SU1691906A1 - Method of determination of elementary and isotopic composition of substances - Google Patents

Method of determination of elementary and isotopic composition of substances Download PDF

Info

Publication number
SU1691906A1
SU1691906A1 SU894644809A SU4644809A SU1691906A1 SU 1691906 A1 SU1691906 A1 SU 1691906A1 SU 894644809 A SU894644809 A SU 894644809A SU 4644809 A SU4644809 A SU 4644809A SU 1691906 A1 SU1691906 A1 SU 1691906A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
ions
ion
magnetic field
drift
electric field
Prior art date
Application number
SU894644809A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Тувийевич Коган
Анатолий Константинович Павлов
Original Assignee
Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе filed Critical Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе
Priority to SU894644809A priority Critical patent/SU1691906A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1691906A1 publication Critical patent/SU1691906A1/en

Links

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к масс-спектро- метрическим способам исследовани  и может быть использовано дл  измерени  состава редких компонент в геологических породах, метеоритах, полупроводниковых материалах, а также в отходах промышленного производства. Цель изобретени  - повышение чувствительности за счет про- странствен+m- раз дельной временной фокусировки ионов по трем составл ющим скорости. Сущность способа определени  элементного и изотопного состава веществ, включающего образование ионов, формирование сгустка ускоренных ионов ускор ющим электрическим полем, вектор напр женности которого параллелен оси источник ионов - приемник ионов, воздействие на ионы отражающим электрическим полем, противоположным по направлению ускор ющему электрическому полю после их дрейфа, и определение искомого состава после обратного дрейфа ионов состоит в том, что к области движени  ионов прикладывают посто нное однородное магнитное поле, вектор напр женности которого параллелен Силовым лини м ускор ющего и отражающего электрических полей, а величину напр женности магнитного пол  задают в соответствии с соотношением, приведенным в описании изобретени . 1ил (Л СThe invention relates to mass spectrometric survey methods and can be used to measure the composition of rare components in geological rocks, meteorites, semiconductor materials, as well as in industrial waste. The purpose of the invention is to increase the sensitivity due to the space + m-separate time focusing of ions along the three components of the velocity. The essence of the method of determining the elemental and isotopic composition of substances, including the formation of ions, the formation of a bunch of accelerated ions by an accelerating electric field, a vector of intensity parallel to the axis of the ion source — the ion receiver, the impact on the ions by a reflecting electric field opposite to them drift, and the determination of the desired composition after the reverse drift of the ions is that a constant uniform magnetic field is applied to the region of motion of the ions th field, whose field strength vector parallel lines Silovym accelerant and reflecting electric fields, and the value of magnetic field strength set in accordance with the relationship given in the description of the invention. 1il (L S

Description

Изобретение относитс  к масс-спектро- метрическим способам исследовани  и может быть использовано дл  измерени  состава редких компонент в геологических породах, метеоритах, полупроводниковых материалах, а также в отходах промышленного производства.The invention relates to mass spectrometric survey methods and can be used to measure the composition of rare components in geological rocks, meteorites, semiconductor materials, as well as in industrial waste.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности.The aim of the invention is to increase the sensitivity.

На чертеже представлено схематическое изображение масс-спектрометра дл  реализации способа.The drawing shows a schematic representation of a mass spectrometer for implementing the method.

Масс-спектрометр включает источник ионизирующего излучени  1, исследуемый образец 2, систему формировани  и ускорени  сгустка ионов 3, камеру дрейфа ионов 4, к которой приложено посто нное однородное магнитное поле, отражатель 5, приемник ионов 6,The mass spectrometer includes an ionizing radiation source 1, test sample 2, an ion cluster 3 formation and acceleration system, an ion drift chamber 4, to which a constant uniform magnetic field is applied, a reflector 5, an ion receiver 6,

Способ определени  элементного и изотопного состава реализуетс  следующим образом. Исследуемый образец (горна  порода, полупроводниковый материал, метеорит в виде пыли, крошек или целого куска) 2 подвергаетс  воздействию испар ющего и ионизирующего излучени  от источника излучени  (например, лазера ЛТП ПЧ-6 и фок. объектива) 1. Образовавшиес  ионы обладают составл ющими скорости как вдоль оси приемника, так и в перпендио чэThe method for determining the elemental and isotopic composition is implemented as follows. The sample under study (rock, semiconductor material, meteorite in the form of dust, crumbs, or a whole piece) 2 is exposed to evaporating and ionizing radiation from a radiation source (for example, an IFL-6 LTP laser and a focal lens) 1. The resulting ions have components speeds both along the receiver axis and in perpendio che

