SU263256A1

SU263256A1 - MASS SPECTROMETER

Info

Publication number: SU263256A1
Application number: SU1213373A
Authority: SU
Original assignee: ЙАТьйТПС ХйИЧ СУА ЛКОТН; В. Б. Бел

Description

Изобретение относитс к масс-спектрометрам , в частности, дл анализа остаточного газа в устройствах, в которых используетс вление резонанса при движении ионов в скрещенных Переменном электрическом и посто нйом магнитном пол х.The invention relates to mass spectrometers, in particular, for the analysis of residual gas in devices that use the phenomenon of resonance when ions move in crossed AC and permanent magnetic fields.

Целью изобретени вл етс повышение разрешающей способности и чувствительности известных масс-спектрометров.The aim of the invention is to increase the resolution and sensitivity of known mass spectrometers.

Отличительной особенностью 1предлагаемого масс-спектрометра вл етс выполнение высокочастотных электродов в виде квадрантоВ с приосевым вырезом, внутри которых расположены сигнальные электроды. Приосевой вырез квадрантов имеет форму окружности. Количество высокочастотных электродов в несколько раз, например вдвое, превышает число сигнальных электродов.A distinctive feature of the proposed mass spectrometer is the implementation of high-frequency quadrant-shaped electrodes with an axial notch, inside of which the signal electrodes are located. The axial cut-out of quadrants has the shape of a circle. The number of high-frequency electrodes several times, for example twice, exceeds the number of signal electrodes.

Преимущество предлагаемого 1масс-спектрометра заключаетс в том, что определ емые ионы при ускорении в зазорах между квадрантами получают вертикальную фокусировку и поэтому более длительное врем , чем в омегатроне , пребывают в пространстве дрейфа. Длительное врем пребывани ионов в -резонансном приборе дает возможность повысить его разрешающую способность и чувствительность .The advantage of the proposed mass spectrometer is that the ions being detected, when accelerated in the gaps between the quadrants, receive vertical focusing and therefore stay longer in the drift space than in the omegatron. The long residence time of the ions in the -resonant device makes it possible to increase its resolution and sensitivity.

нала можно примен ть весьма чувствительные узкополосные приемники.Very sensitive narrowband receivers can be used.

На чертеже изображено предлагаемое устройство .The drawing shows the proposed device.

Устройство состоит из накаленного катода /, ускор ющей диафрагмы 2, высокочастотных электродов 3, сигнальных пластин 4, соединенных через повышающий трансформатор Тр со входом узкополосного резон нсного усилител , и коллектора 5 электронов. На высокочастотные электроды 5 подаетс напр жение высокой частоты. Чтобы потенциал на оси устройства оставалс посто нным, переменное напр жение на электроды 3 снимаетс с делител , состо щего из равных сопротивлений R и .The device consists of an incandescent cathode /, an accelerating diaphragm 2, high-frequency electrodes 3, signal plates 4 connected through a step-up transformer Tr to the input of a narrow-band resonator amplifier, and a collector 5 of electrons. High frequency electrodes 5 are supplied with high frequency voltage. To keep the potential on the device axis constant, the alternating voltage across the electrodes 3 is removed from the divider consisting of equal resistances R and.

Электроды 3 изготовл ютс в виде квадрантов . Внутри электроды 3 полые и соединены друг с другом попарно через один. Они расположены по окружности, так что каждый занимает 90, и отделены один от другого зазорами. Углы высокочастотных электродов, обращенные к оси устройства, срезаны по окружности.Electrodes 3 are fabricated as quadrants. Inside the electrodes 3 are hollow and are connected to each other in pairs through one. They are located around the circumference, so that each occupies 90, and are separated from one another by gaps. The angles of the high-frequency electrodes facing the axis of the device are cut around the circumference.

При подаче высокочастотного напр л ени на систему электродов образуетс вращающеес электрическое поле, частота вращени которого вдвое меньше частоты приложенного напр жени . Сигнальные пластины 4 расположены внутри высокочастотных электродов 3. По оси устройства направлено сильное однородное магнитное поле.When a high-frequency voltage is applied to the electrode system, a rotating electric field is formed, the rotation frequency of which is half the frequency of the applied voltage. The signal plates 4 are located inside the high-frequency electrodes 3. A strong uniform magnetic field is directed along the axis of the device.

