RU2497226C1 - Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2497226C1 RU2497226C1 RU2012116433/07A RU2012116433A RU2497226C1 RU 2497226 C1 RU2497226 C1 RU 2497226C1 RU 2012116433/07 A RU2012116433/07 A RU 2012116433/07A RU 2012116433 A RU2012116433 A RU 2012116433A RU 2497226 C1 RU2497226 C1 RU 2497226C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- frequency
- discrete
- along
- grounded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области фокусировки, энерго и масс-анализа заряженных частиц в линейных высокочастотных электрических полях и может использовано для улучшения конструкторских и коммерческих характеристик приборов для микроанализа вещества. Технический результат - усовершенствование конструкции электродных систем для образования двумерных линейных высокочастотных электрических полей с целью достижения при изготовлении высокой точности реализации их расчетной геометрии с помощью современных технологий. Способ основан на формировании на плоских поверхностях дискретно-линейных распределений высокочастотного потенциала с помощью параллельных емкостных делителей. Система состоит из 3-х плоских электродов, одного заземленного и двух с противофазными дискретно-линейными распределениями вдоль одной оси высокочастотных потенциалов. Дискретные электроды выполнены из тонких диэлектрических пластин с нанесенными на них проводящими поверхностями. Внешние поверхности разделены по диагонали на две половины, одни из которых заземлены, а к другим приложены высокочастотные потенциалы. Внутренние поверхности, гальванически не соединенные с другими частями анализатора, образованы из равномерно распределенных вдоль одной оси проводящих полосок. Между внутренними и внешними проводящими поверхностями образуются емкостные делители высокочастотного напряжения с линейно изменяющимся по одной координате коэффициентом деления. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области фокусировки, энерго и масс-анализа заряженных частиц в линейных высокочастотных [ВЧ] электрических полях и может быть использовано для улучшения конструкторских и коммерческих характеристик приборов для микроанализа вещества. Задачу образования двумерных линейных электрических полей для радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов с протяженными вдоль оси дрейфа ионов рабочими областями можно решить с помощью систем из гиперболических электродов [1] или плоских дискретных и непрерывных [2, 3, 4]. Использование гиперболических электродов нерационально из-за значительных размеров анализатора по всем трем осям. Способы и устройства, предлагаемые в [2, 3, 4], решают проблему габаритных размеров, но не вполне совершенны с конструкторско-технологической точки зрения из-за сложности достижения требуемой точности геометрических параметров дискретных электродов. В качестве прототипа принята система из плоских дискретных электродов, образованных из равномерно распределенных вдоль оси Z не эквипотенциальных элементов [2]. На дискретных поверхностях в плоскостях x=±x0 такой системы с помощью делителей напряжения из n=n/Δy одинаковых емкостей или индуктивностей создается дискретно-линейные по оси Y распределения ВЧ напряжения, образующее в рабочем пространстве |x|<x0, 0≤y<y0 двумерное линейное электрическое поле.
Практическая реализация таких электродных систем для анализаторов заряженных частиц высокого разрешения R>103 затрудняется сложностью изготовления в вакуумном варианте высокоточных (относительная погрешность δ<10-3) элементов делителей ВЧ напряжения.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструкции электродных систем анализаторов заряженных частиц с двумерными линейными электрическими полями с целью достижения высокоточной расчетной геометрии при их практической реализации с применением современных технологий обработки диэлектрических поверхностей и нанесения на них проводящих покрытий.
При создании дискретно-линейных распределений ВЧ потенциала в плоскостях x=±x0 радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов с помощью емкостных делителей линейность распределения зависит от точности емкостей делителей. В линейном последовательном делителе ВЧ напряжения (Фиг.1, а) все емкости имеют одинаковое значение С0.
Отклонения значения одной емкости искажает распределение потенциала всего делителя. В ионно-оптических системах с линейными ВЧ электрическими полями из-за конструктивных ограничений емкость C0 последовательного делителя не может превышать единиц пФ. При этом на распределение потенциала в делителе будут в сильной степени влиять паразитные связи элементов делителя с другими элементами конструкции электродных систем. Поэтому в анализаторах с протяженными в вдоль одной координаты рабочими областями с помощью последовательных емкостных делителей сложно получить линейность распределения потенциала с погрешностью ниже уровня δφ<10-2.
