[其他]雙聚焦質譜儀

在審

• 申請號: 101986000004194
• 申請日: 1986-05-14
• 公開（公告）號: CN1005370B
• 公開（公告）日: 1989-10-04
• 發明（設計）人: 羅伯特·哈羅德·巴蒂曼
• 申請（專利權）人: VG儀器集團有限公司
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民

這里提供了一種質譜儀，至少具有三個靜電型或磁場型分析器扇形體，至少有一個扇形體為靜電型，而其余的扇形體至少有一個為磁場型，其中，所述質譜儀包括一聚焦扇形體序列，至少由三個所述扇形體組成，該序列扇形體具有一定的尺寸和位置以使之能共同諧調地工作，從而產生速度聚焦和方向聚焦的象，并且該序列扇形體的一定的尺寸和位置能使在序列中間不產生速度聚焦成象，其中，該序列的一個扇形體緊鄰地配置在兩個另一類型扇形體之間。

本發明論及的是質譜儀，特別是具有一個磁扇形體分析器的質譜儀。

在磁扇形體質譜儀中，離子束在磁場中偏轉的大小，由這些離子的質量和電荷的比率（m/Z）來確定。在這種儀器中，從離子源發射出的離子束首先通過一個電位V被加速后，而具有一個能量

……〔1〕

式中的U是離子被加速后的速度。如果垂直于這些離子飛行的軌道平面設置一個磁場，則這些離子將受到一個向心力，式中r代表磁場中離子軌跡的曲率半徑。如果該磁場的強度為B，則磁場對離子的作用力為BZU，而有：

……〔2〕

由〔1〕和〔2〕式得

……〔3〕

在實際應用上，在磁場中固定的位置上安裝有二個狹縫，因而r是確定的，并且V也保持恒定，因此可以通過改變磁場B的大小來選擇不同的m/Z比率的離子。由此可見，磁場的這個作用類似于把一束白光分解成它所包含的各種光譜分量的棱鏡作用，和光學透鏡對一束光線的作用類似，也可以利用一個磁場來使一束離子產生方向聚焦作用，這樣就可以利用磁場把一束離子分裂成不同m/Z比率的分量同時形成離子源的象，即形成一系列的聚焦象，其中每個象對應不同m/Z比率的離子。為了實現方向聚焦的作用，當然必須象利用光學透鏡產生光學象一樣地精確地布置物和象的狹縫的位置，以及選擇磁場的形狀。關于這些方法的原理和技術都是已知的。

已知，在單聚焦質譜儀中，為獲得盡可能清晰的象，從而達到較高的質量分辨率，利用了磁場的方向聚焦特性和磁場的色散特性。

不管多么仔細地設計一個單聚焦質譜儀，它的分辨率始終受著通過物狹縫進入磁場的具有相同m/Z比率的離子的速度分散性的限制。在實際中，普通離子源可產生幾個電子伏特的能量分散度，對一個被加速的離子束來說，它的總的能量變化（典型值為3-10Kev）通常使分辨率限于約3，000以下（10%峰谷定義）。為了得到高分辨率，必須利用一個與磁扇形體分析器相結合的能量選擇裝置。采用最多的類型是由相互離開恒定距離的兩柱面極板構成的扇形體，在該二極板之間保持有恒定的電位梯度（E）。如果二極板間的離子束的軌跡半徑為r_e，則離子所受到的力由下式給出

……〔4〕

另一方面，在磁扇形體分析器情況下，離子所具有的能量由方程〔5〕給出

……〔5〕

把這些方程結合起來，得到下述方程

r_e＝2V/E……〔6〕

因此，一個這種類型的靜電扇形體分析器將按照形成離子束時離子所具有的直線運動能量來使離子束發生色散。如果采用一些窄的狹縫使r_e確定下來，就可以用靜電扇形體分析器從具有明顯能量分散的離子束中選擇出特定能量的離子。在一個磁扇形體分析器的情況下，只要正確放置物狹縫和象狹縫并選擇合適的磁場形狀，利用靜電分析器也可以使離子束發生方向聚焦;這種聚焦作用顯著地提高了分析器的分辨率。