Устройство работает следующим образом. Электроны, эмиттированные катодом /, ускор ютс диафрагмой 2, котора вырезает тонкий пучок электронов, фокусируемый магнитным полем. Электроны ионизируют газ .вблизи оси устройства и улавливаютс коллектором 5. Образовавшиес ионы попадают под воздействие вращающегос электрического пол . Если циклотронна частота этих ионов равна частоте вращающегос электрического лол , то радиус их вращени увеличиваетс , как это следует из теории омегатрона.The device works as follows. The electrons emitted by the cathode / are accelerated by the aperture 2, which cuts out a thin electron beam focused by a magnetic field. The electrons ionize the gas near the axis of the device and are captured by the collector 5. The formed ions are affected by a rotating electric field. If the cyclotron frequency of these ions is equal to the frequency of the rotating electrical lol, then the radius of their rotation increases, as follows from the theory of omegatron.

В результате воздействи вращающегос пол ионы группируютс по фазе, т. е. образуют пакет. По мере увеличени радиуса вращени резонансные ионы попадают внутрь высокочастотных электродов 5 и в дальнейшем ускор ющее действие высОКочастотного пол испытывают только в зазорах между электродами 3. Зазоры действуют как фокусирующие электрические линзы, преп тству рассасыванию пакета ионов на стенке электродов.As a result of the action of the rotating field, the ions are grouped in phase, i.e. they form a packet. As the radius of rotation increases, the resonant ions get inside the high-frequency electrodes 5, and further the accelerating action of the high-frequency field is experienced only in the gaps between the electrodes 3. The gaps act as focusing electric lenses, preventing the resorption of the ion packet on the electrode wall.

Приближа сь к сигнальным пластинам 4, пакет резонансных ионов наводит на них переменный зар д. Таким образом, частоты выходного сигнала датчика равны частоте вращени ионов, т. е. циклотронной частоте, и однозначно определ ют род создающих сигнал ионов, а величина сигнала определит количество ионов данного рода.When approaching the signal plates 4, a packet of resonant ions induces a variable charge on them. Thus, the frequencies of the output signal of the sensor are equal to the frequency of rotation of the ions, i.e. the cyclotron frequency, and the type of signal producing ions is uniquely determined, and the signal size determines the number ions of this kind.

Ионы, циклотронна частота которых значительно отличаетс от частоты вращени пол (в том числе и ионы с кратными массами и зар дами ), останутс в приосевой области и не по-падут внутрь высокочастотных электродов 3. Разделение масс, незначительно отличающихс по циклотронной частоте, производитс выделением соответствующих частот .выходного сигнала . Ионизирующий пучок электронов несколько смещен с оси устройства, что предотвращает возникновение двух симметричных пакетов ионов, которые могли бы нейтрализовать сигналы друг другу на выходных нластинах .The ions whose cyclotron frequency is significantly different from the frequency of rotation of the field (including ions with multiple masses and charges) will remain in the paraxial region and will not fall inside the high-frequency electrodes 3. The separation of masses slightly differing in cyclotron frequency is produced by corresponding frequencies of the output signal. The ionizing electron beam is somewhat offset from the axis of the device, which prevents the emergence of two symmetric ion packets that could neutralize the signals to each other on the output plates.

Как видно из работы устройства, вращающеес электрическое поле использовано дл разв зки выходного сигнала .от сигнала генератора высокой частоты, поскольку частота высокочастотного напр жени равна в этом случае удвоенной циклотронной частоте резонансных ионов, и частота выходного сигнала равна циклотронной частоте ионов. Предлагаемое устройство позволит использовать узкополосные чувствительные приемники, что обеспечит ему более высокую чувствительность , а в р де случаев и разрешающую способность по сравнению с устройствами аналогичного назначени , использующими на выходе усилители посто -нного тока.As seen from the operation of the device, the rotating electric field is used to isolate the output signal from the high-frequency generator signal, since the frequency of the high-frequency voltage in this case is equal to twice the cyclotron frequency of the resonant ions, and the frequency of the output signal is equal to the cyclotron frequency of the ions. The proposed device will allow the use of narrow-band sensitive receivers, which will provide it with higher sensitivity and, in a number of cases, resolution as compared with devices of similar purpose, which use constant-current amplifiers at the output.

