Датчик квадрупольного фильтра масс

 

Союз Советских

Социалистических

Республик »711647 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)M. Кл.

Н 01 J 39/36

G 01 Й 27/62

В 01 I) 59/44 (22) Заявлено 11.10.76 (21) 2411900/18 25 с присоединением заявки l6

Государственный комитет

СССР до делам изобретений и отнрытий (23) Приоритет

Опубликовано 25.01.80 Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 28..01 80 (53) УДК 621.384 (088.8) (72) Автор изобретения .

Э. П. Шеретов

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) длтчик квлдРУпопьного ФипьтРА NAcc

Изобретение относится к области ,масс-спектрометрии и может быть использовано при создании квадрупольных масс-спектрометров с высоким разрешением и чувствительностью.

Известны датчики квадрупольного фильтра масс, которые состоят из четырех цилиндрических либо гиперболических стержней (1)

Известен датчик квадрупольного фильт-, ра масс четырех попарно противоположных стержней f2) . Стержни цилиндрические, постоянного сечения. Между двумя парами стержней (противоположные стеРжни электРически соединяются вместе) подается переменный с постоянной составляющей потенциал. В результате этого в объеме между стержнями образуется плоское квадрупольное поле (поле вдоль оси стержневой системы отсутствует) . При этом анализируемые частицы двигаются вдоль стержневой системы с постоянной составляющей скорости вдоль ее оси. Недостатком известного устройства является постоянство скорости двйжения заряженных частиц вдоль оси системы и, как следствие этого, большая длина стержневой системы даже при средних разрешающих способностях прибора.

Цель изобретения — создание такого устройства датчика квадрупольного фильтра масс, в котором Ри той же разрешающей способности прибора значительно уменьшалась бы длина стержневой системы, либо увеличивалась разрещакхцая способность при сохранении длины стержней.

Указанная цель достигается тем, что образующие рабочих поверхностей одной пары противоположно расположенных стержней вдоль оси системы являются сходящимися на величину аХ, а образующие рабочих поверхностей второй пары стержней в том же направлении являются ра".ходящимися на величину b, Ó, определяемую соотношением: g у=(2у.т

ЬУ)= b,X (2х - Х), где Х1 и У1 минимальное расстояние между соответ4, из (5) имеем;

Вводим обозначения

45 ствующими стержнями на входе системы по координатам ХУ. В поперечном сечении стержни могут являться ограниченными гиперболами.

В рабочем объеме предлагаемого датчика распределение потенциала описывается уравнением % (Х, J, 7. J = fc3 (X -, -У +д ), (j.), где Х, У, Z нормированы на расстояние между стержнями l- при Z O Уравйение для электрода датчика стержней определяется парой уравнений:

+ 3 =Х -> +8m (2)

Уравнения (2) описывают в плоскости, перпендикулярной оси 2., гиперболы с зависимым Q T - параметром. х - =+ ) д2- сЫ

Из (3) видно, что при Д =О предлагаемая система вырождается в известную, т. е. известная электродная система является

20 частным случаем предлагаеллой. Из (3) видно, что расстояние между парой электродов, расположенных по оси Х (при

d ) О и l. 7 0 ),сувеличением д . уменьшается:

Х =l-g2., а между парой, расположенный по оси

g, — увеличивается:

32 = 3+dr.

Из ((.) следует, что в предлагаемом датчихе в отличие от известного вдоль оси " существует постоянное (не зависимое от Х и J ) поле, в зависимости от знака д ускоряющее либо тормозящее для анализируемых частиц.

В соответствии с ((.) уравнеием движения вдоль оси Z можно записать в виде

° d ã 40

Z )(O-2g cos2(t+9 )j=o, (()

Be U 4а где О= к .р. Я -, р., . о о получаем решения уравнения (4) в виде

Ъ t(-P si Ц1- Р,ф ОО52(й+ЧОЪ

Л < }ЪГ

- оь а (О1 (5) I, Наиболее эффективно предлагаемый 55 способ может быть использован при отражении частиц от потенциального барьера и возвращении их во входную область стержневой системы. Йля времени отра" о " о POLYOT Po (нотр++Y )=О

{б) поскольку для высоких разрешений прибо6 5500++, YYo o ((< получаем с высокой точностью

4 нотр= Z Po М в таком случае, принимая, что отражение частиц происходит в конце стержневой системы получаем: ах (Таким образом, выбирая соответствующую величину d можно за счет торлхох(ения частиц вдоль оси 7 значительно увеличивать время взаимодействия частиц с полем и, соответственно, разрешающую способность устройства. При фиксированной разрешающей способности прибора можно значительно уменьшить требуемую длину стержневой системы датчиха.

На чертеже изображен общий вид элек тродной систел(ы предлагаемого устройства. датчик состоит из четырех стержней

1,2,3 и 4. Противоположно расположенные стержни 1,3 и 2 и 4 электрически соединяются и между этими парами подается высокочастотная с постоянной составляющей разность потенциалов. Расстояние между противоположно расположенными стержнями на входе системы и на выходе соответственно различно.

При этом из рисунка видно, что если при движении вдоль оси Z,- . Z расстояние между одной парой стержней увеличивается, то при этом расстояние между поверхностями другой пары — уменьшается.

Ионный поток вводится в датчик вдоль оси Z-; ». При прохождении вдоль стержневой системы заряженные частицы сортируются по массам и улавливаются располагаемым за стержнями коллектором ионов. Кроме приведенного на рисунке примера выполнения предлагаемого устройства, возможно выполнение стержней в виде конусов с малой хонусностью, При малой входной энергии ионов и больших рабочих напряжениях на стержнях можно стержни выполнять в виде цилиндров, но делать расстояние между стержнями переменным в соответствии с принципом, изложенным выше.

Использование предлагаемого устро йства, талим образом, позволяет либо в

2 раза сократить длину стержневой системы при тех же параметрах масс-фильтров, либо при той же длине в 4 раза

5 7116 увеличить разрешающую способность прибора. Если положить постоянными и разрешающую способность и длину стержней, то использование предлагаемого устройства позволяет почти в 4 раза увеличить допустимый разброс по экергиям для входного ионного тока, что минимум во столько же раз увеличивает чувствительность прибора.

i0

Формула изобретения

1. Датчик квадрупольного фильтра масс, состоящий из четырех попарно ротивоположных друг другу стержней, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и уменьшения габаритов датчика, образующие рабочих поверхностей одной пары про20 тивоположно расположенных стержней .вдоль оси системы являются сходяшимися на величину h X, а образующие рабочих поверхностей второй пары стержней в том же направлении являотся расходящимися на величину Ь 9, определяемую соотношением где Х и >< — минимальное расстояние между соответствующими стержнями на входе системы по координатам

Х и

2. Датчик по ц. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что в поперечном cmeнии стержни являются ограниченными гиперболами.

Источники информации, принятые во вшпмание при экспертизе

1. Слободенюк Г. И. "Квадрупольные масс-спектрометры", Атомиздат, 1974.

2. Патент США Л1 2.950.389, Н 01 Х 39/36, 1960.

Составитель H. Алимова

Редакто -С. т «евский ТехРед Л. АлфеРова . КоРРектоР О. Ковинская

Заказ 9023/40 . Тираж 844 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4