SU1725289A1 - Врем пролетный масс-спектрометр с многократным отражением - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к масс- спектрометрии. Целью изобретени   вл етс  увеличение светосилы и повышение разрешающей способности за счет обеспечени  пространственной фокусировки. Цель достигаетс  тем, что в устройство введены два бессеточных электростатических зеркала, каждое из которых состоит из электродов 3, , 5 и 6, 7, 8 соответственно . Электроды зеркал выполнены в виде пластин, симметрично располо- . женных относительно средней плоскости , а источник 1 и приемник 2 ионов расположены в бесполевом простран- стве между ионными зеркалами. Зеркала обеспечивают многократное отражение ионного пакета. -1 ил. с е (Л

Description

Изобретение относитс  к масс- спектрометрии, физической электрони ке и электронной оптике.

Известны врем пролетные масс- спектрометры с многократным отражением ионного пучка, в которых в качестве отражающих элементов используютс  электростатические зеркала, составленные из электродов, выполненных в виде диафрагм и трубок или в виде сетоко

Зеркала обеспечивают беспреп тственное прохождение ионного пучка, одновременную пространственную фокусировку и врем пролетную фокусировку по энергии второго пор дка. Каждое отражение ионного пучка осуществл етс  отдельным ионным зеркалом что усложн ет конструкцию прибора и накладывает определенные трудности в юстировке при реализации многокраного отражени . Многократное ртраже ние может .осуществл тьс  двум  зеркалами . Отражение ионного пучка в них производитс  электростатическим

-полыми, формируемыми сеточными э л е ктродами. Проход  сквозь эти эле- ктроды, ионный пакет тер ет часть

интенсивности вследствие физическо- го перекрыти  пучка сетками и его рассе ни  на них. Электростатические зеркала обеспечивают только врем пролетную фокусировку. С целью ввода и вывода ионов обеспечиваетс  импульсное питание элек- тродов ионных зеркал, что накладывает дополнительные ограничени  на частоту подачи анализируемых пакетов

, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  верм пролетный масс-спектрометр, содержащий источник и приемник ионо и два ионных зеркала, обеспечивающих многократное отражение ионного пакета Электроды каждого из зеркал выполнены в виде плоских, параллельных одна другрй сеток, наход щихс  под посто нными потенциала- ми. Ионные зеркала расположены по обе стороны от дрейфового.пространства и параллельны между собой.

Недостатком известного прибора  вл етс  то, что на пути движени 

ионного пакета расположены сеточные электроды, которые частично перекры

j

г |

. | .

10

15

20

25

7252894

вают ионный поток из-за ограниченной прозрачности и рассеивают его вслед- I ствие наличи  линзовых эффектов на  чейках сетки. Кроме того, под воздействием ионного потока сами сетки зар жаютс , что приводит к возникновению неконтролируемых потенциалов , ухудшающих характеристики прибора . Сетки в процессе работы подвержены таким  влени м, как провисание , перекосы, вздутие и так Далее , которые также привод т к неконтролируемому изменению электрического пол  Указанные недостатки сетчатых зеркал привод т к уменьшению разрешени  и светосилы, причем при многократном отражении и с учетом того, что ионный поток проходит каждую из сеток дважды, ситуаци  существенно усугубл етс  и становитс  непрогнозируемой. Кроме того, отсутствует пространственна  фокусировка , что определ ет малую его светосилу.

В известном устройстве источник и детектор ионов расположены с двух противоположных сторон пространства, зан того ионными зеркалами и дрейфовым пространством. Такое расположение исключает возможность изменени  числа отражений ионного пакета без нарушени  выбранных начальных параметров ионно оптической схемы. Это накладывает ограничени  на аналитические возможности прибора, так как не позвол ет в процессе работы варьировать величины разрешающей способности и светосилы в зависимости от условий аналитической задачи.

Целью изобретени   вл етс  увеличение светосилы и повышение разрешающей способности путем обеспечени  пространственной фокусировки врем - пролетного масс-спектрометра с многократным отражением.

Во врем пролетном масс-спектрометре с многократным отражением, содержащем источник и детектор ионов и два ионных зеркала, состо щих из электродов, соединенных с источниками посто нного напр жени , каждый из электродов ионных зеркал выполнен в виде пары пластин, симметрично расположенных относительно общей дл  обоих зеркал средней плоскости, при- . чем источник и приемник ионов распо30

5

40

45

50

55

ложены в свободном от пол  пространстве между ионными зеркалами.

