SU1600645A3 - Масс-спектрометр - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  масс-спект- рометрии высокой  ркости. Целыо изобретени   вл етс  повышение разрешающей и пропускной способности за счет уменьшени  аберрации отверстий второго пор дка. Масс-спектрометр содер жит источник ионов с выходной шелью и блоком передающей оптики, электростатический секторный и магнитнй анализаторы. Величины угла между тоской входной границей магнитного анализатора и нормалью к ионно- опти- ческой оси масс-спектрометра со стороны отклонени  пучка и угла отклонени  пучка в магнитном анализаторе удовлетвор ют соотношению tg|-.tg(6-e) . 2 . Блок электрофокусирующей оптики содержит расположенные до выходной ше- ли источника две электростатические линзы с Фокусом в радиальной плоскости в области выходной шели и расположенную между ними щелевую линзу дл  создани  параллельного в аксиальной плоскости пучка частиц в области выходной щели ионного источника. Блок электрофокусирующей оптики после выходной щели ионного источника содержит Фокусирующую линзу послеускоре- ни , в фокусе которой расположена шестиполюсна  линза. Втора  шести- полюсна  линза расположена после электростатического анализатора в точке его Фокуса. Линза дл  подачи к магнитному анализатору параллельного в радиальной плоскости пучка частиц выполнена в виде квадрата. 4 з.п, ф-лы, 10 ил. СЛ О5 а 4 СП

Description

Изобретение относитс  к сепаратору зар женных частиц или масс-спек- тро «етру высокой  ркости, предназначенному дл  одновременного детектировани  и измерени  нескольких элементов.

Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей и пропускной

способности за счет уменьшени  аберрации отверстий второго пор дка.

На Фиг. 1 приведена схема спектрометра согласно данному изобретению , разрез в радиальной плоскости, на этом чертеже показаны два параллельных пучка, поступающих под разными углами падени  на магнитый сектвР- и два пучка соответствующих

см

ным энергий ; + ft. на (Ьиг. 2 - вид устройства, похожий на фиг. 1 , но иплюстрирутаций отделение в одном и том же пучке частиц обладатоших . , двум  различными мacca в ; на Фиг.З - участок , иллюстрирумций в вертикальном сечении Форму пучка перед его входом в электростатический сектор; на Фиг. 4 - проекци  устройст- ю Sa по 6иг.1; на фиг. 5 вертикапь- ное сечение, иллюстрирующее (Ьорму йучка в направлении, которое он имеет 1|1Ьсле выхода из магнитного сектораt .йа Фиг.6 и 7 - то же, что и на Фиг.2 J5 3 в увеличенном масштабе , на Фиг,.8 йана более точна  иллюстраци  част- ijioro примера, выполнени  изобретени i йа Фиг.9 дл  этого примера проиллюст- | ирована работа прибора с послеуско- |эением; на Фиг. 10 - то же, без по- Ьлеускорени .

В противоположность масс-спектро-- графам, в которых в качестве конечного детектора примен етс  фотографическа  пластина, масс-спектромет- ры не нуждаютс  в-том,-чтобы их зона Детектировани , Фокальна  поверх- |ность выхода магнитного сектора, была ;об зательно плоской.30

На входе спектрометра имеетс  блок 1 передающей оптики. Характер передачи зависит от характеристик пучка частиц, подаваемого на вход или от точечного источника 2 частиц. 35

20

25

Блок 1 передающей оптики заканчиваетс  на уровне входной щели 3, котора  и  вл етс  входом спектрометра. Как известно, спектрометр после входной щели 3 имеет злектростатиче- 40 ский сектор 4, а затем магнитный сектор 5-, перед которым установлена щель отверсти  6. Весь этот комплекс средств предназначен дл  отклонени  потока частиц в радиальной плоско- 45 сти, перпендикул рной большому разке- ру-входной щели 3. Этой радиальной плоскостью и  вл етс  плоскость рисунков 1 и 2.

Известно, что основным элементом Q масс-спектрометра  вл етс  его магнитный сектор 5, рассеивающее действие которого зависит одновременно . -и от массы части1ц.1, и от ее энергии. Это рассеивающее действие выражает- с  в том, что траектори  частицы приобретает Форму дуги окружности, радиус которой зависит от массы и энергии частицы. Известно также со 5

0

35

0

5

40 45 Q

четание магнитного сектора 5 с предшествующим электростатическим сектором 4, Электростатический сектор 4 также оказывает рассеиваюшее действие , но только в зависимости от энергии частиц. При одновременном действии , обоих этих секторов электростатический сектор компенсирует рассеивающее действие магнитного сектора, завис щее от энергии частиц. Таким образом, в принципе на выходе магнитного сектора остаетс  только рассеивающее действие, завис щее от массы частиц.

