Часопролітний мас-спектрометр

Часопролітний мас-спектрометр, який містить імпульсне джерело іонів, вакуумний безпольовий дрейфовий простір, циліндричний електростатичний аналізатор, детектор іонів, який відрізняється тим, що між циліндричними електродами циліндричного електростатичного аналізатора співвісно з віссю поверхонь циліндричних електродів та перпендикулярно до їх поверхонь 2 3 де 40795 dE - радіальний градієнт електричного поdr ля. Радіальна складова електричного поля Е(г) ~ 1/r циліндричного аналізатора коректується в залежності від співвідношення довжин безпольового дрейфового простору і траєкторії іонів в електричному полі таким чином, що досягається аналогічний реалізованому в мас-рефлектроні [1] ізохронний режим роботи. Порівняльний аналіз з прототипом вказує, що при цьому зберігається простота пристрою притаманна йому, а роздільна здатність і світлосила мас-спектрометра збільшується досягаючи значень характерних для мас-рефлектрона. Введення між циліндричними електродами електростатичного аналізатора, симетрично розміщених кільцевих електродів, які через подільник напруги з'єднані з джерелом живлення циліндричних електродів. При цьому виконується умова часового фокусування, коли зменшення часу прольоту безпольового дрейфового простору більш швидкими іонами компенсується збільшенням часу їхнього прольоту в циліндричному аналізаторі внаслідок збільшення довжини траєкторії і навпаки, досягається при умові: (1) де lD і ІА - відповідно довжини дрейфового простору і рівноважної траєкторії електростатичного аналізатора, Е(r0) - напруженість електричного поля на середній рівноважній траєкторії радіуса r0. 4 Порівняння заявленого рішення з відомими технічними рішеннями [1,2] показує, що введення електродів, які коректують циліндричне поле електростатичного аналізатора згідно співвідношення (1), дає змогу не тільки досягнути підвищення роздільної здатності часопролітного масспектрометра в цілому, але й збільшити його світлосилу завдяки можливості збільшення розмірів вхідної і вихідної діафрагм при збереженні роздільної здатності завдяки реалізації режиму ізохронності траєкторій. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію "істотні відмінності". На фіг. схематично зображено запропонований мас-спектрометр. Мас-спектрометр складається з імпульсного джерела іонів 1; безпольової дрейфової трубки 2 довжиною ID; циліндричного електростатичного аналізатора 3; коректуючих кільцевих електродів 4, перпендикулярних до поверхні циліндричних електродів; джерела напруги живлення електродів 5; детектора іонів 6. На поперечному розрізі електростатичного селектора, що проходить через вісь циліндричних електродів, зображені силові лінії скоригованого електричного поля і область траєкторії іонів 7, яка виділяється діафрагмами. Мас-спектрометр працює таким чином. Нехай імпульсне джерело іонів емітує іони в деякому інтервалі швидкостей v, v+Dv. 3 умови (2) де Е(r) - напруженість поля електростатичного аналізатора на рівноважній траєкторії радіуса r, Z заряд іона, ми можемо визначити (3) Час прольоту іонами безпольового дрейфового простору розкладемо в ряд по параметру в околі r0+Dr: Знак (-) перед А(r0) відповідає очевидному зменшенню tD при зростанні v. Аналогічно, час прольоту іонами електростатичного селектора К, К’ - члени третього порядка малості відносно Dr. Знак (+) перед С(r0) відповідає збільшенню часу прольоту tA при зростанні v внаслідок збіль шення згідно (2) радіуса рівноважної траєкторії. Сумарний час прольоту При умові А(r0) =С(r0), з якої випливає запропоноване співвідношення (1), тривалість імпульса іонного пакета внаслідок компенсації членів ряду з Dr пропорційна Dt ~ Dr2 ~ (Dv/v)2, на відміну від Dt ~ Dv/v для мас-спектрометра - прототипа [2], в якому не реалізоване часове фокусування. Якщо в масспектрометрі - прототипі роздільна здатність R і складає R » 50 ¸ 100, то в запропонованому (7) 2 t æ n ö ~ç ÷ ~ R2 і може досягати Dt è Dn ø значень R' » 1000. При цьому світлосила аналізатора при умові, що Dr задається діафрагмами D ~ Dr/r0 може зрости більш, ніж на порядок, завдяки можливості збільшення Dr при забезпеченні необхідного значення R' » 1000. пристрої R¢ ~ 5 40795 Практичною реалізацією пристрою був створений мас-спектрометр з джерелом іонів на базі неодимового лазера з модуляцією добротності з густиною потужності на твердій мішені 109Вт/см2. Довжина дрейфової трубки 1D = 1м, середній радіус рівноважної траєкторії 90° циліндричного аналізатора r0 = 11см, при відстані між пластинами r1 - r2 = 1см. Для виконання умови (1) в цьому випадку необхідно забезпечити Для нескоректованого поля циліндричного аналізатора Тому необхідна відносна корекція поля по радіусу циліндричного аналізатора складає Це для міжелектродної відстані 1см складає 2,7%. Така корекція реалізується подачею на кільцеві електроди через потенціометри, приєднані до основних електродів коректуючої напруги. Роздільна здатність реалізованого мас-спектрометра при ширині вхідної діафрагми 0,6см 6 Реальна зафіксована роздільна здатність R' » 1000. Для досягнення такої ж роздільної здатності в мас-спектрометрі - прототипі необхідно було звузити вхідні щілини до розмірів Це значить, що при однаковій роздільній здатності світлосила (чутливість) запропонованого мас-спектрометра збільшується в 0,6/0,06 = 10 разів. Винахід може бути використаний в промисловості, на підприємствах по виробництву масспектрометричної техніки, в конструкторськотехнологічних бюро лазерної техніки, в науководослідних лабораторіях по виготовленню масспектрометричної техніки. Джерела інформації 1. Мамырин Б.А., Каратаев В.И., Шмикк Д.В. и др. Масс-рефлектрон: Новый безмагнитный времяпролетный масс-спектрометр с высокой разрешающей способностью // Письма в ЖЭТФ. - 1973. - т. 64. - №1. - в. 1. - с. 82 - 85. 2. В кн. Macc-спектрометрический метод определения следов. М., "Мир", стр. 431 - 432, 1975. прототип/. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90 ТОВ “Міжнародний науковий комітет” вул. Артема, 77, м. Київ, 04050, Україна (044) 216 – 32 – 71