Параллельные линейные делители ВЧ напряжения (Фиг.1, б), составляются из емкостей, величина которых изменяется в зависимости от их номера i по линейным законам:
где Сm - наибольшее значение емкости делителя ВЧ напряжения, Δy=y0/n - шаг дискретности проводящих поверхностей, n - число дискретных элементов поверхностей. Параллельные делители с емкостями формируют в плоскостях х=±x0 дискретно-линейные по оси Y распределения ВЧ потенциалов, определяемые выражением:
Линейность распределений потенциала не нарушается, если ко всем емкостям С1i добавляется постоянная величина Сn, так как и в этом случае значение знаменателя С2i+С1i+Сn остается постоянным при всех i.
Формирование дискретно-линейных напряжений с помощью параллельных емкостных делителей дает ряд преимуществ с точки зрения их практической реализации:
- все напряжения ui формируются независимыми друг от друга элементами делителей и поэтому погрешность емкости С1i или С2i искажает распределение потенциала только i-ой точке, т.е. погрешности распределения имеют локальный характер;
- в параллельных делителях ВЧ напряжения достаточно простыми методами минимизируются и учитываются емкостные связи между заземленными и незаземленными элементами делителей;
- для практической реализации параллельных емкостных делителей ВЧ напряжения могут использоваться современные технологии формирования на диэлектрических основах проводящих поверхностей с высокоточными геометрическими параметрами, что позволяет создавать ионно-оптические системы из плоских дискретных электродов с отклонениями распределения ВЧ потенциала от линейного ниже уровня δφ<10-3.
Способ образования двумерного линейного высокочастотного поля на основе параллельных емкостных делителей напряжения заключается в создании в плоскостях x=±x0 двух дискретных поверхностей, составленных из n=y0/Δy равномерно с шагом Δy распределенных по оси Y проводящих полосок шириной Δyn<Δy, первые из которых шириной Δyn/2 заземлены, а остальные гальванически не соединены с другими проводящими, поверхностями, одной в плоскости y=0 непрерывной заземленной поверхности с размерами 2x0, L, по осям X, Z и четырех непрерывных поверхностей треугольной формы в плоскостях x=±(x0+d), где d<<x0, две из которых с координатами вершин (x0+d; 0; Δz), (x0+d; y0; L), (x0+d; 0; L) и (-x0-d; 0; Δz), (-x0-d; y0; L), (-x0-d; 0; L), где Δz≥2d, заземлены, а к двум другим с координатами вершин (x0+d; 0; 0), (x0+d; y0; 0), (x0+d; y0; L-Δz) и (-x0-d; 0; 0), (-x0-d; y0; 0) (-x0-d; y0; L-Δz) приложены противофазные высокочастотные потенциалы u1=u и u2=-u. Пространство между проводящими поверхностями, лежащими в плоскостях x0 и x0+d, -x0, и - x0-d заполняют диэлектриком. Между проводящими полосками и поверхностями треугольной формы образуются емкости С1i и С2i, значения которых изменяются в соответствии с выражением (1). При этом распределение потенциала на проводящих полосках в зависимости от их номера i будет подчиняться линейному закону (2).
Схема электродной системы для образования двумерного линейного высокочастотного поля в рабочей области -x0<х<х0, 0≤y<y0, построенная по принципу параллельно емкостного делителя ВЧ напряжения, показана на Фиг.2. Система состоит из заземленного электрода 1 с размерами 2x0, L по осям X, Z и двух плоских дискретных электродов 2, 3 с размерами y0, L по осям Y, Z. Электроды 2, 3 выполнены в виде диэлектрических пластин толщиной d с нанесенными на них с обеих сторон тонкими проводящими поверхностями 4, 5, 6. Проводящие поверхности на внешних сторонах электродов 2, 3 состоят из двух частей 4 и 5 в форме прямоугольных треугольников, разделенных зазорами Δz<<L. Поверхности 4 электродов 2, 3 заземлены, а на поверхности 5, подаются противофазные ВЧ напряжения u1=-u2. На внутренние поверхности 6 электродов 2, 3 нанесены параллельные оси Z длиной L, шириной Δyn=Δy-h проводящие полоски 7 с зазорами между соседними полосками величиной h<<Δy. Первые проводящие полоски дискретных поверхностей 6 электродов 2, 3 имеют ширину Δyn/2 и заземлены. Между проводящими полосками 7 и проводящими поверхностями 4, 5 образуются емкости С1i.С2i, величина которых зависит от площадей перекрытия S1i и D2i полосок с поверхностями 4 и 5.