Магнитный сектор 5 снабжен плоской стороной входа 7, размещенной под углом к оси пучка частиц, и выходной стороной 8, также плоской и лежащей в плоскости, проход щей че- рех пересечение 9 (Фиг.2) входной стороны 7 с осью пучка частиц. При таком расположении угол отклонени  остаетс  одним и тем же независимо от массы частиц. Этот угол вдвое больше угла между выходной стороной 8 и осью пучка частиц на входе магнитного сектора 6. Отсюда следует, что дл  пучка, параллельного на входе, Фокусирование частиц на выходе магнитного сектора происходит в плоскости 10, котора  также проходит через пересечение 9.

Дл  получени  спектрометра с многочисленным детектированием и большой  ркостью, а также с большой разрешающей способностью необходимо компенсировать различные аберрации, вызываемые элементами спектрометра и рассматриваемые кажда  в отдельности или в их сочетании.

Перва  аберраци  известна под названием аберрации отверсти  второго пор дка магнитного сектора. Этот тип аберрации обусловлен тем, что две траектории, симметричные относитель- но центральной траектории на входе в магнитный сектор, после выхода из этого сектора пересекаютс  в точке, не наход щейс  на центральной траектории . Смещение этой точки относитеь- но центральной траектории пропорционально .квадрату углового отклонени  а каждой секушей траектории относительно центральной траектории (откуда и по вл етс  второй пор док а ).

Первый аспект изобретени  состоит в корригировании этого типа аберрации отверсти  второго пор дка на уровне

самого г агнитного сектора. Обозначим через позицию 11 нормаль к оси пучка частиц в точке, где начинаетс  изгиб траектории, получавшейс  под воздействием магнитного сектора 5. Буквой & обозначим угол отклонени  пучка частиц в магнитном секторе 5. Аберраци  отверсти  второго пор дка, созданные магкйтных сектором, дл  траекторий , расположенных в радиальной плоскости, уничтожаютс , если эти углы удовлетвор ют следующему соотношению;

tge/2.tg(6 - 8) 2

Изобретение относитс  к масс-спектрометру очень высокой Яркости,иначе говор  к прибору, воспринкмаюшему пучок, геометрическа  прот женность которого очень велика, и способному к одновременному детектированию, благодар  чему коррекци  аберраций становитс  очень сложной.

Согласно изобретению рекомендуетс , чтобы входна  сторона магнитного сектора имела- соответствующий наклон, с тем,чтобы магнитный сектор был лишен аберраций отверсти  второго по- р цка дл  всезс масс (дл  всех траекторий пучка, располот-генных в радиальной плоскости) S, конечно, при условии, что предварительно уже были ликвидированы аберрации электростатического сектора.

Угол наклона входной стороны в зависимости от угла б отклонени  магнитного сектора определ етс  по приведенному ,вы;ие уравнению

tg0/2.tg(e - 5) 2 .

3 магнитном получаем О

Так, дл  отклонени  секторе SM, разном 90,

tgg 1/2, т.е. С 26,56

Это соотношение установлено исход  из коэ(М)ициентов аберраций, вы вленных во врем  опытов с магнитными секторами различных гсонЛигураций. Комбиниру  некоторые коэффициенты, можно установить приведенное выше - соотношение, при соблюдении которого оказываютс  скорректированными аберрации отверстий второго пор дка магнитного, сектора. Именно это и  вл етс  основный положением, которое позволило корригировать эти аберрации при любых геометрических размерах пучка, что совершенно необходи1600645

мо, так как ижобретение преследует , ) охват возможно более широкого пучка частиц,

Суп:ествует вторичный эффект, ко- состоит в том, что наклон входной стороны, вводит плоскость (Ьой-усировани  (0) магнитного пол  магнита (это было известно и раньше). jQ Использование приведенного вьгше соотношени  дает возможность корригировани  аберраций отверстий магнита дл  траекторий, расположенных в радиальной плоскости, так5 что остают- 15 с  только аберрации, введенные электростатическим сектором, которые можно корригировать при помощи расположенного перед магнитным сектором шестиполюсника 12. Така  коррекци  0 аберраций отверстий второго пор дка, св занных с магнитным сектором, сама по себе очень важна и, естественно,. может быть применена и в других видах спектрометров, отличающихс  от де- 25 тальло описываемого здесь.