Указанные зеркала создают свободный дл  прохождени  ионов йонно-оп- тический тракт. При этом полностью устран ютс  такие характерные дл  сеточных зеркал потери разрешени  и чувствительности, которые св заны с перекрытием пучка, а также с возникновением неконтролируемых зар дов. При этом при определенных соотношени х потенциалов на электродах таких зеркал нар ду с врем пролетной можно обеспечить и пространственную фокусировку ионов на детектор, что устран ет указанный недостаток известного устройства и.приводит к повышению по сравнению с известным разрешающей способности и светосилы во врем пролетном масс-спектр ометре с многократным, отражением с

Расположение источника и детектора ионов в бесполевом пространстве между зеркалами обеспечивает возможность изменени  числа отражений без нарушени  выбранных начальных .параметров ионно-оптическои схемы и качествапространственно-временной фокусировки из-за возможности обеспечени  пространственно-временной фокусировки при каждом отражении (многократна  фокусировка), что расшир ет аналитические возможности i прибора, так как позвол ет в процессе работы, простым перемещением источника или детектора ионов варьировать величины разрешающей способности и. светосилы в зависимости от условий аналитической задачи.

Врем пролетный масс-спектрометр с многократным отражением отличаетс  тем, что каждый из электродов ионных зеркал выполнены в виде пары пластин-, симметрично расположенных относительно общей дл  обоих зеркал средней плоскости, причем источник и .детектор ионов расположены в свободном от пол  пространстве между ионными зеркалами.

Известно использование дл  однократного отражени  во врем пролетном масс-спектрометре одного ионного зеркала, составленного из электродов , выполненных в виде пары пластин симметрично расположенных относительно средней плоскости, которое

25289 6.

обеспечивает в плоскости детектора ионов как пространственную, так и врем пролетную фокусировку. Однако в предлагаемом устройстве два подобных зеркала используютс  дл  многократного отражени  ионных пакетов во врем пролетном масс-спектрометре, причем электроды того и другого зерJQ кала определенным образом ориентированы один относительно другого - они имеют общую плоскость симметрии. Вследствие указанного по вл етс  новое свойство, привод щее к увели5 ченетю разрешающей способности врем - пролетного масс-спектрометра (специфическое расположение электродов обоих зеркал),

На чертеже представлена аналитиче0 ека  часть врем пролетного масс- спектрометра с многократным отражением , общий вид.

Масс-спектрометр содержит источ5 ник 1 ионов, приемник 2 ионов, два идентичных ионных зеркала, каждое из которых состоит из электродов 3-5 и 6-8 соответственно. Каждый эле-, ктрод состоит из двух пластин а и

0 К , параллельных между собой, наход щихс  под одинаковым потенциалом и расположенных симметрично относительно общей дл  обоих зеркал средней плоскости хг, в которой наход тс 

центры выходного и входного окон источника и приемника ионов. Пунктирной линией показана траектори  движени  ионного пакета при многократном отражении . Центры входного и выходного

окон источника и приемника ионов наход тс  на линии СС пересечени  взаимно перпендикул рных плоскостей симметрии ионных зеркал (плоскости xz и ху)о

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Ионный пакет, вылетевший из источника ионов по направлению к одному

из зеркал, отражаетс  в нем и попадает в другое зеркало, отразившись в котором, снова попадает в поле первого зеркала и т.д. В процессе дрейфа ионный пакет расслаиваетс  по

массам и, отразившись многократно в поле ионных зеркал, попадает в приемное окно детектора. При этом дисперси  прибора равна

D

, 9т

km эш

где Т - врем  прохождени  ионами

участка пути, ограниченного плоскостью ху;

m - масса иона

k - число отражений в ионных зеркалах.

Положение источника и приемника ионов выбрано так, что плоскость ху в которой лежат центры входного и .выходного окон источника и приемника , совпадает с главной плоскостью врем пролетной фокусировки, в котоЭт

лТГ О причем специальным выоо

рои

kfct

CJ)

мала по сравнению

бором геометрических и электрических параметров ионных зеркал здесь же обеспечиваетс  одновременно врем - пролетна  фокусировка по энергии

а т

второго пор дка ---- 0 и простЭЕ9 у

ранственна  фокусировка О

ор

ионного пучка в направлении, перпендикул рном к средней плоскости xz, где Ј - начальный разброс энергий в пакете относительно средней энер- гии Р - начальный угол расходимости ионного пакета в плоскости yz.

