КВАДРУПОЛЬНЫЙ ФИЛЬТР МАСС НА ОСНОВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОДА

Полезная модель относится к масс-спектрометрии, в частности к динамическим масс-спектрометрам пролетного типа, и может быть использована для создания квадрупольного фильтра масс с повышенными эксплуатационными и аналитическими характеристиками [1].
Традиционно в качестве полеобразующих электродов квадрупольного фильтра масс использовались стержни круглого сечения, расположенные параллельно друг другу, создавая квадрупольное электрическое поле. При этом устройство для крепления электродов квадрупольного анализатора представляет собой изолированную обойму, на внутренней поверхности которой закрепляются цилиндрические электроды [2-4].
Известны способы построения квадрупольных электродных систем, в которых стержни круглого сечения заменялись гиперболическими электродами [5]. В этом случае электрическое поле в рабочем объеме анализатора в большей степени приближено к линейному (квадратичному распределению потенциала), и как следствие, позволяет повысить аналитические характеристики анализатора. Недостатками такой конструкции, обеспечивающей точное положение полезадающих электродов относительно поверхностей, лежащих вне рабочего объема, является трудность точной фиксации расстояния от стержней до центра системы, приводящее к искажению электрического поля в рабочем объеме анализатора.
Известен способ изготовления датчика квадрупольного фильтра масс [6], по которому на металлическую форму, внешние поверхности которой повторяют внутренние поверхности анализатора, с закрепленными на ней изоляторами наносят слой металла. После этого удаляют этот слой в местах соединения различных электродов, после чего форму вынимают и получают моноблочную конструкцию квадрупольного фильтра масс, расположение электродов в которой повторяет положение рабочих поверхностей формы. Недостатком такого устройства масс-анализатора являются неразборная конструкция, затрудняющая эксплуатацию прибора и сложность точного изготовления протяженной формы и электродной системы соответственно.
В известном датчике квадрупольного фильтра масс [7] повышение точности протяженной электродной системы достигается за счет использования большого числа идентичных секций, каждая из которой содержит четыре скрепленных между собой и изолированных друг от друга полеобразующих электрода, при этом каскады механически соединены между собой, обеспечивая электрический контакт между соответствующими электродами и получение единой протяженной электродной системы квадрупольного фильтра масс.
Целью предлагаемой полезной модели является улучшение аналитических и эксплуатационных характеристик квадрупольных масс-анализаторов за счет использования разборной электродной системы с гиперболическими электродами, не требующей дополнительной юстировки при сборке.
Для построения электродной системы квадрупольного фильтра масс используются четыре одинаковых гиперболических электрода, внешний вид которых изображен на фиг. 1.
Каждый электрод имеет рабочую гиперболическую поверхность 1 и концевые области 2, выполненные в виде плоскости, параллельной асимптоте гиперболы и углубленной внутрь электрода. Размер углубления концевой области соответствует размеру керамических изоляторов виде прямоугольных параллелепипедов и обеспечивающих необходимое взаимное расположение электродов в системе без дополнительной юстировки. Электроды соединяются друг с другом через отверстия 3, выполненные в концевых областях, с помощью болтовых соединений и керамических втулок.
Фиг. 2 изображает схему болтового соединения двух электродов друг с другом (1 - электрод, 4 - керамический изолятор в виде прямоугольного параллелепипеда, 5 - болт, 6 - шайба, 7 - керамическая втулка, 8 - гайка). При этом обеспечивается как необходимая электрическая изоляция электродов, так и их требуемое взаимное расположение относительно друг друга за счет применения керамического изолятора в виде прямоугольного параллелепипеда, изготовленного с высокой точностью.
Фиг. 3 изображает принцип построения квадрупольного фильтра масс на основе четырех одинаковых гиперболических электродов (1 - гиперболический электрод, 4 - керамический изолятор в виде прямоугольного параллелепипеда, 9 - отверстие для соединения электродов соседних секций, 10 - асимптота гиперболической поверхности электрода).
Такое устройство квадрупольного масс-анализатора позволяет повысить точность выполнения всей электродной системы и упростить ее сборку за счет:
использования идентичных электродов, изготовленных методом электролитического формования с использованием одной высокоточной формы;
использования для соединения электродов друг с другом керамических изоляторов в виде прямоугольных параллелепипедов, погрешность изготовления которых ввиду простой формы составляет не хуже 1 мкм.
Предлагаемая конструкция квадрупольного масс-анализатора позволяет реализовать и известный [7] секционный принцип построения протяженных электродных систем и выпускать унифицированный ряд приборов, когда их протяженность и аналитические параметры определяются количеством соответствующих квадрупольных ячеек. При этом секции электродных систем механически соединены между собой через отверстия для соединения электродов, обеспечивая электрический контакт между соответствующими электродами и получение единой протяженной электродной системы квадрупольного фильтра масс, а посредством керамических изоляторов в виде прямоугольных параллелепипедов обеспечивается не только автоматическая юстировка электродов относительно друг друга, но и отдельных секций между собой.
Литература
1. Г.И. Слободенюк. Квадрупольные масс-спектрометры. М., Атомиздат, 1974.
2. А.С. 285322 СССР.
3. А.С. 469479 СССР.
4. А.С. 868885 СССР.
5. А.С. 868886 СССР.
6. Патент 2091902 РФ.
7. Патент на полезную модель 156466 РФ.