Пучок частиц, выход щий из электростатического сектора 4, имеет сужение в точке 13 (Фиг.2). Дл  того, чтобы получить оптимальный эффект от 30 первой коррекции, вслед за точкой 13 введены устройства, благодар  которым магнитный сектор получает пучок, пара.ллельный в радиапьной плоскости. Это достигаетс  при помопги одного , ;i.nn нескольких четырех1 олюсников, таких как 14, установленных между электростатическим сектором 4 .и маг- сектором 5. Одним из способов ввелени  одного четырехполюсника 14 0  вл етс  така  установка, л.и которой его передний главный dioKyc совпадает с точкой 13 сужени . Положение четырехполюсника 14 выбираетс  так, чтобы наклон каждого параллельного 5 пучка, соответствующего различным энерг и м, обеспечивал ахроматическое 4|уикционкропание на уровне черт, располож .нных в плоскости 10, одновременно дл  всех масс. Эта особен- 0 проиллк стрирована на dinr.l, где два параллельных пэтка, соответ- ствуюицгх энерги м V ± AV, сФокуси- рсвакы в одной и той же то-чке плоскости 0 (дл  большей  сности ордината 5 нисколько раст нута). Как это будет видь о 3 дальнейшем, точка 3  вл етс  действительным изображением вход- но;: Lupj;n 3, создаваемым злектроста- тическг- .м сектором в радиальной плоскости . Точно также на йиг, 2 в рали- альной плоскости показш параллельный пучок на его выходе из четырел- полюсника 14.

На-Фиг. 4 показано, что четьфехпо- люсник 14 в вертикальном сечении,

наоборот, оказывает рассеивающее действие . Это рассеиваюшее действие, в свого очередь, ко тенсируетс  электро- статической щелевой  инзой 15, Таким , на выходе этой линзы по вл етс  паралл-ельньш пучок частиц, который точно проходит через меньший размер щели отверсти  16,

Если теперь снова вернутьс  к раю- смотрению иг,2, то молшо увидеть, что параллельньй пуп ок (изображенный дл  упрощени  как единственный пучок обладающий средней энергией)S, выда- четырехполюсником 14 в радиальной плоскости, проходит без измене-- НИИ через щелевую линзу 15, чтобы, затем войти внутрь-щели большого размера отверсти  . 16, Сравнение с (Ьиг.1. показывает, что большой размер отверсти  16 обеспеч ивдет проход парал- лельных пучков с различным хроматическим отклонением, поступающих от четырехполюсника 14, с учетом диспер- сии энергии, суптеств уюией между зле- ктростатичес м сектором 4 и магнитным сектором 5.,

В конце концов пучок частиц становитс  параллельным по двум его„ по- перечным направлени м после шелеврй линзы 15 и вплоть до входной стороны магнитного сектора 5,

Известно, что электростатический сектор 4 и магнитный сектор 5 обла- дают каждый своим центром хроматического вр.ащени  (прилагательное хроматическое применено здесь щ св зи с дисперсией энергии). Частицы, елеj

дуюшие по центральной траёкт.ории до их входа в электростатический сектор и обладающие энергией, слегка отличающейс  от. номин;альной энергии пучка , будут выходить из электростатического сектора 4 по отклоненным тра.ектори м. В зависимости от энергии частиц отклоненные траектории оказываютс  повернутыми.вокруг не-. которой точки, котора  называетс  центром хроматического врашени .

Аналогично этому и магнитный сектор 5 обладает своим центром хроматического врашени , к которому должным сходитьс  под соответствующим

углом чacтии J, имекщие близкие одна другой энергии и одну и ту же массу, после з авершени  их отклонени , т.е. в той же точке Локальной плоскости 17 и под тем же углом (по совпадающим траектори м), какова бы ни была энерги . в пол осе ±&V, Таким образом , достигаетс  полна  компенсаци  (первого пор дка) э нергетической дисперсии магнитной призмы. Центров хроматического вращени  имеетс . столько же, сколько различных масс.

Однако,если отклонение траекторий на входе сектора 5 просто пропорционально разнице энергии с коэ4- Лициентом пропорцио нальности, одинаковым дл  всех м асс, и эти .траектории .все же сход тс  в одной точке Фокальной плоскости 17 дл  данной массы, то траектории частиц с раз-., личной энергией будут иметь раалич- .ное отклонение, ,