При этом разрешающа  способность равна

Т R kT((5))где fit - начальна  длительность импульса ,

At1 - врем пролетна  аберраци  третьего пор дка малости по энергии при однократ- . ном отражении.

Величина R увеличиваетс  с.ростом числа отражений до тех пор, пока величина

cut. -....

Перемещение источника или детек- тора ионов в направлении оси х позвол ет использовать масс-спектрометр с различным числом отражений при сохранении выбранных начальных параметров его ионно-оптической схемы, причем качество пространственно-временной фокусировки не нарушаетс . Этим обеспечиваетс  работа при повышенных разрешении или светосиле в завйсимо

сти от условий поставленнойаналитиче- : ской задачи, т.е. расшир ютс  аналитические возможности прибора.

Параметры ионно-оптической схемы, при которых реализуетс  пространственно-временна  фокусировка, наход тс  решением уравнений движени  с учетом распределени  потенциала в средней плоскости ионных зеркал

- (г- у(к) -V. + I (V. - VarctMt- V

ft

t x (V5 - VJatctge1

j()

20

и наложени  условий

0.

25

AET

где V4, V4, V (или соответственно

30

V , V, Vg)- потенциалы на электродах (или 6-8);

рассто ние пластинами электрода j

между каждого

5

0

5

54 ;76

И И

4S 5i7)

I ИЛИ.

ист

И Z

АЕТкоординаты середины межэлектродных щелей ,

врем  пролета ионов с произвольной энергией участка пути, ограниченного плоскостью ху; координаты выходного и входного окон источника и приемника ионов.

Например, прибор содержит трехэлек- .тродное зеркало со следующими парамет- ,|рами: размер электродов 3 и 5 (6 и 8) в направлении оси г не менее 3d, размер электрода А(.7) .- 0,83d, рассто ние от плоскости ху до параллельной ей плоскости, проход щей через ,центр щели между электродами 3 wk (7и 8) равно . Зазор, между электродами составл ет 0,Id.

91725289

нциалов на электров относительных еди

п о и ст бо но во

10

по сравнению с известным вследствие отсутстви  сеток на пути движени  ионного пакета и наличи  пространственной фокусировки светосила при бора увеличиваетс  в 10-20 раз. Одновременно расшир ютс  аналитические возможности прибора.

де eVd - средн   энерги  ионов в пакете} е - зар д иона.

Выбор размера электродов в на- i правлении оси х зависит от максималь-15 но задаваемого числа отражений и угла наклона траектории ионов к оси z в момент вылета их из источника в проекции на среднюю плоскость. В конкретном приборе при п тикратном отражении и угле падени  «3° этот

размер равен 8,5d.

Предлагаемый масс-спектрометр несложен в исполнении, его детали и узлы технологичны. В нем осуществл -

етс  двойна  фокусировка ионного пучка: по времени пролета (с точностью до аберраций второго пор дка малости) .и пространственна  фокуси- о ровка в одном направлений. При этом

20

25

10

10 ф

ормула изобретени 

Врем пролетный масс-спектрометр с многократным отражением, содержащий источник и детектор ионов и два ионных зеркала, состо щих из элек- тродов, соединенных с источником посто нного напр жени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  светосилы и повышени  разрешающей способности путем обеспечени  простра/нственной фокусировки, каждый из электродов ионных зеркале выполнен в виде пары пластин, симметрично расположенных относительно общей дл  обоих зеркал средней плоскости , приЦемз источник и приемник ионов располонййны в свободном от пол  пространстве между ионными зеркалами ..

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Времяпролетный масс-спектрометр с многократным отражением, содержащий источник и детектор Ионов и два ионных зеркала, состоящих из электродов, соединенных с источником постоянного напряжения, обличающийся тем, что, с целью увё2Q личения светосилы и повышения разрешающей способности путем обеспечения пространственной фокусировки, каждый из электродов ионных зеркалё выполнен в виде пары пластин, сим25 метрично расположенных относительно общей для обоих зеркал средней плоскости, примем’источник и приемник ионов расположёны в свободном от поля пространстве между ионными зер30 калами.