Энерги вращающегос в магнитном поле иона равнаThe energy of an ion rotating in a magnetic field is

где е - зар д иона.where e is the charge of the ion.

Я - напр женность магнитного нол , R - радиус вращени иона, М - масса иона.I - the intensity of the magnetic field, R - the radius of rotation of the ion, M - the mass of the ion.

То.гда максимальна мощность сигнала пакета ионов определитс выражением:Then, the maximum signal power of an ion packet is determined by the expression:

е№тe #

Я I

IM.Im.

10/ - величина тока ионов.10 / - the value of the ion current.

npHj 2 см и э .приемники с чувствительностью Ю - вт .позвол ют получить чувствительность всего устройства на 1-2 пор дка выше, чем у омегатрона. Совре15 менные приемники имеют чувствительность до 10-18 8J..npHj 2 cm and em. receivers with a sensitivity of 10–4 oz. allow us to obtain the sensitivity of the entire device by a factor of 1–2 higher than that of the omegatron. Modern receivers have sensitivity up to 10-18 8J.

Разрешающа способность устройства определитс из соотношени :The resolution of the device is determined from the relation:

±-П,± -P,

м m

где сос - циклотронна частота ионов, равна частоте выходного сигнала.where sos is the cyclotron frequency of the ions, is equal to the frequency of the output signal.

т-дш I .. дм Лшt-dsh i .. dm lsh

I огда - /7 и.I then - / 7 and.

ам Л12Af а am L12Af

Учитыва , что полоса частот приемника может достигать 2-3 кгц, дл однозар дного иона при Н 5000 э может быть получено разрешение 70 и 71 ат. ед. массы. Ввиду того, чтоTaking into account that the receiver frequency band can reach 2-3 kHz, the resolution of 70 and 71 at. Can be obtained for a single-charge ion at H 5000 oe. units masses. Due to the fact that

зазоры между высокочастотными электродами 3 действуют как фокусирующие линзы на движущиес зар ды, уход ионов на стенки электродов будет относительно невелик даже ири малых продольных размерах датчика .предлагаемого устройства. Поэтому можно использовать значительно меньшие, по сравнению с омегатроном, магнитные зазоры, что позволит получить магнитные пол большей напр женности и большей однородности в радиальномThe gaps between the high-frequency electrodes 3 act as focusing lenses on moving charges, the ion drift to the walls of the electrodes will be relatively small, even if the small longitudinal dimensions of the sensor of the proposed device are. Therefore, it is possible to use much smaller magnetic gaps compared to an ogatatron, which will make it possible to obtain magnetic fields of greater intensity and greater homogeneity in the radial

направлении.direction.

В отличие от омегатрона его разрешающа способность в значительной степени не зависит от величины высокочастотного электрического пол . Следовательно, М1ожно использовать относительно большое электрическое поле и, таким образом, получить по сравнению с омегатроном большие ионные токи при равных токах ионизирующего пуч.ка электронов. В предлагаемом устройстве ионы не движутс вдоль оси вращени , .поэтому высокочастотные и сигнальные электроды совмещены в одной плоскости.Unlike the omegatron, its resolution is largely independent of the magnitude of the high-frequency electric field. Consequently, it is possible to use a relatively large electric field and, thus, to obtain, in comparison with an omegatron, large ion currents with equal currents of the ionizing beam as electrons. In the proposed device, the ions do not move along the axis of rotation, therefore the high-frequency and signal electrodes are aligned in the same plane.

Предмет изобретени Subject invention

Claims

I. Mass spectrometer based on the phenomenon of resonance when ions move in crossed alternating electric and constant magnetic fields and containing an ion source, high-frequency electrodes connected in pairs, and signal electrodes, characterized in that in order to increase resolution and sensitivity The high-frequency electrodes are made in the form of quadratic electrodes located inside quadrants.

2. A mass spectrometer according to claim 1, characterized in that the near-cut notch of the quadrants has the shape of a circle.

3. Mass spectrometer according to. 1, 2, characterized in that the number of high-frequency electrodes several times, for example twice, exceeds the number of signal electrodes.

5-s

3. And

L

Tt

-0 ir-t + 0