Согласно другой характеристике изобретени  предусматриваютс  средства дл  сопр жени  двух центров хроматического врашени  электростатического сектора 4 и магнитного сектора- 5. Это можно легко осуществить путем соответствующего увеличени  при помощи четырехполюсника 14, чем дости- гае-рс  полна  коррекци  хроматической или энергетической дисперсии пучка частиц одной массы, при, этом четырехполюсник размешен так, чтобы . вать частицам других масс другие траектории с соответствующими.отклонени ми , .- Теперь рассмотрим коррекцию аберра ций отверстий второ. го пор дка, кото- рые по вл ютс  на уровне электростатического сектора 4. Эта коррекци  в основном осуществл етс  Т1ри помоши первого шестиполюсника 18, Однако первый шестиполюсник 1.8 работает в, тесном контакте с элементаьги спеКтрометра как такового, а также совместно с его блоком 1 передающей оптики

Чтобы составить представление об- оптической передаче и о входе спектрометра прежде всего обратимс - К (Ьиг. 1 2, 3, 6, 7,

Пучок зар женных частиц, приложен- ньй к входу в блок 1 передающей оп- тики, имеет сужение в точечном источнике 2. Этот пучок ионов состоит из частиц различной массы, обладающих, разными кинетическими энерги ми, не намного отличающимис  одна от другой

1600645

Среднее значение этой энергии, как и

10

раньше, обозначим буквой V, выраженной в электроновольтах, а ее дисперсию - через + ,

Этот пучок в принципе обладает симметрией вращени  в точке,точечного источника 2 и может состо ть из вторичкьш конов, испускаемых образцом , подвергнутым воздействию пучка первичных ионов, сосредоточенного на поверхности образца.

Перва  унипотенциальна  электростатическа  линза 19 дает изображение точки 2 в точке 20. Вокруг этой точки могут быть предусмотрены пластинки 21, позвол ющие выполн ть возможное рецентрирование пучка на оптической оси.

После первой линзы 19 и, если это требуетс , после пластинок 21 центрировани  устанавливаетс  щелева  линза 22. На (Ьиг.2 и 6 показано, что щелева  линза не оказывает никакого вли ни  на траектории ионов, лежащих в радиальной плоскости. И наоборот, в вертикальном сечении (Фиг.З и.7) щелева  линза 22 сводит эти траектории в точку 23 сужени .

Втора  электростатическа  линза 24 п установлена после шалевой линзы 22.

В радиальной плоскости (Фиг.2 и 6) инза 24 дает изображение точек 2 и 20 в точке 25, расположенной на уровне входной щели 3 и отцентрированной а ее оси.

В вертикальном сечении(Фиг.3 и 7) линза 26 размешена так, что ее Ьо- ус близок к точке 23. Следовательно, та линза выдает параллельные лучи ли траектории, развертыва сь вдоль ходной щели 3 по ее большому размеу (Фиг.7).

20

25

в с к ни J5 по не то да эт ло

др ни та пу оп ще си ко ко на ре ио

ко ща чт ра гл ко же но то на

35

40

Таким образом, увеличение на уров- не входной щели 3 радиальной плоскости получаетс  путем вли ни  на потенциал возбуждени  электростатических линз 19 и 26.

Независимое регулирование траекторий , расположенных в вертикальной плоскости (Фиг. 3 и 7), достигаетс  при помощи щелевой линзы 22.

На входе спектрометра перед входной щелыо 3 установлены с одной стороны собирательна  электростатическа  линза 27, котора  делает возможным управл емое послеускорение, а после нее - первьй шестиполюсник 18.

10

10

п

20

25

50

дг

Линза 28 в вертикальном сечении пучка частиц служит дл  сужени  потока частиц в точке, расположенной перед электростатическим сектором 4. Первый шестиполюсник 18 отцентрирован на уровне этого сужени .

Шестиполюсник 18 установлен дл  Компенсировани  аберраций отверстий второго пор дка, создаваемых электрЬ- статическим сектором 4 дл  траекторий , расположенных в радиальной плоскости . Прежде всего,он не оказывает никакого вли ни  на траектории, рас- J5 положенные в верти1 альном сечении, и не вносит в них никаких изменений, в том числе аберраций типа В -, благодар  тому Факту, что сужение пучка в этом сечении находитс  в центре шести- лолюсника.

Линза 28 Послеускорени  играет другу«) роль, заключак цуюс  в изменении угла отверсти  спектрометра как такового. Соответственно сужение пучка, производимое блоком передающей оптики, в точке 25 на уровне входной щели в радиальной плоскости, переноситс  в точку 27 линзой 28 послеус- корени . Это позвол ет увеличить  ркость спектрометра после устранени  наиболее существенных аберраций. В результате послеускорейи  энерги  ионов V превращаетс  в энергию Vp.

