Мас-спектрометр

Масс-спектрометр, содержащий устройство ввода пробы, источник ионов индуктивно связанной плазмы, масс-анализатор и систему детектирования ионных токов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что устройство ввода пробы состоит из двух импульсных управляемых дозирующих вентилей с пьезолриводами, а в качестве системы детектирования ионов применен координатно-чувствительный детектор с одновременной регистрацией массовых линий всего масс-спектра. Изобретение относится к области массспектрометрии и может быть использовано в масс-спектрометрах индуктивно связанной плазмы (ICP-MS), предназначенных для элементного анализа микропримесей в жидкостях. Наиболее близким к заявляемому является масс-спектрометр [2], который содержит устройство ввода пробы, источник ионов индуктивно связанной плазмы, массанализатор и систему детектирования ионных токов, отличается сравнительно большими габаритами, массой и энергопотреблением. Изобретение направлено на снижение потребляемой мощности, исключение потребления воды, уменьшение габаритов, массы, на увеличение чувствительности и ресурса работы прибора. Поставленная задача решается тем, что в масс-спектрометре, содержащем устройство ввода пробы, источник ионов индуктивно связанной плазмы, масс-анализатор и систему детектирования ионных токов в устройстве вво да пробы установлены два импульсных управляемых дозирующих вентиля с пьезоприводами для раздельного импульсного ввода газа, образующего плазму, и жидкой пробы, а на выходе магнитного масс-анализатора установлен координатно-чувствительный детектор (КЧД), обеспечивающий одновременную регистрацию массовых линий всего регистрируемого диапазона. На фиг. 1 изображена принципиальная схема масс-спектрометра; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы. Масс-спектрометр содержит трубку 1 подвода газа образования плазмы, внутри которой находится клапан Кі дозирующего вентиля с пьезоприводом; трубку подвода жидкой пробы 2, внутри которой находится клапан К2 дозирующего вентиля также с пьезоприводом для впрыскивания в центр плазмы жидкой пробы; источник индуктивно-связанной плазмы 3 с индуктором 4, питаемой от импульсного высокочастотного генератора магнитного масс-анализатора 5. С > ел ел СО О 15587 на выходе которого установлен координат-ночувствительный детектор 6, состоящий из ионно-электронного преобразователя 7 (микроканальная пластина), электронно-фотонного преобразователя (люминофор) и ли- 5 нейки фотодиодов 8 (например, ЛФД-1024). На фиг. 2 представлены: а - осцилло грамма импульса ВЧ-напряжения, б - управ ляемый импульс открытия клапана Кі ввода газа, в - диаграмма изменения давления газа 10 в разрядной камере (время горения плазмы заштриховано), г - управляемый импульс открытия клапана Кг (вбрызгивание про бы), д - ионный ток пробы, е - интегрирова ние і-той массовой линии i=m, m+1 .... М. 15 Масс-спектрометр работает следующим образом. В исходном состоянии клапаны Кі и Кг закрыты, индуктор 4 источника обесточен. Для проведения анализа от ВЧ-генератора 20 на индуктор 4 источника 3 подается импульс напряжения высокой частоты. Одновременно управляющим импульсом открывается клапан Кі и в разрядную камеру источника вводится порция газа образования плазмы 25 (обычно аргона) в достаточном количестве для образования плазмы. Величина вводимой порции газа управляется микропроцессором путем регулирования как амплитуды управляющего импульса, так и его длитель- 30 ности. В момент образования плазмы срабатывает клапан Кг и в центр горящей плазмы впрыскивается порция жидкой пробы. Количество вводимой пробы также управляется путем регулирования амплитуды и длитель- 35 ности управляющего импульса. Проба, проходя через центр плазмы, где температура около 7000°С, подвергается практически полной ионизации и ионы микропримесных элементов выводятся из плазмы вытягиваю- 40 щим электродом и направляются в масс-ана-лизатор типа МаттаухаТерцога, состоящий из энергоанализатора (цилиндрический конденсатор) и секторного магнитного анализатора. В фокальной плоскости магнитного 45 анализатора установлен координатно-чувствительный детектор 6, с помощью которого интенсивность каждой массовой линии определяется одновременным интегрированием ионных токов за время т(время 50 экспонирования). Масс-спектр, зарегистрированный (сфотографированный) координатно-чувствительным детектором, далее снимается и обрабатывается многоканальным анализатором спектральной информа- 55 ции (см. Многоканальный анализатор спектральной информации МАСИ-2. Проспект СО АН СССР, г Новосибирск). Время г экспозиции устанавливается из задач анализа микропримесей в жидкостях из следующих расчетов. Ионные токи '16 микропримесных ч-17 элементов находятся на уровне 10 -10 А, что соответствует потоку N ионов в секунду 103-102. Чтобы получить сигнал, превышающий в 10 раз шумы (известное условие с иг н —*) , не обходи мо , чт обы ишум |\j tN > 100, т.е. время экспозиции должно быть на уровне г ~ 0,1+1.0 с. В известных масс-спектрометрах, включая и прототип, регистрация массовых линий ведется последовательно на однощелевои детектор с вторично-электронным умножителем. Поэтому плазма должна гореть в стабильном режиме достаточно длительное время Т, определяемое диапазоном регистрируемых масс: Т=т (М-т), где М и т - максимальная и минимальная массовые линии диапазона регистрируемых масс. У прототипа М=300, т=0, следовательно, Т ~ 30-300 с. Известные масс-спектрометры индуктивно связанной плазмы содержат ВЧ-генераторы непрерывного действия мощностью 2,7 KW, электронные системы разряда плазмы, систему охлаждения линз (температура в центре плазмы около 7000°С) с расходом воды 10 литров в минуту. Заявляемый масс-спектрометр работает в импульсном режиме, поэтому, при сохранении мощности в импульсе 2,7 KW. потребляемая мощность генератора уменьшается в 10 раз ("принцип радара"). Ввиду уменьшения длительности горения плазмы, примерно на два порядка, исключается необходимость в охлаждении водой линз и корпуса источников ионов. Путем управле-" ния количеством вводимой пробы, коэффициентом усиления микроканальной пластины, временем экспозиции достигается высокая чувствительность, а сокращение времени горения плазмы уменьшает степень загрязнения линз ионной оптики, что увеличивает ресурс работы масс-спектрометра. Эффективность масс-спектрометра заключается также в его транспортабельности, что дает возможность устанавливать его на автомобилях, вертолетах, кораблях для экологического контроля водных бассейнов. I 15587 ГАЗ. Ai ПРОБА Kg Фиг.< Фиг.2 Упорядник Замовлення 4191 Техред М.Моргентал Коректор О.К равцова Тираж Підписне Державне патентне від омс тво України, 254655, ГСП, К иїв-53, Львівс ька пл., 8 \ Відкрите акціонерне товарис тво "Патент", м. Ужгород, ву л. Гаг аріна, 101 І