В этом случае емкости C1i и С2i будут являться функциями координаты yi:
где С0=εε0(Δy-n)·L/d, ε0=8.85·10-12 Kл2/Нм2, ε - относительная диэлектрическая проницаемость пластин. При этом в соответствии с (2) ВЧ потенциал полосок будет линейно зависеть от координаты y.
Таким образом плоские диэлектрические пластины с проводящими покрытиями, изображенные на Фиг.2, выполняют функцию параллельных емкостных делителей ВЧ напряжения. При этом на проводящих полосках в соответствии с (2) будут создаваться ВЧ напряжения, изменяющиеся в зависимости от координаты yi по линейному закону, а в рабочей области -x0<x<x0, 0≤y<y0 образуется двумерное линейное ВЧ электрическое поле.
Достоинство предлагаемой электродной системы заключается в возможностях достижения высокой линейности (с погрешностью δφ<10-3) распределения потенциала в рабочих областях при минимальных размерах анализаторов по оси X.
Это достигается за счет:
- простой и технологичной конструкции анализаторов из плоских электродов.
- регулярной геометрии поверхности дискретных электродов.
- минимизации влияния заземленных элементов анализатора на распределение потенциала в ВЧ делителе и учета этого влияния путем коррекции величины емкостей С1i.
- отсутствие влияния взаимных емкостей между элементами дискретного электрода на линейность распределения ВЧ потенциала в делителе.
Для устранения накопления зарядов и установки постоянных потенциалов на элементах дискретных поверхностей они могут соединяться с заземленными электродами или с источниками постоянного напряжения через высокоомные сопротивления.
Простые и технологичные устройства, основанные на предлагаемом способе образования двумерных линейных электрических полей с помощью' плоских непрерывных и дискретных проводящих поверхностей, нанесенных на диэлектрическую пластину, позволяют создавать эффективные ионнооптические системы фокусировки, энерго и масс-анализа заряженных частиц для конкурентоспособных аналитических приборов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мамонтов Е.В., Гуров B.C., Дягилев А.А., Грачев Е.Ю. Масс-разделение ионов по времени пролета в радиочастотных двумерных линейных электрических полях. Масс-спектрометрия 2011, т.8, №8, с.195-200.
2. Патент RU №2327245 от 03.05.2006, Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления.
3. Патент RU №2387043 от 10.04.2008, Способ формирования линейного поля и устройство для его осуществления.
4. Патент RU №2422939 от 25.11.2009, Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления.
Claims (2)
1. Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля, заключающийся в создании в плоскостях x0=±x0 двух дискретных поверхностей с размерами y0 и L по осям Y, Z, составленных из параллельных оси Z проводящих элементов, равномерно с шагом Δy распределенных по оси Y, и в плоскости y=0 непрерывной заземленной поверхности с размерами 2х0, L по осям X, Z, отличающийся тем, что используют дискретные поверхности, состоящие из n=y0/Δy проводящих полосок, первые из которых шириной Δyn/2 заземлены, а остальные Δyn<Δy гальванически не соединены с другими проводящими поверхностями, а также четыре непрерывные в форме треугольников поверхности в плоскостях х=±(х0+d), где d<<x0, две из которых заземленные с координатами вершин (х0+d; 0; Δz), (х0+d; y0; L), (xQ+d; 0; L) и (-х0-d; 0; Δz), (-х0-d; y0; L), (-x0-d; 0; L), а две другие с противофазными высокочастотными потенциалами u1=u и u2=-u с координатами вершин (х0+d; 0; 0), (x0+d; y0; 0), (х0+d; y0; L-Δz) и (-х0-d; 0; 0), (-х0-d; y0; 0), (-x0-d; y0; L-Δz), где Δz<<L, причем пространство между проводящими поверхностями, лежащими в плоскостях х0 и х0+d, -х0 и -х0-d, заполняют диэлектриком.