На.практике передн   главна  плоскость линзы 28 Послеускорени  размещаетс  в плоскости входной щели 4 так, что спектрометр видит входную щель, расположенную в точке 29 в задней главной плоскости линзы 28. Лл  такого спектрометра гауссовское изображение остаетс  без изменений. Дл  данной разрещаюшей силы увеличиваетс  только располагаемый угол отверсти  на рходе.

Как указывалось раньще, спектро- метр устанавливают так, чтобы задний главный Фокус линзы 28 Послеускорени  находилс  в центре щестиполюсни- ка 18, в точке 30.

Кроме того, послеускорение позвол ет уменьщить энергетическую дисперсию соотнощени  V/V до отнощени 

35

40

5

V/VP, что, в свою очередь, приводит к уменьшению смешанных аберраций и аберраций в (ДУ/Ур). .

С целью упрощени  описани  за вител  выбрали отношение WVp пор дка одной четверти, что потребовало дл  редакции отрицательных ионов энергии

11.

пор дка J5 кВ и расчета всех проводов спектрометра з цеп х, расположенных после линзы 28 послеускорени , на на- пр жение +15 кВ,v

Спектрометр имесгт второй шестипо- люсник 2, расположенный после электростатического сектора 4 и отцентрированный на действительном изображении входной щели 3, которое дает электростатический сектор А в радиальной плоскости. Это позвол ет уменьшить смешанньш аберрации отверсти  и ; хроматические аберрации дл  траёкто1600645

10

рий, расподоженных в радиальной плес- 55 тырехполюсника 14.

же, как и магнитный этого став т на сво полюсник 31, с тем создать услови  дл  наклона хроматическ получени  параллель д щего в магнитный танавливают щелевую щую дл  корригиров четырехполюсника сечении .После этого отверсти  16, а та люсник 12, помещае

20

30

кости, при обеспечении точной компенсации дл  выбранной массы. Центрирование шестиполюсника J 2 в точке 13 позвол ет обеспечить коррекцию сме- шанных аберраций, не регулиру  дл  этого щестиполюсник 18, который корригирует аберрации отверсти  (независимость регулировок)а

В описываемом здесь примере pea- . лизации изобретени  фильтрование по энергии производитс  перед блоком передающей оптики.

В одном из вариантов оно выполн етс  на уровне второго щестиполюс- : ника 12. Таким образом, в этом варианте спектрометр имеет два щестн- полюсника, обрамл ющих щель Фильтровани  по энергии (не показана).

После второго шестиполюсника 12 нахо д тс  четырехполюсник 31, входна  линза 15, щель отверсти  6 и, наконец , магнитный сектор 5.

На Фиг. -1 , 2,4. показаны некоторые детали магнитного сектора. Этот сектор имеет магшуг (не показан), кото- рьй взаимодействует .с двум  полюсными наконечниками 32 и 33, Форма которых показана на видах устройства в радиальной плоскости.

Независимо от получени  различных . коррекций, уже описанных вьше, изобретение позвол ет значительно облегчить эти коррекции, осуществл   их при помощи регулировок, которые не требуют перемещени  отдельных элементов спектрометра и которые сделащ, по возможности независимыми один от другого.

Дл  этого сборка и регулировка спектрометра производ тс  в следующем пор дке:

Прежде всего став т на место электростатический сектор 4, относ щийс  к секторам сферического типа, так

Перед электрост 4 устанавливают на тиц щестиполюсник ный в выбранной за фокусе, в вертикал 28 послеускорени  вторую электростат щелевую линзу 22, ровани  и, наконец 25 циальную электрост Все эти элемент щены в заранее опр ни х, которые в да не будут.

После этого про ные регулировки, в ющем пор дке: четы гулируетс  так, чт энергии траектори  электростатическо давалось соответс

Линзу после уско тами регулируют т сужени  была в Фо ника 14 и, следов шестиполюсника 12 обеспечивает пара ной плоскости пуч четырехполюсника д5 пенсировать возмо ни , занимаемого

Шелевую линзу регулируют так, ч ни  находилась в ника 18.

40

50

55

Специалист пой таким образом, ок отрегулированным менени  взаимного элементов.

Точно так же н ществл ть сбор от выходе из магнитн

12

же, как и магнитный сектор 5 После этого став т на свое место .четырехполюсник 31, с тем чтобы заведомо создать услови  дл  соответствующего наклона хроматических траекторий и получени  параллельности пучка, вход щего в магнитный сектор. Затем устанавливают щелевую линзу 15, служащую дл  корригировани  расхождени  четырехполюсника 22 в вертикальном сечении .После этого устанавливают щель отверсти  16, а также второй щестипо- люсник 12, помещаемый в Фокусе четырехполюсника 14.

