RU2239910C2 - Времяпролетный масс-спектрометр - Google Patents
Времяпролетный масс-спектрометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239910C2 RU2239910C2 RU2001130673/28A RU2001130673A RU2239910C2 RU 2239910 C2 RU2239910 C2 RU 2239910C2 RU 2001130673/28 A RU2001130673/28 A RU 2001130673/28A RU 2001130673 A RU2001130673 A RU 2001130673A RU 2239910 C2 RU2239910 C2 RU 2239910C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- ion
- mass
- field
- source
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Назначение: масс-спектрометрия преимущественно для космических исследований и для применения в других областях при условиях жестких ограничений массы и габаритов. Сущность изобретения: времяпролетный масс-спектрометр снабжен нелинейным масс-рефлектроном, с пленочным покрытием, задающим необходимую структуру отражающего поля, коаксиально расположенными приемником и источником ионов, позволяющим получать пакеты ионов с малой дисперсией по энергиям. 3 ил.
Description
Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований.
Известен времяпролетный масс-спектрометр, содержащий мишень, ускоряющие сетки выталкивающего промежутка, электростатический линейный отражатель, приемник ионов (статья: Мамырин Б.А., Шмикк Д.В. Линейный масс-рефлектрон - ЖЭТФ, 1979, т.76, в.5, с.1500-1505). За счет использования линейно изменяющегося электрического поля в масс-рефлектроне достигается более высокое значение разрешающей способности по сравнению с классической схемой масс-спектрометра при тех же габаритах и потенциале ускоряющего промежутка.
Более совершенным является масс-спектрометр с нелинейным по продольной оси электрическим полем отражателя (статья: Глащенко В.П., Семкин Н.Д. "Пространственно-временная фокусировка ионов, выталкиваемых из протяженной области ионизации". ЖТФ, т.57, вып.6, 1987).
Недостатками аналога являются низкая чувствительность и низкая разрешающая способность в области тяжелых масс ионов, обусловленные значительным разбросом пакета анализируемых ионов по энергиям, за счет дискретного исполнения полезадающих колец отражателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому масс-спектрометру является выбранный в качестве прототипа времяпролетный масс-спектрометр (патент: Н 01 J 49/40 №1651327, опубл. БИ №19, 23.05.91 г., Г.Г.Манагадзе). Времяпролетный масс-спектрометр, у которого сеточная сборка источника ионов с целью повышения чувствительности выполнена в виде кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру детектора, а в трубке установлена коаксиальная цилиндрическая система, внутренний и внешний диаметр которой соответственно равен внутреннему и внешнему диаметру сеточной сборки источника ионов.
Недостатком прототипа являются невозможность формирования нелинейных полей в масс-рефлектроне за счет использования кусочно-линейного принципа образования поля и вследствие этого недостаточно высокая разрешающая способность прибора при жестких массогабаритных ограничениях, большая дисперсия ионов, генерируемых источником по энергиям.
Цель изобретения - создание устройства для анализа нейтрального газа ионов с более высоким разрешением, высокой чувствительностью при минимизации массогабаритных характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что в времяпролетном масс-спектрометре, содержащем источник ионов, расположенные коаксиально внутри приемника ионов отражатель и трубку дрейфа, отражатель выполнен в виде сплошной резистивной пленки с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля, нанесенной на диэлектрическое основание.
Сущность устройства поясняется чертежами, где
на Фиг.1 изображена схема времяпролетного масс-спектрометра,
на Фиг.2 - сечение отражателя,
на Фиг.3 - зависимость потенциала электростатического поля от продольной щнаты в отражателе.
Времяпролетный масс-спектрометр содержит трубку дрейфа 1, источник ионов 2, установленный в центре мишени и содержащий управляющую сетку 3, ускоряющую сетку 4, выходную сетку 5, нагреватель 6, отражатель 7, источник тока нагревателя 8, источник тока и напряжения 9 отражателя, источник напряжения 10 управляющей сетки, источник изменяемого во времени импульсного напряжения 11, сетку 12, ограничивающую трубку дрейфа со стороны выхода, сетки 13, ограничивающие нелинейный отражатель 14, пленку с резистивным покрытием 15, наклеенную на внутреннюю поверхность отражателя, собирающий электрод 16, приемник ионов 17 в виде микроканальной пластины.
