SU1453477A1 - Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в приборостроении при производстве гиперболоидных масс-спектрометров типа ионной ловушки, а также в исследовательских лаборатори х. использующих данные устройства. Цель изобретени  - увеличение разрешающей способности и чувст1вительности гиперболоидных масс-спектрометров типа ионной ловушки. Способ заключаетс  в том, что вывод отсортированных в устройстве ионов осуществл ют за счет действи  дополнительного продольного высокочастотного пол . При этом происходит дополнительна  селекци  ионов в анали заторе и вывод тс  ионы, дЛ  которых выполн етс  условие резонанса дополнительного высокочастотного пол  с соответствующей гармоникой основного пол . Дл  более тонкого разделени  отсортированных в анализаторе ионов используют дополнительное разделение их по энерги м и времени пролета , либо провод т изменение частоты дополнительного пол  во врем  вывода ионов. 1 с и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л

Description

й

)4

Изобретение относитс  к области масс-спектрометрии и может быть использовано при создании гиперболоид- ных масс-спектрометров с высокой раз- решающей способностью и чувствит€:ль- ностью.

Цель изобретени  - создание способа анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ло- вушки, обеспечивающего повышение разрешающей способности и чувствительности масс-спектрометра.

На фиг. 1 приведена диаграмма стабильности дл  трехмерного осесиммет- ричного анализатора; на фиг. 2 - рассчитанные зависимости пронормированных относительно невозмущенного случа  максимальных за врем  вывода значений амплитуд колебаний ионов в про- дольном направлении и их кинетичес- |сих энергий от положени  рабочей точки на диаграмме стабильности при наличии дополнительного, продольного

пол  на фиг. 3 - схема питани  ана- лизатора по предлагаемому способу.

Если между торцовыми электродами гиперболоидного осесимметричного анализатора подать противофазную разность потенциалов, то в первом приближении эта разность потенциалов создает дополнительное продольное поле. Во врем  сортировки два частных решени  уравнени  Матье, определ ющие вид траектории частицы вдоль оси Z, имеют вид:

t-ею

z,(T) Z-C r-cos (2г- -/}рт-ftf ;

Te-oe

Z(T) (2r-h/i,)T +CP,

.

где - весовые коэффициенты спектральных составл ющих; tf - начальна  фаза. Если в конце сортировки включить дополнительное выcoкoчacfoтнoe поле с частотой

fnpoA с,(т +/57./гЬ то это поле начнет резонировать с

соответствующей гармоникой основного пол  и в решени х по в,п ютс  резонанные члены с амплитудой, растущей по времени. В первом приближении они запишутс  как

Z CT) - KTsin(ucp)Z,(T); zIz.(T) KTcosC Mf)U2(T),

с

5 0

5

0

0

е

где К - коэффициент, определ емый

граничными услови ми; utf - разность начальных фаз основного и подкачивающего сигнала. Это значит, что ионы, дл  которых выполн ютс  услови  резонанса, начнут быстро выводитьс  из объема анализатора .

На фиг. 2а показана зависимость относительной амплитуды колебаний ионов от положени  их рабочей точки на диаграмме стабильности при наличии дополнительного продольного пол  (7 0,44, Т 60Г, ,, 0,04). Видно, что при предлагае-. мом способе осуществл етс  избирательное увеличение амплитуды колебаний ионов Z по сравнению с невозмущенным случаем , что приводит к их резонансному выводу с разрешением 40 на полувысоте пика. При резонансе увеличиваетс  как координата резонансных частиц, так и их энерги  (см. фиг. 2б). Разрешение по энерги м на уровне 1/2 пор дка 60. В таком случае, если за выходным торцовым электрод ом расположить селектор по энерги м, то можно дополнительно увеличить разрешающую способность прибора. Так как при наложении не- :Скольких сепарирующих процессов общее разрешение определ етс  произведением разрешений каждого из них в отдельности, то общее разрешение в рассматриваемом случае будет 2400 на полувысоте массового пика. Поскольку сам процесс селективного дывода начинаетс  с некоторого момента времени , то разрешение можно несколько повысить введением дополнительной сортировки по времени пролета, так как резонансные ионы имеют большую энергию и поэтому выйдут из анализа- с тора первыми.