0

30

Перед электростатическим сектором 4 устанавливают навстречу пучку ча с- тиц щестиполюсник 18, отцентрированный в выбранной заранее точке, как в фокусе, в вертикальном сечении, линзу 28 послеускорени  входную шель 3, , вторую электростатическую линзу 26, щелевую линзу 22, пластинки 21 центрировани  и, наконец, первую унипотен- 5 циальную электростатическую линзу .19. Все эти элементы могут быть размещены в заранее определенных положе ни х, которые в дальнейщем измен  тьс  не будут.

После этого производ т дополнительные регулировки, выполн емые в следующем пор дке: четырехполюсник 31 регулируетс  так, чтобы дисперсным по энергии траектори м, выход щим из электростатического сектора 4, придавалось соответствующее отклонение.

Линзу после ускорени  с ее элементами регулируют так, чтобы точка 13 . сужени  была в Фокусе четырехполюсника 14 и, следовательноj в центре шестиполюсника 12. Эта регулировка обеспечивает параллельность в радиальной плоскости пучка, выход щего из четырехполюсника 14, и позвол ет ском- д5 пенсировать возможные дефекты положени , занимаемого четырехполюсником 14.

Шелевую линзу 22 оптики передачи регулируют так, чтобы точка 30 -сужени  находилась в центре щестиполюс- ника 18.

40

50

Специалист поймет, что прибор, таким образом, оказываетс  полностью отрегулированным без какого-либо изменени  взаимного расположени  его элементов.

Точно так же н.ет необходимости осуществл ть сбор отклоненных частиц на выходе из магнитн.ого сектора 5. Час131600645

тицы, имеющие различные массы, приход т на одну и ту же плоскость 10.

Сепаратор частиц согласно изобретению позволит по образцу спектрографа примен ть ЛотограЛическую пластинку дл  сбора отклонени  частиц и анализа распределени  масс.

Согласно изобретению предпочтение отдаетс  разкешению в Фокальной плос- кости 10 р да отдельных коллекторов, например, таки:,,как электронные умножители , входна  поверхность которых

электрод 28 послеускорени  - ди толщиной 8 NM с отверстием, имеющим внутренний диаметр 14 мм, изолиров ный алюминиевым цилиндром. Этот дис имеет потенциал +10 кВ при работе в

чувствительна к ударам зар женных

частиц, выход щих из магнитного секто-)5 качестве послеускорител , при этом

ра 5.. элементы, расположенные в передней

14

Масс-спектрометр 2:

входна  щель- 3 - пр моугольное отверстие размером 0,024)0,8 ммд (с активным поелеускорением), имеющее разрешающую способность по массе М/ДМ 4000. Больша  ось шели перпендикул рна радиальной плоскости. Размеры щели регулируютс  по ос м X и Y)

электрод 28 послеускорени  - диск толщиной 8 NM с отверстием, имеющим внутренний диаметр 14 мм, изолированный алюминиевым цилиндром. Этот диск имеет потенциал +10 кВ при работе в.

Теперь приступим к описанию частного примера реализации изобретени , воспользовавшись Фиг.8 и последующими

части, имеют опорное напр жение + 15 кВ,шестиполюгник 18 - щесть цилиндри- Входной пучок, отрицательные ионы 20 ческих стержней диаметром 8 и длиной средней энергии 5 кВ образуют пучок 36 мм. Их оси равномерно распределены по цилиндрической поверхности диаметром 24 MN. Разность потенциалов

вращени ,, имеющий сужение в точке ионного источника 2. Подуугол при вершине имеет пор док 10 раддл  разрешающей способности М/йМ пор дка 4000. 25 попеременно. Центр шестиполюсника В блок передающей оптики вход т: находитс  в 52 мм после электрода 28

двух соседних стержней равна +36 В

электростатическа  линза 19 - три круглых электрода с центральными отверсти ми диаметром 4 мм. Центральный электрод имеет потенциал 4670 В а два других электрода, установленны по одну и по другую сторону от центрального электрода, имеют потенциал массы;

пластины 21 центрировани  - четыре пластинки из нержавеющей стали, имеющие активную поверхность разме- ром 18x2 мм, создаюиие канал квадратного сечени . Рассто ние между противоположными пластинками равно 3 мм. Их центр расположен на уровне сужени  пучка ионов,

щелева  линза 22 - три электрода с пр моугольными отверсти ми, -больша  ось которых лежит в радиальной плоскости. Центральный электрод имеет размеры , а два других электрода - мм. Центральный электрод , получающий напр жение - 5 кВ, установлен на рассто нии 66,5 мм от оси линзы 22.