Управляющая сетка 3, ускоряющая сетка 4 источника ионов 2 соединены с источником напряжения 10 и изменяемым во времени импульсным источником 11, выходная сетка 5 соединена с выталкивающей сеткой 12, нагреватель 6 соединен с источником тока 8, нагреваемый отражатель электронов 7 соединен с источником напряжения тока 9.
Для повышения точности формирования нелинейного отражающего электростатического поля на внутреннюю поверхность отражателя нанесена сплошная резистивная пленка с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля. Более точная структура и отсутствие дискретных участков в отражателе позволяет повысить чувствительность и разрешающую способность масс-спектрометра по сравнению с прототипом. Наличие плавного изменения электростатического поля отражателя уменьшает пространственные аберрации ионов, что повышает разрешающую способность масс-спектрометра. Зависимость потенциала поля, формируемого тонкопленочным отражателем, от продольной координаты для осевого случая можно записать следующим образом:
где а - скорость частицы после ускоряющего участка, стартовавшей с начала координат с нулевой начальной скоростью,
L1 - длина пути в однородном поле;
φ 1 - потенциал выталкивающего поля.
Время пролета отсчитывается от момента подачи импульсного напряжения Uкл на управляющую сетку до регистрации частицы детектором. Зная энергию иона, с которой он вошел в участок дрейфа, и время его пролета в приборе, можно определить его массу.
Масс-спектрометр работает следующим образом.
Ионы, образованные в источнике 2, с энергией ≈ 30 эВ дрейфуют в бесполевом пространстве трубки дрейфа 1, попадают под действие нелинейного поля в масс-рефлектроне, отражаются и, пройдя бесполевое пространство в обратном направлении, регистрируются в приемнике 17.
Обычное состояние ионного источника показано сплошной линией на диаграмме потенциалов (Фиг.1). Электроны, генерируемые нитью накала 6, запираются в объеме накала потенциалами отражателя и управляющей сетки 3 (Фиг.1). В этот момент на управляющей сетке 3 низкий потенциал, равный опорному напряжению источника 10, который препятствует генерации ионов. Активное состояние источника ионов показано пунктирной линией. При этом электроны выбрасываются к ускоряющей сетке 4, где попадают в тормозящее поле между ускоряющей и выходной 5 сетками, разворачиваются и возвращаются к накалу. Таких эволюций каждый электрон может сделать несколько. Участок возврата показан на графике жирной линией (φ ). Если ионы образовались на участке, показанном пунктирной линией, то поле ускоряет их в противоположном направлении. При подаче ускоряющего импульса Up от блока 10 на сетку 4 пакет ионов уходит в область тормозящего поля. На участке разворота электрона его энергия будет равна:
где UИП - напряжение источника питания ионной пушки;
UУСК - ускоряющее напряжение;
Х - глубина проникновения электрона в ускоряющее поле;
L1 - расстояние между ускоряющей сеткой 4 и выходной сеткой источника ионов 5.
Эффективное сечение ионизации электронным ударом:
где С - константа;
J - потенциал ионизации атома.
Координата, на которой вероятность ионизации становится равной нолю, получается из уравнения (1) при ε е≈ J
Таким образом, полная ширина зоны ионизации равна Хгр. Из (2) видно, что необходимую Хгр легко получить подбором UУСК, L1 и Uип. Это является одним из преимуществ данного источника ионов, тогда как местные источники традиционного типа для получения тонкого электронного листа должны быть изготовлены с прецизионной точностью, а также необходимо использование фокусирующих систем. Вторым преимуществом является совместимость ускоряющего промежутка с электронным пучком, что упрощает электронную схему источника и позволяет получить более высокое разрешение анализатора спектра. Возможно получение ионного пучка со строго заданным распределением по энергии. Кроме того, при этом принципе получения ионов попадание электронов в объем анализатора спектра затруднено, что значительно уменьшает уровень шумов на входе приемника (3-4 иона в секунду).
Теоретические и натурные исследования показали, что применение в конструкции масс-спектрометра источника ионов новой конструкции в сочетании с тонкопленочным нелинейным отражателем позволяет повысить чувствительность и увеличить разрешающую способность в области тяжелых масс ионов в 1,5 раза. При общих габаритах d=80× 240 мм и размерах источника ионов d=20× 30 мм практическое разрешение составило 550-570 (см. ст. Глащенко В.П., Семкин Н.Д. "Пространственно-временная фокусировка ионов, выталкиваемых из протяженной области ионизации". ЖТФ, т.57, вып.6, 1987).