ю о оu o o o

кул рном направлении. Далее на ионы воздействуют ускор ющим электрическим по- лэм, пчктор напр женности которого параллелен оси источника ионов - приемник ионов. При этом энергию зар женных частиц увеличивают на 1000 эВ. Одновременно с воздействием электрического пол  на ионы начинают воздействовать магнитным полем, вектор напр женности которого параллелен оси источник ионов - приемник ионов. Воздействие на ионы магнитным полем продолжают на прот жении их дрейфа до области отражени . Рассто ние между област ми ускорени  и отражени  составл ет 450 мм. Конструктивно область отражени  выполнена так, чю со стороны дрейфа частиц образован промежуток торможени  электрическим полем, состо щий из двух союк на рассто нии 5 мм. На первой сетке поюмциал равен по(енциалу дрейфового промежутка. На второй - 700 В. На рассто нии 33 мм от второй сетки расположена пластина под потенциалом И 160 В по отношению к дрейфовому промежутку Выбор указанных размеров и значений потенциалов при отражении обеспечивает фокуси- оовку ионов с исходным-.разбросом энергии 20 s 160 эВ После отражени  на ионы воздейсшуют магнитным полем на про г жении дрейфа до приемника. Рассто ние между област ми дрейфа и приемника составл ет 550 мм В качестве приемника ионов компонент низкой распространенности используетс  шевронна  сборка микроканальных пластин.in the cool direction. Next, the ions are acted upon by an accelerating electric field, the intensity of which is parallel to the axis of the ion source — the ion receiver. In this case, the energy of charged particles is increased by 1000 eV. Simultaneously with the action of an electric field, ions begin to be affected by a magnetic field, the intensity vector of which is parallel to the axis of the ion source — the ion receiver. The impact on the ions by the magnetic field continues throughout their drift to the reflection area. The distance between the acceleration and reflection areas is 450 mm. Structurally, the reflection region is made in such a way that, on the side of the particle drift, an electric field deceleration gap is formed, consisting of two spikes at a distance of 5 mm. On the first grid, the poyumatsial is equal to (the drift gap potential. On the second, 700 V. At a distance of 33 mm from the second grid, the plate is at a potential of And 160 V relative to the drift gap. The selection of the specified dimensions and values of the potentials upon reflection ensures that the ions with an initial energy spread of 20 s 160 eV After reflection on the ions, a magnetic field is applied on the projection of the drift to the receiver. The distance between the drift regions and the receiver is 550 mm. The core uses a chevron microchannel plate assembly.

При анализе вариаций дейтери  в донных отложени х в качестве исследуемого образца используют пробы донных отложении Необходима  величина напр женности магнитного пол  определ лась по предлагаемой авторами зависимое)и, приведенной в формуле изобретени . При этом Л -- 2, Q - 1, а Т определ лась по известной Формуле и составл ло 5,74 . В результате И 228 О. Содержание дейтери  в образце определ етс  по величине ампли- уды sapeiисгрированного сигнала.When analyzing the variations of deuterium in bottom sediments, samples of bottom sediment are used as the test sample. The magnitude of the magnetic field strength is required according to the proposed by the authors) and according to the claims. In this case, L - 2, Q - 1, and T was determined by the well-known formula and was 5.74. As a result, AND 228 O. The deuterium content in the sample is determined by the magnitude of the amplitude of the sapei-grown signal.

Приведенное в формуле изобретени  соотношение объ сн етс  следующим образомThe ratio given in the claims is explained as follows.

Пусть в момент времени t 0 происходит выброс зар женных частиц из источника . Все частицы обладают составл ющими скорости, направленными как вдоль, Vn, так и поперек Vj магнитного пол Let at the moment of time t 0 the discharge of charged particles from the source occurs. All particles have velocity components that are directed both along, Vn, and across the Vj magnetic field.

За счет поперечной составл ющей иопи движутс  по парморовским радиусам R, ае мчины которых определ ютс  из выражени Due to the transverse component, the oops are moved along the Parmor radii R, and the axes of which are determined from the expression

R ( см ) 143,92 тт-L У7 Cl Ju (Э) ЈR (cm) 143.92 tm-L Y7 Cl Ju (E)

0)0)

00

H(3)Q&. где А -- (а.е.м) масса иона, Q - кратность ионизации ионов, е - зар д электрона, EL -MVi2/2 (эВ), Vi - поперечна  составл юща  скорости ионов Н напр женность магнитного пол  (Э).H (3) Q &. where A is (a.e.m) the ion mass, Q is the ionization rate of ions, e is the electron charge, EL is MVI2 / 2 (eV), Vi is the transverse component of the ion velocity H, the magnetic field intensity (E) .