Электростатическа  линза 22 идентична линзе 19, разница между ними лишь в том, что ее центральный электрод имеет потенциал - 4310 В. Этот электрод размещен на рассто нии 36 мм от центра шелевой линзы 22 и на рассто нии 30 мм от входной линзы 3, расположенный вьше.

попеременно. Центр шестиполюсника находитс  в 52 мм после электрода 2

двух соседних стержней равна +36 В

и в 43 мм перед входной плоскостью электростатического сектрра;

электростатический сектор 4 - угол

отклонени  90 . Два концентрических учасугка сферы радиусами 94 и ,106 мм. Разность потенциалов, приложенных к внутренней и наружной сферам, составл ет +4819,в В. На входе и выходе имеютс  защитные щели, служащие дл  ограничени  утечки электрического пол  ;

шестиполюсник 12 - такой же, как и шестиполюсник 18. Разница заключаетс  только в том, что длина стержней равна 72 мм, а разность потенциалов равна +1702,5 В. Центр шестиполюс- ника находитс  в 77 мм после выходной CTOpoiibi электростатического сектоРЗ 4;

четырехполюсник 14 - четыре цилиндрических стержн  диаметром 24 мм и длиной 100 MN. Оси этих стержней равномерно распределены по цилиндрической поверхности диаметром 46 мм. Разность потенциалов попеременно составл ет +46,4 В. Стержни с отрицательным потенциалом должнъ лежать в радиальной плоскости;

щелева  линза 15 имеет такую же конструкцию, как и линза 22. Центральный электрод имеет отверстие размером i4f70 мм, электроды, расположенные по .кра м, имеют отверсти 

размером мм. Потенгщал центрального электрода соответствует Фокусному рассто нию 173 мм. Он отстоит на 119 мм после центра четьфехполюс- ника

щель отверсти  16 имеет размеры ,7 дл  разрешающей способности по массе М/бМ . Больша  ось ше- ли расположена в радиальной плоскости;

магнитный сектор 5 - магнитна  цепь из м гкой стали U-образного сечени . Междужелезное пространство магнита - 8 мм. Полезный радиус траектории - от 70 до 350 мм. Магнитна  индукци  может регулироватьс  с точность до 1 Тл.

Угол входной стороны 26 56 (tg ). . Угол отклонени  а 90 . Угол выходной стороны Q/2 45 . Угол плоскости 10 Фокусировани  53 3.

Магнитна  цепь имеет потенциал массы, но немагнитные электроды, размещенные внутри, HMefOT потенциал +15 кВ при работе в качестве ПОСЛЕ;- уско:рител . Магнитный шунт, ограничивает утечку пол  с входной стороны магнитнЪго сектора. На верхней части плоскости 10 Фокусировки находитс  узел .мультиколлектора, состо щего из ионно-элёктронных преобразоват(2ле послеэлектронных умножителей.

Оптические элементы (за исключением магнита) установлены на детали конструкции, изготовленной из нержавеющей стали, котора  биксирует взаимное расположение различных устройств и служит вакуумной камерой. Группа криогенных насосов обеспечивает получение требуемого сверхвысокого вакуума. Магнит соединен с предшествующим устройством эластичной герметичной систб;мой, в которую вход т элементы механического выравнивани  оптических осей по одной линии . .

При последующем описании обращатьс  к Фиг.-9, 10, -которые иллюстрируют работу системы при наличии по- слеускорени  и без него.

До щелевой линзы 22 траектории остаютс  такими же, как и раньше, и наход тс  в радиальной плоскости и . вертикальном сечении.

На Фиг. 9 показано, что в радиал . иой плоскости тр аектории без ускоре

5

0

5

ни  проход т через щелевую линзу 22, чтобы сходитьс  к второй электростатической линзе 26 и Фокусироватьс  в точке 25. Однако линза - электрод 28 послеускорени , имеюща  потенциал до 10 кВ, создает мнимую Фокусировку в точке 29 по ходу лучей в спектрометре . Таким образом, из этой точки, наход т траектории, поступаюдае в ще- стиполюсник 18. Дл  конкретных числовых значений величин, описанных ранее, рассто ние между точками 29 и 25 равн етс  11 мм.

В вертикальном сечении (Фиг . 9) эти траектории деформированы щелевой линзой 22. При этом остаютс  параллельными до плоскости 33 (Фиг,8), после которой они слегка сход тс , с тем чтобы пройти через щ елевое отверстие 3 в плоскости 34 (Фиг.9) и, таким образом, получить окончательное направление, идущее к точке 30 сужени , в которой отцентрирован шестиполюсник 8.