Если накопление и сортировку частиц в -анализаторе, осуществл ть при малом угле наклона линии развертки спектра масс (даже при - О (см. фиг. О), то к моменту начала селективного вывода в рабочем объеме анализатора находитс  широкий спектр ионов, обладающих, в основном, значительно меньшими амплитудами колебаний , чем при традиционной работе у вершины диаграммы стабильности (в 2-3 раза при начальной фазе образовани  гГ/2). В этих услови х можно, перестраива  частоту продольного до5

0

полнительного пол , по усмотрению оператора селективно выводить нужные ионы в сторону детектора в нужной последовательности, практически не измен   количество удерживаемых ионо других масс. Чувствительность прибора при этом соответственно в 2-3 раза выше, чем при работе традиционным способом. Так как при вызванном пред ложенным способом резонансе увеличиваютс  в основном лишь продольные составл ющие амплитуд и скоростей колебаний частиц и практически не измен ютс  радиальные, то при выводе резонансные ионы выход т из-анализатора с малыми углами, что облегчает сбор их на вход детектора и соовет- ственно способствует повьппению чувствительности масс-спектрометра.

Дл  реализации предлагаемого спр- соба достаточно, как это показано на фиг. 3, где изображены кольцевой и торцовые 2 электроды, подсоединить торцовые электроды 2 анализатора к парофазному выходу генератора высокочастотного напр жени  3 с измен емой частотой. На кольцевой электрод 1 подаетс  высокочастотный сигнал от перестраиваемого по частоте генерато ра 4 с посто нной составл ющей от генератора 5.

Предлагаемый способ позвол ет следующее .

На пор док увеличиваетс  разрешение масс-спектрометров типа трехмерной ловушки за счет наложени  несколких процессов сепарации: сортировки по удельным зар дам, традиционной дл  данных приборов, сепарации по энерги м, сепарации по времени пролета и резонансной сепарации в дополнительном продольном высокочастотном поле.

Более чем в 2-3 раза увеличиваетс  чувствительность масс-спектромет- .ра за счет уменьшени  углов вылета ионов из анализатора и уменьшаетс  угол наклона линии развертки спектра масс во врем  традиционной сортировки частиц по удельным зар дам.

Резко расшир ютс  функциональные возможности масс-спектрометра за сче по влени  возможности избирательно.

по усмотрению оператора, выводить ионы из анализатора, что, например, позвол ет использовать такой прибор дл  нанесени  композиционных пленок и их легировани  в микроэлектронике путем ионной эпитаксии и имплантации .

Claims (4)

1. Способ анализа ионов в гипер- болоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, заключающийс  в ионизации г аза в рабочем объеме анализатора , сортировке образующихс  ионов и выводе анализируемых частиц в измерительное устройство, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  разрешающей способности и чувствительности, вывод анализируемых частиц осуществл ют селективно путем создани  в рабочем объеме анализатора дополнительного продольного высокочастотного пол  с частото продМ

«род,

fe(r +

Р,/2),

где fg - частота рабочего высокочастотного напр жени , подаваемого на электроды анализатора

г - целое число, включа  0; (2 параметр стабильности траектории анализируемых ионов, определ емый положением их рабочей точки на диаграмме стабильности.

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что во врем  вывода дополнительно производ т сортировку выход щих из анализатора ионов по энерги м.

3.Способ по п. 1,отличаю щ и и с   тем, что во врем  вывода дополнительно производ т сортировку выход щих из анализатора ионов по времени пролета.

4.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что во врем  вывода осуществл ют изменение частоты ополнительного высокочастотного продольного пол  f,

прол

0.7 0,9д,

i/lff уОтн.еЗ

а

as 0.6 a q. 0.5 o 0.7

Фие.2

fpus.l

l/Пн. отн. eS

т zoo .