Период одного полного поворота частиц определ етс  из выражени The period of one complete rotation of the particles is determined from the expression

Т Г-у-, где Vi(cM/c)1,3851xT Yy- where Vi (cM / c) 1.3585x

хЮhw

1 , one ,

(2)(2)

5five

00

5five

00

или с учетом подстановки R из выражени  (1)or taking into account the substitution of R from the expression (1)

Tj.(CH,5288Tj. (CH, 5288

A/QA / Q

10 ten

-4-four

,Дэу 1и (3), Daewoo 1i (3)

Из выражени  (3) следует, что частицы с одинаковой величиной A/Q, стартовавшие на оси, проход щей параллельно силовым лини м Mai нитного пол , независимо от их исходной энергии и направлени  движени , возвращаютс  к ней одновременно в момент времени t TI, т.е наблюдаетс  эффект пространственно-временной фокусировки по двум составл ющим скорости (в плоскости, перпендикул рной силовым лини м магнитного пол ), тогда как ионы других масс в этот момент удалены от оси и распределены в пространстве в зависимости от составл ющих скорости.From expression (3) it follows that particles with the same magnitude A / Q, which started on an axis that runs parallel to the power lines of the Max field, regardless of their initial energy and direction of motion, return to it simultaneously at time t TI, t The effect of space-time focusing on two velocity components (in a plane perpendicular to the magnetic field lines) is observed, while ions of other masses are at this moment remote from the axis and distributed in space depending on the velocity components.

Одновременно с этим происходит движение частиц вдоль силовых линий Mai нитного пол  за счет составл ющей скорости V11At the same time, the particles move along the field lines of the Militar field due to the velocity component V11

5 При выполнении определенных соотношений масс-рефлектрон обеспечивает прост ранет венно-временную фокусировку ионов вдоль пол . При этом фокусировка ионов то Vn происходит в момент времени t Т115 When certain ratios are fulfilled, the mass reflectron provides for an easy-time focusing of ions along the floor. In this case, the focusing of ions, then Vn occurs at the time t T11

Дл  обеспечени  одновременной пространственно-временной фокусировки по трем составл ющим скорости ионов необходимо выполнение услови  ,Тл ТTo ensure simultaneous space-time focusing on the three components of the ion velocity, it is necessary to fulfill the condition, T T

5 и, следовательно, учитыва  выражение (31 будем иметь, что5 and, therefore, taking into account the expression (31 we will have that

Н(э)6,5288 .H (e) 6.5288.

Причем положительный эффект достигаетс  и при использовании магнитного полз напр женность которого кратна приведенному в данном соотношении значению Увеличение чувствительности способа по сравнению с прототипом объ сн етс  тем что устран ю ге  принципиальные ограничени  на величин чувствительности определени  компонент низкой распространенности на фоне компонент высокой распространенности непосредственно в самом способеMoreover, a positive effect is achieved when using magnetic creeps whose strength is a multiple of the value given in this ratio Increasing the sensitivity of the method compared to the prototype is explained by the fact that eliminating the fundamental restrictions on the sensitivity values of determining low prevalence components against the background of high prevalence the way

00

00

5five

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает повышение чувствительности более чем в 100 раз, ч го позвол ет селектировать ионы, мало отличающиес  по массе, но существенно от- личающиес  по распространенности. Така  возможность объ сн етс  проведением пространственно-временной фокусировки ионов по трем составл ющим скорости. Способ позвол ет проводить экспресс-ана- лиз практических любых образцов с малыми количественными потер ми.The proposed method, in comparison with the prototype, provides an increase in the sensitivity of more than 100 times, which allows the selection of ions that are slightly different in mass, but significantly different in prevalence. Such a possibility is explained by conducting the space-time focusing of ions over the three velocity components. The method allows for the rapid analysis of practically any samples with low quantitative losses.

