Способ масс-спектрометрического анализа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН HSI

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ

356547

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 09.Ч1.1971 (№ 1668277/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 23.Х.1972. Бюллетень № 32

Дата опубликования опп|сания ЗО.Х1.1972

М. Kë. 6 01п 27, 62

B 01d 59/44

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министрав

СССР

УДК 621.384(088.8) Автор изобретения

А. Ф. Кузьмин

Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения AH СССР

Заявитель

СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Изо бретение относится к масс-спектро метрии и связано с улучшен ием раз рентающей способноси1 циклоидального мас -спектром етр а.

Масс-cllleKòðoìåòð ц икло11дальиого типа основан на разделении ионов с .различными удельными зарядами во взаимно перпенд1кулярных ад но родных электрссческом и магии пном полях.

Известен способ масс-спектрометрпческого анал и за, по которому пучок ионо1в вводят в область циклоидального масс-анализатора и реги1стрируют ионы .выделенной массы.

При строгой взаимной ориентации и достаточной однородности мапнит ного и электрического полей единственной причиной, препятствующей увеличению разрешающей способности циклоидального анализатора, является объемный заряд ионов. Взаимное электростатическое расталкивание HQIHoв при их движен1ии в анализаторе пртвводит к смещению ионов от центра ионного пучка в напра1влении к его границам. В результате это ведет к уширению пучков в фокальной плоскости и,нарушен1ию .фокусиров1кат.

Отличительной особенностью предлагаемого способа я1вляется то, что осуществляют ввод ионов в анализатор параллельным пучком, с разбросом по энергиям входа в пределах не менее нескольких сотых долей и не более половины от их средней энергии. Такой прием при1водит к умеренному расширеiltHIo Il) чка AII 3<31 . то чкой Bxo+2 11 точкоЙ фо куса. Шир1ина пучка в любом из его попереч5 ны < сечений оказьквается больше, чем его ширина на входе в анализатор, и в этом случае пересечением траекторий B промежуточ.ных точках пучка ложно пренебречь.

Изобретение позволяет значительно повы10 сить разрешающую способность м асс-спек тролетр ического анализа в цнклоидальном

M à cIc-спектром етр е.

Есл и в ц иклоидальный анализатор вводят монохроматический пучок ионов, имею15 щих разбросы по углу входа, то объемное расталкивание частиц пучка (ионов) вызы.вает размытие изображеския в фо1кально1"1 ,плоскости, величина которого в пер1вом прн ,ближеяи1и, равна удвоенной величине размытия изображения в статическом 180 -ном магнитном масс-с1пектрометре с радиусом траектории, равным среднему радиусу кри.визны rрохоиды.

На фиг. 1 показаны траектории частиц пучка иовов с разбросом по углу входа; на .фиг. 2 — то же с разбросом по скоростям ,входа.

На фнг. 1 точка 1 — вход ионов в перекрестные поля, 2 4 — траектории монохрома30 т11ческих ионов одной и той же массы для

356547 углов входа, соответственно равных О, — ц II а, 5 — точка фокуса этих ионов в отсутствие объем ного заряда. Полагая, что угол расходимости пучка 2а в плоскости траектории невелик, и рассматривая некий достаточно тон,кий слой б полеречного сечен|ия пучка, пер пенди куляр ный его центральной траектории ,(траектории для и = 0), несложно видеть, что на ибольшим возмущениям подвергаются ионы, образующие границу пучка. На эти 1о часпи цы силы отталки вания действуют нелрерывно и:в на пра влен ии от центральной траектории, вызывая их удаление от гра ничной траекто рии, которая имела бы место в отсутствиями объемного заряда. Траектории 15 возмущенных граничных частиц пучка представлены кривыми 7 и 8, à то чки 9 и 10— .первые пересечения с осью ОХ. Вследствие ,воздействия объемного заряда частицы внешней траектории пересекают ось ОХ на более далеком, а частицы внутренней траектории— на более близком расстоянии от точки входа, чемI,B отсутствии объемного заряда. Анализ ,показывает, что вел ичи на н направление акорости возмущенных частиц в точках 9 и

10 блнзкн к величине и на правле нию окоро,сти частиц в точках Il и 12, если бы возму .щение отсутствовало.

