Квадрупольныи масс-спектрометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< .оюз Советских

Социалистических

Республин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 17.IX.1971 (№ 1699748/26-25) с присоединением заявки №

Приор,итет

Опубликовано 10.VIII.1973. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 19.XII.1973

М. Кл. G 01i1 27 62

В 0.1(1 59/44

Гооударственный комите1

Совета Министров СССР па делам изааретений и открытий

УДК 621.384.8.08(088.8) Авторы изобретения

А. Ф. Кузьмин и Н. А. Холин

Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения АН СССР

Заявитель

КВАДР У ПОЛ ЬН Ы Й МАСС-СП ЕКТРОМ ЕТР

Изобретение относится к масс-спектрометрам квадрупольного типа.

Квадрупольные масс-спектр о метры имеют высокие аналитические характеристики только при большой однородности гиперболического квадрупольного поля анализатора. Однако на входе известных квадрупольных масс-анализаторов существует краевое поле. 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 масс-спектрометра. Следовательно, при анализе ионов в известном квадрупольном масс-спектрометре большая часть ионного пучка теряется в момент ввода его в анализатор.

Целью изобрстепия является повышение чувствительности и разрешающей способности масс-спектрометра.

Согласно изобретению, цель достигается благодаря тому, что концы стержней анализатора выполнены в виде поверхностей, ооразованных вращением поперечного сечения электродов вокруг оси симметрии указанного сечения. Концы стержней заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора. В точке соприкосновения вершин конусов имеются отверстия для ввода и вывода ионов. Стержни анализатора могут иметь как круглое, так и гиперболическое сечение.

Это позволяет исключить влияние краевого поля на вводимый и выводимый ионные пучки.

На фиг. 1 изображен предлагаемый массспектрометр; на фиг. 2 показана траектория ионов.

10 На входе и выходе анали атора создают неоднородное трехмерное поле 1 с помощью выполненных в виде тел вращения 2 торцов электродов 8 анализатора, экранированных по поверхности нулевого потенциала 4 трехмерного поля. Поверхность нулевого потенциала трехмерного поля соединяется с поверхностью нулевого потенциала анализатора в плоскости главных сечений тел вращения 2 и выполнена так, что градиент потенциала трехмерного по20 ля в указанной плоскости равен градиенту потенциала поля 5 анализатора. Пучок ионов вводят через центр экрана, где потенциал электрического поля близок к потенциалу экрана, так что ионы практически сразу по25 падают в область однородного гиперболического двухмерного поля 5 анализатора. При этом внешняя бесполевая область перед экраном обеспечивает центральный ввод ионного пучка в анализатор без пересечения краевого

30 поля, которое в известных квадрупольных

393662 масс-анализаторах имеет продольную глубину, равную по крайней мере диаметру поля.

Траектория ионов в поле квадрупольного анализатора представляет собой высокочастотные колебания, огибающая которых имеет характер 5 биений, показанный на фиг. 2. Период биений

Т является функцией параметров поля, удельного заряда ионов е/т и их аксиальной скорости. Ионы одного удельного заряда, входящие в однородное поле анализатора с разбро- 10 сом по углу, но с одинаковой аксиальной скоростью, фокусируются в узлах биений а, б.

Узлы а, кратные половине периода биений, представляют собой мнимые фокусы, узлы б, кратные целому периоду биений,— действитель- 15 ные фокусы. Равенство или кратность периодов биений во взаимно перпендикулярных плоскостях приводит к двойной фокусировке в действительном фокусе. Равенство или кратность полупериодов биений во взаимно пер- 20 пендикулярных плоскостях обеспечивает двойную фокусировку в мнимом фокусе.

В предлагаемом масс-спектрометре легко использовать условия двойной фокусировки ионов, так как ионы от входа до выхода ко- 25 леблются в однородном гиперболическом квадрупольном поле. Вывод пучка ионов в действительном или мнимом фокусе входного отверстия анализатора с выполнением условий двойной фокусировки улучшает аналитические ха- 30 рактеристики масс-спектрометра — увеличивает разрешающую способность, улучшает форму массовых пиков.

Преимущества предлагаемого масс-спектрометра следующие: 35 а) более высокая чувствительность, обеспечиваемая тем, что ионы вводятся непосредственно в однородное гиперболическое поле массанализатора без пересечения краевого поля; б) более высокая разрешающая способность, обеспечиваемая двойной фокусировкой ионов в точке их вывода; в) уменьшенная потребляемая мощность высокочастотного генератора, обеспечиваемая возможностью снижения частоты переменного напряжения при уменьшении аксиальной составляющей скорости для получения одинаковой разрешающей способности (потребляемая мощность пропорциональна частоте в пятой степени).

Предмет изобретения

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 увеличения разрешающей способности, концы стержней анализатора выполнены в виде поверхности, образованной вращением поперечного сечения электродов вокруг оси симметрии указанного сечения, и заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора, и в точке соприкосновения вершин конусов имеющие отверстия, перед которыми установлены на входе источник ионов, а на выходе приемник ионов.

393662

Составитель Н. Алимова

Техред Е. Борисова

Редактор T. Орловская

Корректор Е, Хмелева

Типография, пр, Сапунова. г

Заказ 3399/13 Изд. № 918 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4(5