SU522690A1 - Призменный масс-спектрометр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к масс-спек тральному приборостроению, в частнос ти к призменной ионной оптике. Характерными признаками призменных приборов  вл етс  наличие двумер ных магнитных призм, отклон ющихс  телескопических систем (или электростатических призм) и двух линз - кол лиматорной и фокусирующей, в фокальных плоскост х которых помещены щели источника и приемника ионов. Призменные приборы обладают большой удельной дисперсией (дисперсией, отнесенной к длине ионной траектории и к увеличению спектрометра), а их оптика обеспечивает тройную фокусировку ионного пучка: по скорост м и по двум направлени м. При этом все виды геометрических оберрацйй второго пор дка, включа  искривлени  спектральных линий, отсутствуют.Недостатком этих приборов  вл етс  то, что электростатические телескопические системьа не увеличивают создаваемую магнитной призмой дисперсию по массе. Известный призменный масс-спектро метр содержит ионный источник,коллиматорную линзу с примь сающей к ией телескопической системой, расположен ными с одной стороны двумерной магнитной призмы, с другой стороны которой помещена фокусирующа  линза со своей телескопической системой и приемник ионов. Дисперси  такого прибора , пропорциональна  дисперсии магнитной призмы, возрастает вследствие углового увеличени  второй телескопической системы (примыкающей к фокусирующей линзе), а его увеличение зависит также от углового увеличени  первой телескопической системы. Согласовав определенным образом парс1метры телескопических систем, линз и магнитной призмы, удаетс  осуществить ахроматизацию масс-спектрометра и одновременно повысить его удельную дисперсию в 2 раза. При эуом линейна  дисперси  масс-спектрометра равна: О 2ftgoi., - фокусное рассто ние коллиматорной (или фокусирующей) линзы со стороны источника (или приемника) ионов od - угол телескопичности магнитной призмы. Однако в этом масс-спектрометре полный угол отклонени  ионов в сиетеме невелик, вследствие чего прибор оказываетс  некомпактным - выт нутьал в одном направлении, а увеличение этого угла приводит к резкому уменьшению удельной дисперсии прибора и, следовательно, к уменьшению его разрешени  и чувствительности. В ахроматизации спектрометра принимают участие две электростатические телескопические системы, причем одна из них активно участвует также и в увеличении угловой дисперсии прибора по массе. Однако условие ахроматичности приводит к таким угловым соотношени м дл  двух телескопических систем, что не могут быть в достаточной мере реализованы возможност второй системы в увеличении разрешающей способности масс-спектрометра .

Цель изобретени  - увеличение разрешаю-дей способности и чувствительности и уменьшение габаритов призменного масс-спектрометра.

Обе электростатические телескопические системы, а также фокусирующа  и коллиматорна  линзы располагаютс  с одной стороны магнитной призмы так, что оси коллиматорной и фокусирующей линз параллельны между собой и перпендикул рны гран м призмы, а с другой ее стороны помещаетс  система двух ионных зеркал, налравл аоща  7oнный пучок, через магнитную призму и фокусирующую систему к приемнику ионов.

На чертеже изображены ионно-оптическа  схема предлагаемого массспектрометра и ход траекторий в проекции на среднюю плоскость системы, с которой совмещены средние плоскост всех отклон ющих и фокусирующих элементов прибора.

Масс-спектрометр включает в себ  двумерную магнитную призму 1 с углом телескопичности /. mm и mm-параллельные между собой грани магнитной призмы. По одну сторону магнитной призмы симметрично относительно плос .кости ОО (перпендикул рной средней плоскости системы и гран м призмы) расположены две идентичные телескопические отклон ющие системы, образованные электродами 2-4, две трансаксиальные линзы-электроды 5 иб, источник 7 и приемник 8 ионов. Грани (эффективные плоскости предложени ) tt и tt телескопических систем образуют углы Ус гран ми маг11 cfнитной призмы и углы -jTa - тг --г с глаными оптическими ос оли коллиматорной и фокусирующей линзы. Эти оси расположены в средней плоскости системы, параллельно плоскости ОО. В фокальной плоскости F коллиматорной и фокусирующей линз размещены щели источника и приемникЕ ионов, перпендикул рно к средней плоскости.

С противоположной стороны магнитной призмы, также симметрично относительно плоскости ОО, установлена система плоских ионных зеркал (электроды 9 и 10) так,что угол между эффективт отражающими поверхност ми этих зеркал аа и а а и гран ми

Т. -ч- i призмы ранен

Выход щий из каждой точки щели источника расход щийс  гомоцентральный пучок ионов после прохождени  коллиматорной линзы формируетс  в объемный параллельный пучок. При этом потенциал на среднем электроде 5 линзы должен быть подобран тал, чтобы

5 она работала в режиме анаморфота.Электрод 6 эазеш1ен. Электрод 4  вл етс  общим как дл  линзы, так и дл  отклон ющей телескопической системы.. Потенциал на него подаётс  согласно условию ахроматичности масс-спектрометра .