Claims (1)
- Времяпролетный масс-спектрометр, содержащий коаксиально расположенные источник ионов, приемник ионов, трубку дрейфа и отражатель ионов, отличающийся тем, что отражатель выполнен в виде сплошной резистивной пленки с нелинейным осевым распределением потенциала электростатического поля, нанесенной на диэлектрическое основание.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001130673/28A RU2239910C2 (ru) | 2001-11-12 | 2001-11-12 | Времяпролетный масс-спектрометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001130673/28A RU2239910C2 (ru) | 2001-11-12 | 2001-11-12 | Времяпролетный масс-спектрометр |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001130673A RU2001130673A (ru) | 2003-07-20 |
RU2239910C2 true RU2239910C2 (ru) | 2004-11-10 |
Family
ID=34309743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001130673/28A RU2239910C2 (ru) | 2001-11-12 | 2001-11-12 | Времяпролетный масс-спектрометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2239910C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504045C2 (ru) * | 2012-04-11 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным отражателем |
RU2744235C2 (ru) * | 2018-10-04 | 2021-03-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Девайс Консалтинг" | Способ преобразования непрерывного потока ионов в источниках с ионизацией при атмосферном давлении в импульсный |
RU2769377C1 (ru) * | 2021-07-13 | 2022-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Времяпролетный масс-спектрометр |
RU225173U1 (ru) * | 2023-09-01 | 2024-04-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Времяпролетный масс-спектрометр |
-
2001
- 2001-11-12 RU RU2001130673/28A patent/RU2239910C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504045C2 (ru) * | 2012-04-11 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным отражателем |
RU2744235C2 (ru) * | 2018-10-04 | 2021-03-03 | Общество с ограниченной ответственностью "Девайс Консалтинг" | Способ преобразования непрерывного потока ионов в источниках с ионизацией при атмосферном давлении в импульсный |
RU2769377C1 (ru) * | 2021-07-13 | 2022-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Времяпролетный масс-спектрометр |
RU225173U1 (ru) * | 2023-09-01 | 2024-04-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Времяпролетный масс-спектрометр |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7141785B2 (en) | Ion detector | |
Mamyrin et al. | The mass-reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution | |
US7564026B2 (en) | Linear TOF geometry for high sensitivity at high mass | |
US6974957B2 (en) | Ionization device for aerosol mass spectrometer and method of ionization | |
US5032722A (en) | MS-MS time-of-flight mass spectrometer | |
Chait et al. | A time-of-flight mass spectrometer for measurement of secondary ion mass spectra | |
US7589319B2 (en) | Reflector TOF with high resolution and mass accuracy for peptides and small molecules | |
JPH0468740B2 (ru) | ||
SU1681340A1 (ru) | Способ масс-спектрометрического анализа по времени пролета непрерывного пучка ионов | |
GB2250632A (en) | Tandem mass spectrometry | |
US5905259A (en) | Linear time-of-flight mass spectrometer with high mass resolution | |
US6906318B2 (en) | Ion detector | |
US3576992A (en) | Time-of-flight mass spectrometer having both linear and curved drift regions whose energy dispersions with time are mutually compensatory | |
Sigaud et al. | A novel double-focusing time-of-flight mass spectrometer for absolute recoil ion cross sections measurements | |
US5120958A (en) | Ion storage device | |
JPH11297267A (ja) | 飛行時間型質量分析装置 | |
US7385188B2 (en) | Linear electric field time-of-flight ion mass spectrometer | |
RU2239910C2 (ru) | Времяпролетный масс-спектрометр | |
US6469296B1 (en) | Ion acceleration apparatus and method | |
US8314381B2 (en) | Reflector for a time-of-flight mass spectrometer | |
US7388193B2 (en) | Time-of-flight spectrometer with orthogonal pulsed ion detection | |
RU87565U1 (ru) | Фотоэмиссионный электронный спектрометр | |
WO2004025249A2 (en) | Spectrograph time of flight system for low energy neutral particles | |
US7381945B2 (en) | Non-linear time-of-flight mass spectrometer | |
CA2457522C (en) | Ion detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041113 |