Предположим сначала, что после пересе- gp чения оси ОХ, объемный заряд пучка на части цы больше не действует. Тогда частица из тонии 9 пойдет по траекторин И .в точку 14, из точками 10 — iIIo траектории 15 в точку 16, так что отрезок 11 — 9 окажется ра вным от- 35 ,резку 5 —,14, а отрезок 70 — 12 — отр езку

16 — 5. Это вызовет раэмытие изображения на величину интервала между точками 16 и 14; равную 2 3х.

Теперь учтем, что после пересечения оси 40

ОХ действие объемного заряда не прекра- щается. Тогда прои движении возмущенных частиц после, пересечения ими осп ОХ, до пх перехода с внешней т раектори и на внутреннюю и наоборот, воздействие сил расталки- 45 ,вання на граничные частицы пуч ка таково, что при водит к сближению точек 14 и !6 с точкой 5, т. е. стремится уменйпить размытие изображения, а после перехода — увеличить это размыпие. В итоге эти два воз- 50 действия частично компенсируют друг друга и размытие остается близким по величине к 2 х.

Если дополнительно к разбросу по углу входящий B анализатор пучок иМеет разбро, сы,по скоростям входа ионов, это приводит к более сложному виду ионных траектории в анализаторе, однако величина размытпя . изображения оказывается и в этом случае бли экой к 2 х.

Рассмотрим теперь случай, когда в ц иклондальный масс-анализатор в|водят параллелвный пучок ионов с разбросом по скоро стям входа. В этом случае траектории частиц имеют впд, показанный на фиг. 2, где 1— точка входа в перекрестные поля анализато,ра, 2 — 4 — соответственно, траектории час тиц со средней, максималыной и минимальной скоростями входа, 5 — точка фокуса в отсутствие объемного заряда. Полагая, что раэбросы по скоростям входа приводят к умеренному расширению пучка, и рассмат:рывая по а налогии с предыдущим случаем воздействие объемного заряда пучка на части цы, находящиеся .в различных его точках, легко видеть, что макоимальное возмущение, как и в,предыдущем случае, испытывают частицы, образующие границу пучка, причем действие сил объемного заряда направлено от центральной траектории 2 (траектория, образованная частицами со средней скоро:стью:входа) к гра н и цам пучка. Вследствие этого характер граничных возмущенных траекторий 7 и 8 и их пер вое пересечение в точках 9 и 10 с осью ОХ аналогично предыду щему случаю.

Од пако,в раосма триваемом случае траек торин пу чка никогда не пересекаются. Это при водит к тому, что внешняя траектория всегда остается, внешней, а внутренняя— внутренней. Еслч, как и в предыдущем рассмотрении, предположить, что после пересечения возму1щен ньрми частицами оси ОХ, объемный заряд иа них более не действует, то,получим в точке фокуса уширение изображен ия, равное расстоянию между точками 16 и 14, т. е. ра|вное 2 х. Однако, неслож но видеть, что воздействие объемного заряда на периферийные частицы пучка после пересечения нми оси ОХ,вызывает эффект, воз,вращающий возмущенные внешнюю и внутреннюю траектории в точку. фокуса, стремясь св6сти ушнрение,к нулю.

Предмет изобретения

С пособ масс-спектрометричеоково анализа, .по которому пучок ионов вводят в область циклоидального масс-а нализатора и ретист3)Hp) ют ионы выделен ной массы, отличаюи(ийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, ионы вводят в массанализатор параллельным пуиком с разбросом по энервиям входа в пределах не менее пескол IaIIx сотых долей и не более половины от нх средней энерги п.

356547! - и I Ры /

Редактор H. Коляда

Корректор T. Гревцова

Заказ 55о/2064 Изд. № 1595 Тираж 406 Подппсное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фнл. пред. «Патеыт».

Ьпп с=01

Составитель Н. Алимова

Техред А. Евдонов