1 - 5 i ПОС

и.

1 + S i noL

где и4 - разность потенциалов между ионизационной камерой и электродом 4. После прохождени  отклон ющей телескопической системы с гран ми tt параллельный пучок остаетс  параллельным только дл  ионов определенной энергии. Если имеетс  разброс ионов по энергии, то непосредственно после f прохождени  телескопической системЙ (перед поступлением в магнитную призму) в пучке возникает разброс траекторий по горизонтальным углам. Этот разброс впоследствии компенсируетс  после прохождени  магнитной призмы (до поступлени  пучка в поле зеркала). Таким образом, эффект ахроматизации достигаетс  комбинацией одной телескопической электростатической системы с магнитной призмой. Электрод 2 телескопической системы,  вл ющейс 

f одновременно магнитньии экраном призмы , заземлен, а напр жение на электроде 3 подбираетс  так, чтобы увеличение телескопической системы в направлении , перпендикул рном к средней плоскости, было равно единице. Таким подбором достигаетс  выпр мление спектральных линий.

i 5

Поле магнитной призмы ионньпи пучком проходитс  дважды - в пр мом и 5 обратном направлении. После первого прохождени  пучок разлагаетс  по массам в соответствии с угловой дисперсией магнитной призмы:

О «

далее пучок поступает в систему, состо щую из двух плоских зеркал (электроды 9 и 10). Электрод 9,  в- . л ююийс  также, как и электрод 2 5 экраном магнитной призмы, заземлен,

а на электроды 10 подан соответствующий запирающий потенциал. Роль этой системы состоит в том, чтобы направить пучок вторично в магнитную призму. Обратный ход центральной ионной траектории подобен ее пр мому ходу . Объемный пучсзк ионов анализируемой массы после прохождени  фокусирующей линзы фокусируетс  в точ; ке щели приемника ионов. Таким образом , в приборе нар ду с фокусировкой по энергии реализуетс  пространственна  фокусировка пучка по двум направлени м. Увеличение прибора вследствие его симметрии равно единице.

Линейна  дисперси  предлагаемого масс-спектрометра равна

IfsinoL -

где f - фокусное рассто ние коллиматорной (или фокусирующей) линзы со стороны источника (или приемника ионов.

При обычных дл  магнитных призм значени х угла телескопичности ( ct 51- 53) линейна  дисперси  предлагаемого масс-спектрометра, будет больше по сравнению с дисперсией известного (с такими же фокусными рассто ни ми линз) примерно в тр« раза в соответствии с равенством:

15

t-SW (

x-t,

sin л

a его габариты примерно в два раза меньше. При одинаковых габаритах дисперси  предлагаемого масс-спектрометра примерно в шесть раз больше. Это означает, что, использу  более широкие щели, можно в шесть раз подн ть чувствительность предлагаемого прибора при той же разрешающей способности или при одинаковых щел х в шесть раз подн ть его разрешение.При

одинаковых разрешающей способности и чувствительности габариты предлагае-. мого масс-спектрометра могут быть уменьшены примерно в шесть раз по сравнению с и-звестньм. 5 Предлагаемый масс-спектрюметр не в исполнении, его детали и узлы технологичны, схема компактна. В нем, как и во всех призменных приборах , аберрации второго пор дка,

Q включа  искривление линии изображени , полностью отсутствуют,что в сочетании с большой дисперсией и наличием объемной фокусировки определ ет его высокую разрешающую способность при значительной светосиле.

5 Так, при фокусном рассто нии линз около 2 м, определ ющем в основном габариты прибора, масс-спектрометр обладает дисперсией, равной 15000 мм, и разрешающей способностью 10-20 миллионов на полувысоте пика при микронных ширинах щелей источника и приемника ионов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   25

   Призменный масс-спектрометр,содержащий ионный источник, коллиматорную линзу с телескопической системой , закоторой расположена магнит-, на  призма, фокусирующую линзу с другой телескопической системой и приемник ионов, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности , разрешающей способности и уменьшени  габаритов устройства, фокусирующа  линза со своей телескопической системой расположена с той же стороны магнитной призмы, что и коллиматорна  линза, причем оси коллиматорной и фокусирующей линз параллельны между собой, а с другой стороны магнитной призмы расположена система двух ионных зеркал, направл юща  ионный пучок через магнитную призму и

   фокусирующую систему к приемнику ионов .

   m

   10

   w