2. Устройство для образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля, содержащее в плоскостях х=±х0 дискретные электроды с размерами y0 и L по осям Y, Z, составленные из равномерно с шагом Δy распределенных по оси Y проводящих элементов, и в плоскости y=0 заземленный электрод с размерами 2х0 и L по осям X, Y, отличающееся тем, что используют два дискретных электрода, составленные из n=у0/n тонких металлических полосок, первые из которых шириной Δyn/2 заземлены, а остальные шириной Δyn<Δy гальванически не соединены с другими электродами и источниками высокочастотного напряжения; а также используют два заземленных электрода в форме треугольников с координатами вершин (х0+d; 0; Δz), (х0+d; y0; L), (x0+d; 0; L) и (-х0-d; 0; Δz), (-х0-d; y0; L), (-х0-d; 0; L) и два электрода с противофазными высокочастотными потенциалами u1=u, u2=-u в форме треугольников с координатами вершин (x0+d; 0; 0), (х0+d; y0, 0), (x0+d; y0; L-Δz) и (-х0-d; 0; 0), (-х0-d; y0; 0), (-х0-d; y0; L-Δz), причем пространство между электродами, расположенными в плоскостях х0 и x0+d, -х0 и -x0-d, заполняют диэлектриком.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116433/07A RU2497226C1 (ru) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116433/07A RU2497226C1 (ru) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2497226C1 true RU2497226C1 (ru) | 2013-10-27 |
Family
ID=49446875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116433/07A RU2497226C1 (ru) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2497226C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2618212C2 (ru) * | 2015-07-22 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления |
RU2634614C1 (ru) * | 2016-12-16 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществления |
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005114723A1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-01 | Mattson Thermal Products Gmbh | Determining the position of a semiconductor substrate on a rotation device |
WO2006075189A2 (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2327245C2 (ru) * | 2006-05-03 | 2008-06-20 | Евгений Васильевич Мамонтов | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления |
US7851745B2 (en) * | 2008-12-12 | 2010-12-14 | Thermo Finnigan Llc | Flat plate FAIMS with lateral ion focusing |
RU2422939C1 (ru) * | 2009-11-25 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления |
-
2012
- 2012-04-25 RU RU2012116433/07A patent/RU2497226C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005114723A1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-01 | Mattson Thermal Products Gmbh | Determining the position of a semiconductor substrate on a rotation device |
WO2006075189A2 (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2327245C2 (ru) * | 2006-05-03 | 2008-06-20 | Евгений Васильевич Мамонтов | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления |
US7851745B2 (en) * | 2008-12-12 | 2010-12-14 | Thermo Finnigan Llc | Flat plate FAIMS with lateral ion focusing |
RU2422939C1 (ru) * | 2009-11-25 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
RU2618212C2 (ru) * | 2015-07-22 | 2017-05-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления |
RU2634614C1 (ru) * | 2016-12-16 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nishiyama et al. | Capacitance of a strip capacitor | |
US7675031B2 (en) | Auxiliary drag field electrodes | |
RU2497226C1 (ru) | Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления | |
Sato et al. | A numerical analysis of accumulated surface charge on dc epoxy rrsin spaces | |
EP2779206B1 (en) | A method of processing image charge - current signals | |
Wu et al. | Simulations of electrode misalignment effects in two-plate linear ion traps | |
CN103294873B (zh) | 一种电晕放电空间电流体的模拟方法 | |
Nikolaev et al. | Evaluation of major historical ICR cell designs using electric field simulations | |
Sreekumar et al. | A quadrupole mass spectrometer for resolution of low mass isotopes | |
EP2706557A2 (en) | Dynamically harmonized ft-icr cell with specially shaped electrodes for compensation of inhomogeneity of the magnetic field | |
RU2422939C1 (ru) | Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления | |
RU2327245C2 (ru) | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления | |
CN106249052B (zh) | 一种电容式电压互感器杂散电容计算方法 | |
RU2693570C1 (ru) | Многоэлектродная гармонизированная ионная ловушка кингдона со слившимися внутренними электродами | |
WO2015008371A1 (ja) | イオン移動度分離装置 | |
Lisowski et al. | Effective area of thin guarded electrode in determining of permittivity and volume resistivity | |
Chavez | Accurate complex permittivity measurement with two-electrode contact-free apparatus | |
Kowal et al. | Interpretation of processes at positive and negative electrode by measurement and simulation of impedance spectra. Part I: Inductive semicircles | |
RU2387043C2 (ru) | Способ формирования двумерного линейного поля и устройство для его осуществления | |
Abdel-Salam et al. | Discharges in air from point electrodes in the presence of dielectric plates-theoretical analysis | |
Sheretov et al. | Hyperboloid mass spectrometers for space exploration | |
RU2444083C2 (ru) | Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления | |
RU156466U1 (ru) | Конструкция многосекционного гиперболидного масс-анализатора | |
Mamontov et al. | A radio-frequency time-of-flight mass analyzer of ions with planar discrete electrodes | |
RU2565602C1 (ru) | Устройство для образования двумерных линейных электрических полей |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150426 |