КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Полезная модель относится к области масс-спектрометрии и может быть использована при создании квадрупольных масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.
Квадрупольные масс-спектрометры имеют высокие аналитические характеристики только при большой однородности гиперболического поля квадрупольного анализатора. Однако на входе известных квадрупольных масс-спектрометров существует краевое поле [1]. В этом поле стабильные ионы оказываются принципиально нестабильными, амплитуда их колебания нарастает экспоненциально с числом колебаний в краевом поле, что приводит к резкой потере чувствительности масс-спектрометра. Кроме того, при прохождении ионами краевого поля, у них возрастает продольная составляющая скорости, что приводит к значительному снижению разрешающей способности масс-спектрометра.
Известно устройство квадрупольного масс-спектрометра [2], в котором для уменьшения влияния краевых полей ионы вводят внутрь квадрупольного анализатора через осевое отверстие в специальном конусном электроде. При этом концы стержней анализатора выполняют в виде поверхности, образованной вращением поперечного сечения электрода вокруг оси симметрии этого сечения. Концы стержней заключены в полые полуконусы, соприкасающиеся между собой по образующим, лежащим в плоскостях нулевого потенциала анализатора. В точке соприкосновения вершин конусов имеются отверстия для ввода и вывода ионов. Однако практическая реализация известного устройства сопряжена с большими технологическими трудностями:
- точностью изготовления, юстировки и крепления конусных электродов;
- выполнения специального профиля на концах полеобразующих электродов.
В противном случае наличие дополнительного конусного электрода может нарушить симметрию в распределении потенциала в рабочем объеме анализатора и ухудшить условия ввода и вывода ионов.
Известно устройство квадрупольного масс-спектрометра [3], в котором ввод и вывод ионов в датчик квадрупольного фильтра масс осуществляют через плоские диафрагмы с осевыми отверстиями, расположенные на расстоянии нескольких мм снаружи от торцов электродов. Обычно это расстояние составляет 2-3 мм [4]. Наличие диафрагм на входе и выходе анализатора позволяет локализовать в заданном объеме краевое поле и уменьшить его влияние на характер движения анализируемых ионов. Кроме того, плоская форма диафрагм упрощает конструкцию анализатора, так как не требует юстировки вдоль оси анализатора.
Однако влияние краевого поля в известном устройстве достаточно велико, что ограничивает получение высоких аналитических характеристик квадрупольного фильтра масс.
Целью полезной модели является повышение чувствительности и разрешающей способности квадрупольного масс-спектрометра.
0
0
0
Указанная цель достигается тем, что плоские входная и выходная диафрагмы квадрупольного фильтра масс с выполненными в них отверстиями вдвинуты внутрь электродной системы квадрупольного фильтра масс на расстояние >0,1r от плоскости торцов электродов, при этом диаметр диафрагм меньше 2r, где 2r - наименьшее расстояние между противоположными электродами. Это позволяет свести к минимуму влияние краевого поля на вводимый и выводимый ионные потоки.
На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый квадрупольный масс-спектрометр; на фиг. 2 - результаты экспериментального подтверждения эффективности предлагаемого технического решения.
Квадрупольный масс-спектрометр содержит источник ионов 1; входную диафрагму 2; квадрупольный масс-анализатор 3, состоящий из четырех стержней круглого или гиперболического сечения; выходную диафрагму 4; приемник ионов 5.
0
0
0
0
Анализируемые ионы из источника ионов через входную диафрагму попадают в поле квадрупольного анализатора, где разделяются по удельным зарядам . Ионы с определенным значением  покидают анализатор через выходную диафрагму и регистрируются приемником ионов. Расположение входной и выходной диафрагм в рабочем объеме анализатора уменьшает протяженность краевого поля, а использование плоской диафрагмы не требует ее осевой юстировки, что позволяет существенно увеличить чувствительность и разрешающую способность масс-спектрометра. На фиг. 2 приведены экспериментально измеренные формы массового пика воды (18 а.е.м.) для двух положений входной и выходной диафрагм: а - диафрагмы расположены на расстоянии 2 мм снаружи от торцов электродной системы (прототип); б - диафрагмы вдвинуты внутрь электродной системы на глубину 0,1r от ее торцов (предлагаемое устройство), при этом диаметр диафрагм был равен 1,9r. Диаметры входного отверстия равен 0,1r, выходного - 0,3r и были одинаковы для обоих случаев. Из приведенной зависимости видно, что нахождение плоской диафрагмы внутри электродной системы позволяет увеличить чувствительность масс-спектрометра в 1,8 раза, а его разрешающую способность, определенную по уровню 0,1, - в 1,5 раза, т.е. увеличить его добротность (произведение разрешения на чувствительность) в 2,7 раза по сравнению с известным техническим решением.
Литература
1. Слободенюк И.Г. Квадрупольные масс-спектрометры. М.: Атомиздат, 1974.
2. А.С. СССР №393662, опубл. 10.08.1973 г. в БИ №33.
А.С. СССР №257129, опубл. 11.11.1969 г.в БИ №35.
Сысоев А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М.: Ато-миздат, 1977.