Пйтерво-тешмнм

 

О П И С А Н И Е 379279

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистикескил

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 06.ЧИ.1971 (№ 1678835/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 20.1Ч.1973. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 26.Ч1.1973

М. Кл. В 010 59/44

G 01п 27/62

Комитет по делам иаобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.384.8.08(088.8) . :::::СОЮЗ 1-1А Я

: 1;й И9-ПНИ%У Ф

БИБЛИОТЕКА

Б. С. Кривцов, А. Ф. Кузьмин, В. Н. Махов, В. А. Павленко, А. А. Рассадин, А. Э. Рафальсон, Н. К. Самойленко, Н. А. Холин и М. Д. Шутов

Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения

AH СССР

Авторы изобретения

Заявитель

КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к масс-спектрометрии.

На входе любого квадрупольного анализатора всегда существует краевое поле, которое ионы неизбежно пересекают при их вводе в анализатор. В этом поле стабильные ионы оказываются принципиально нестабильными, амплитуда их колебаний нарастает экспоненциально с числом колебаний в краевом поле, что приводит к резкой потере чувствительности.

Разрешающая способность квадрупольного масс-анализатора определяется числом колебаний, которое совершают ионы за время их движения через анализатор. Поэтому как увеличение частоты переменного напря?кения, так и уменьшение аксиальной составляющей скорости ионов приводит к увеличению разрешающей способности. Но это неизбежно ведет к потере чувствительности из-за увеличения числа колебаний ионов в краевом поле.

Предлагаемый квадрупольный масс-спектрометр отличается тем, что в область анализатора со стороны его входа и выхода введены экраны под нулевым потенциалом, боковые стенки которых установлены вдоль плоскостей нулевого потенциала и заходят тонкостенной частью внутрь анализатора на величину не менее половины расстояния между противолежащими стержнями. Каждый экран снабжен| щелью, расположенной по оси анализатора, против которой в экранированной области установлен источник (или приемник) ионов, а стержни анализатора, лежащие вне экранированной области, удлинены вдоль экрана на величину не менее суммы длины щели и половины расстояния между противолежащими

cTpp?KHHMH. Это позволяет исключить влияние краевого поля.

10 На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый масс-спектрометр; на фиг. 2 показаны возможные варианты формы экранов.

Квадруполный масс-спектрометр содержит источник 1 ионов; масс-анализатор, состоящий

15 из четырех квадрупольных стержней 2, 3, 4, 5 и экрана 6; приемник 7 ионов.

Огибающая колебаний стабильных ионов в квадрупольном поле анализатора в плоскости, проходящей через оси стержней, к которым

20 подводится постоянный отрицательный потенциал, представляет собой периодические биения, не симметричные относительно оси ачализатора, совпадающие по знаку с вектором начальной скорости ионов в первый полупери25 од и противоположные ему во второй полупериод и т. д. Ионы одного удельного заряда е/m, входящие в однородное гиперболическое поле анализатора через точку, лежащую на оси анализатора, и имеющие одинаковую ак30 сиальную скорость независимо от угла входа, 379279 фокусируются на оси анализатора в узлах биений. Узлы, кратные половине периода биений, представляют собой мнимые фокусы, кратные целому периоду биений — действительные фокусы.

В предлагаемом квадрупольном масс-спектрометре используют указанный характер тра-екторий ионов, Ионный пучок вводят из экранированной области через щель в экране непосредственно в однородное поле анализатора под углом к его оси. Ионы, вошедшие в анализатор, совершают колебания в однородном гиперболическом поле над экраном, огибают экран так, что их первый мнимый фокус лежит в области однородного поля внутри анализатора за пределами экрана, и проходят анализатор; ионы выделенной массы достигают приемника ионов. Так как ионы не пересекают краевого поля в процессе их ввода в анализатор, возможен| ввод ионов с малой ак- 20 сиальной составляющей скорости, а также возможно увеличение частоты переменного напряжения с целью повышения разрешающей способности масс-спектрометра без потери чувствительности. 25

Краевое поле имеется также и на выходе масс-анализатора и приводит, хотя и в меньшей мере, к потере чувствительности. Поэтому на выходе масс-анализатора, с целью исключения влиян ия краевого поля, может быть З0 введен экран, полностью аналогичный экрану, установленному на входе, щель которого расположена на оси анализатора на расстоянии, кратном целому числу полупериодов биений.

Экраны на выходе и входе анализатора мо- 35 гут быть выполнены таким образом, что угол между внешними продольными поверхностями экрана, лежащими в плоскостях нулевого потенциала, может быть равен 270, 180 или 90 (см, фиг. 2, а — в). 40

Предлагаемый квадрупольный масс-спектрометр имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с известными: более высокую чувствительность, обеспечиваемую исключением влияния краевого поля

4 на вводимый в масс-анализатор и выводимый из него ионный пучок; более высокую разрешающую способность вследствие отсутствия ионов, движущихся по оси анализатора с векторами скорости, параллельными его оси,,которые принципиально не разделяются из-за отсутствия действующих на них сил; отсутствие помех на приемнике ионов, обусловлен ных излучением катода, .вследствие того, что приемник ионов не находится в зоне прямой видимости катода; уменьшенную потребляемую мощность высокочастотного генератора из-за возможности снижения частоты переменного напряжения при соответствующем уменьшении аксиальной составляющей скорости для получения одинаковой разрешающей способности (потребляемая мощность W сильно зависит от частоты f генератора; W = а/5, где а — коэффициент пропорциональности) .

Пр едм ет изобретения

1. Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор, состоящий из параллельных стержней, симметрично расположенных вокруг центральной оси, и приемник ионов, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния краевого поля, в области масс-анализатора с двух его сторон вдоль плоскости нулевого потенциала установлены экраны, заходящие внутрь анализатора и имеющие щели, расположенные по оси ан ализатора, противев которых в экранированной области установлены источник и приемник ионов соответственно, а стержни анализатора, лежащие вне экранированной области, удлиBBHbI вдоль экрана на величину, превышающую длину щелей.

2. Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что экраны выполнены в виде тонкостенного угольника.

3. Масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что поверхность экрана выполнена плоской.