Несмотр  на то, что пример возможной конкретной реализации приведен только дл  дейтери , общность свойств - наличие раздельной в пространстве пространственно-временной фокусировки ионов по трем составл ющим скорости - позвол ет считать , что предлагаемый способ применим дл  широкого спектра компонент низкой распространенности.Despite the fact that an example of a possible specific implementation is given only for deuterium, the generality of properties — the presence of space-time focusing of ions across the three components of the velocity — suggests that the proposed method is applicable to a wide range of low-prevalence components.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ определени  элементного и изотопного состава веществ, включающий образование ионов, формирование сгустка ускоренных ионов ускор ющим электрическим полем, вектор напр женности которогоThe method of determining the elemental and isotopic composition of substances, including the formation of ions, the formation of a bunch of accelerated ions by an accelerating electric field, the intensity vector of which параллелен оси источник ионов - приемник ионов, воздействие на ионы отражающим электрическим полем, противоположным по направлению ускор ющему электрическому полю, после их дрейфа, и определение искомого состава после обратного дрейфа ионов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности за счет про- странственно-рездельной временной фокусировки по трем составл ющим скорости, к области движени  ионов прикладывают посто нное однородное магнитное поле, вектор напр женности которого параллелен силовым лини м ускор ющего и отражающего электрических полей, а величину напр женности магнитного пол  Н задают из соотношени the ion source is parallel to the axis — the ion receiver, the impact on the ions by a reflecting electric field opposite in direction to the accelerating electric field after their drift, and the determination of the desired composition after the reverse drift of ions, characterized in that in order to increase the sensitivity by spatially - a specific temporal focusing along the three velocity components; a constant uniform magnetic field is applied to the ion motion region, the intensity vector of which is parallel to the accelerating and reflecting electric fields, and the magnitude of the magnetic field H is given from ,5288-10 4Q Y ; № где А - атомный номер иона;, 5288-10 4Q Y; No. where A is the atomic number of the ion; Q - кратность ионизации иона;Q is the ionization ratio of the ion; Т - врем  пролета ионов от источника до области пространственно-временной фоМ VZT is the time of flight of ions from the source to the region of the space-time form VZ кусировки по энергии Јz -х- вдоль полей , параллельно Z (с).energy slices хz -х- along the fields, parallel to Z (с).
SU894644809A 1989-01-30 1989-01-30 Method of determination of elementary and isotopic composition of substances SU1691906A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894644809A SU1691906A1 (en) 1989-01-30 1989-01-30 Method of determination of elementary and isotopic composition of substances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894644809A SU1691906A1 (en) 1989-01-30 1989-01-30 Method of determination of elementary and isotopic composition of substances

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1691906A1 true SU1691906A1 (en) 1991-11-15

Family

ID=21426134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894644809A SU1691906A1 (en) 1989-01-30 1989-01-30 Method of determination of elementary and isotopic composition of substances

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1691906A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кельман В.М. и др. Статистические масс-спектрометры. - 1985, с. 19. Шмикк Д.В., Дубенский Б.М. Отражатель масс-рефлектрона. - ЖТФ, 1984. т.54. с.912-916. Авторское свидетельство СССР Мг516306, кл. G 01 N 27/62, 1979. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guilhaus Special feature: Tutorial. Principles and instrumentation in time‐of‐flight mass spectrometry. Physical and instrumental concepts
Cornish et al. A curved‐field reflectron for improved energy focusing of product ions in time‐of‐flight mass spectrometry
Coles et al. Orthogonal acceleration—a new direction for time-of-flight mass spectrometry: fast, sensitive mass analysis for continuous ion sources
US5464985A (en) Non-linear field reflectron
US5032722A (en) MS-MS time-of-flight mass spectrometer
US5206508A (en) Tandem mass spectrometry systems based on time-of-flight analyzer
Gloeckler et al. Time-of-flight technique for particle identification at energies from 2–400 keV/nucleon
CA2519601A1 (en) Distance of flight spectrometer for ms and simultaneous scanless ms/ms
JP2567736B2 (en) Ion scattering analyzer
WO2021233833A1 (en) Apparatus and method for high-performance charged particle detection
US5898173A (en) High resolution ion detection for linear time-of-flight mass spectrometers
US5026988A (en) Method and apparatus for time of flight medium energy particle scattering
Frischkorn et al. Heavy ion induced electron emission from solid surfaces
US3922543A (en) Ion cyclotron resonance spectrometer and method
Wolf et al. Ion-recoil momentum spectroscopy in a laser-cooled atomic sample
Standing et al. Secondary ion time-of-flight mass spectrometers and data systems
SU1691906A1 (en) Method of determination of elementary and isotopic composition of substances
US3769513A (en) Ion kinetic energy spectrometer
Toyoda et al. High-energy collision induced dissociation fragmentation pathways of peptides, probed using a multiturn tandem time-of-flight mass spectrometer “MULTUM-TOF/TOF”
US5872824A (en) Method for studying a sample of material using a heavy ion induced mass spectrometer source
Daly et al. Detector for the metastable ions observed in the mass spectra of organic compounds
Chowdhury et al. Ion energy analyser for laser-produced plasma
JPH07161336A (en) Mass spectrometry and device for it
US3660654A (en) Mass spectrometer having means compensating electron transit time across the cathode of the electron multiplier
US20030141445A1 (en) Mass spectrometer based on the use of quadrupole lenses with angular gradient of the electrostatic field