Фокусные рассто ни  этих линз равн ютс , мм:

11

0

дл  линзы 19 f дл  линзы 22 f 13 дл  линзы 24 f 14. дл  линзы 28 f 21

15 9,44 19,88 97

5

0

При работе без послеускорени  (Фиг.10) имеет место только один эффект собирательной линзы, создаваемый линзой 28. Следовательно, точка 25 остаетс  св занной с точкой 30, из которой как бы исход т траектории, которые наход тс  после линзы 28 в радиальной плоскости.

Б вертикальном сечении 10 регулировка оптической передачи изменена так, чтобы траектории начинали сходитьс  тотчас же после выхода из второй электростатической линзы 26. 5 Они проход т через входную щель. 3, несколько раньше сход сь до уровн  линзы 28 и окончательно сход сь в той же точке 29 сужени , что и в предыдущем случае.

Величины Фокусных рассто ний при этом:

f 11 и f 14 остаютс  такими же;

дл  линзы 22 f 13 8,30 мм; дл  линзы 28 f 21 139,09 мм.

Если при работе с послеускорениём увеличение на уровне входного отверсти  равн етс  единице, то при работе без послеускорени  между изображени ми , расположенными в точке 29 и

0

5

17

изображением в точке 30 имеетс  увеличение в 1,32 раза.

Отсюда следует, что послеуско- рение, сопровождаемое 3d5die rTOM сходимости , вызванным дополнительным электродом, соответствует особенност м незавксимбй.регулировки,, которыми обладает устройство согласно изоб- ретеншо, - измен етс  только величи- чина электрических напр жений.

Некоторые из элементов описанного выше спектрометра могут быть заменены эквивалентными элементами. Так, единственный четырехполюсник J4 может быть заменен двум  четырех- полюсниками. Возможно использование и других элементов, эквивалентных четырехполюснику, а также шестипо- люсникам, электростатическим линзам н шелёвым jjHH3aM. -. . . .

16

Ф

ормул. а изобретени 

Claims (5)

1. Масс-спектрометр, содержаптий источник ионов с выходной щель, блок электрофокусирующей оптики, электростатический секторный анализатор, линзу дл  подачи к магнитному авали- затору параллельного в радиальной плоскости пучка частиц и магнитный анализатор с входной шелью и плоской входной границей, неортогональной к ионно-оптической оси масс-спектрометра , причем плоска  выходна  граница расположена в плоскости, проход щей через пересечение входной границы с ионно-оптической осью масс-спектрометра , отличающийс  тем, что, с цель повьппени  разрешающей и пропускной способности за счет уменьшени  аберрации отверсти  второго пор дка, величины угла между входной границей магнитного анализатора и

-

600645

18

10

20

, нормалью sr ионно-оптической оси масс- спектрометра со стороны отклонени  пучка и угла 0 отклонени  пучка в магнитном индикаторе удовлетвор ют соотношению

tgS/2. tg(e- 6) 2 .

2.Масо-спектрометр по п.1, о т - личающийс  тем, что блок электройокусирующей оптики содержит расположенные до выходной шеди источника две электростатические линзы 1C Фокусом в ради альной плоскости

5 в области выходной щели ионного источника и расположенную между ними щелевую линзу дл  создани  параллельного в аксиальной плоскости пучка частиц в области выходной шели ионного HCTO-iHHKa.

3,Масс-спектрометр по пп.1 и 2, отличающийс  тем, что блок электрофокусируюшей оптики после выходной щели ионного источника

25 содержит Локусирутщу линзу после ускорени , в Фокусе которой расположена шестиполюсна  линза,

4.Масс-спектрометр по пп.1-3, о т- лич тем, что он

30 содержит вторую шестиполюсную линзу, расположенную после электростатического секторного анализатора в точке его djoKyca,

5.Масс-спектрометр по п, 1, о т- личающийс  тем, что линза дл  лодачи к магнитному анализатору пара.плельного в радиальной плоскости пучка частиц выполнена в виде квадру- пол . задний Фокус которого совпадает

4Q с Фокусом электростатического секторного анализатора в радиальной плоскости , причем после квадрупол  установлены средства дл  компенсации расхождени  пучка в аксиальной плоскости.

45 I

35

фиг.Ъ

31 75 и

Фиг /

115

/

3k

t/3,Z J

35

35

.гв

21

NH

22

,

25

©

t .

ffus.e

,20 .f1

/

22

-23

26

/

w

H)j

фиг.7

18

19

V

фиг 9

19

19

IШ

L.

Фиг. г О