Б. Федотов

Корректоры; А. Николаева и М. Коробова

Заказ 386/4 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушскал наб., д. 4,:5

Типо гр афи я, пр. С а пунова, 2

1. Масс-спектрометр, содержащий источник ионов, статический масс-анализатор и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности, на выходе источника ионов и на входе приемника ионов соответственно установлены кодирующая и декодирующая маски с тождественными системами отверстий.

2. Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что отверстия на масках выполнены в форме узких параллельных щелей, отстоящих друг от друга на расстояниях, пропорциональных квадратным корням из ряда простых чисел.

3. Масс-спектрометр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отверстия на масках выполнены в форме узких щелей, расположенных по одной из диагоналей смежных прямоугольников, высоты которых равны между собой и параллельны магнитному полю анализатора, а длины пропорциональны квадратным

10 корням из ряда простых чисел.

4. Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что маски содержат отверстия произвольной формы, распределенные по всей плоскости масок по закону случайных чисел.