Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время распространение получили источники ионов с ионизацией при высоком давлении , открывающие ряд возможностей в аналитической практике. Примерами таких газодинамических источников ионов (ГИИ) являются масс-спектрометрические источники с экстракцией ионов из растворов при атмосферном давлении (ЭРИАД), с ионизацией в индуктивно связанной плазме,а также масс-спектрометрические системы для анализа ионного состава разрядов. Благодаря таким ГИИ становится возможным проведение ионизации вещества, находящегося в любом фазовом состоянии ; проведение мягкой неразрушающей ионизации молекул; получение кластерных пучков .
Образование ионов в ГИИ происходит в зоне высокого давления , а затем производится формирование и транспортировка ионного пучка через систему дифференциальной откачки (СДО ) с электрическими потенциалами на ее элементах в высоковакуумную камеру. Поиск оптимальных конструкторских решений для проектирования такого рода интерфейсов и усовершенствования их делают задачу математического моделирования транспортировки пробы из области ионообразования через газодинамические транспортирующие системы актуальной.
Цель работы состоит в построении моделей для исследования особенностей транспортировки ионов во всех ступенях СДО интерфейсов ГИИ .определения причин потерь ионов и искажения ионного состава. Особое внимание уделяется корреляции эффектов, вызванных наличием газокинетических столкновений ионов, и эффектов собственного объемного заряда транспортируемого пучка. На основе построенных моделей , реализованных в виде алгоритмов и программ , проводится исследование особенностей транспортировки и формирования ионного пучка в ГИИ с целью оптимизации и совершенствования схем интерфейсов.
Научная новизна работы определяется следующим.
Т. Предложена модель,позволяющая модифицировать метод статистического моделирования для численных расчетов транспортировки пучков в сильно неоднородных газовых потоках и в присутствии нескольких типов взаимодействия ионов со средой .
2. Создана модель и соответствующий алгоритм для решения самосогласованной задачи транспортировки ионного пучка с учетом рассеивания на нейтральных молекулах и обоснованы критерии сходимости при проведении итерационного процесса.
3. На основании численных расчетов определены параметры
ионных пучков , формируемых в интерфейсах ГИИ , исследовано
влияние эффектов масс-дискриминаций и прохождения пучка через
канал скиммера.
4. Обоснованы подходы к оптимизации конструкций интерфейсов
для различных масс-анализаторов. Предложены схемы интерфейсов ГИИ
аксиально-симметричные и не обладающие аксиальной симметрией,
позволяющие существенно улучшить рабочие характеристики .
Практическая ценность работы і Результаты, полученные в диссертации использовались із ряде разработок НТО АН СССР, в частности, при разработке масс-спектрометров MX 3305 и MX 1320 , комплекса " Жидкостной хроматограф - масс-спектрометр " на базе статического масс-спетрометра высокого разрешения ХЖ -MX 3303. Программное обеспечение для моделирования процессов транспортировки ионов включено в состав программных средств системы АВ0ГАДР0 ( институт механики МГУ).
Результаты диссертационной работы могут найти применение при разработке и модернизации масс-спектрометрических. и энергоанализирующих приборов, при расчете фокусирующих и формирующих ионно-оптических систем в газонаполненных средах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Республиканском семинаре по методам расчета электронно-оптических систем (Ташкент,1988) на II Международной конференции .по компьютерной физике (Амстердам,Нидерланды,1990), на VIII Международной Общей конференции Европейского физического общества " Тенденции современной физики" (Амстердам, Нидерланды, 1990), I Международной конференции "Приоритетные направления в научном приборостроении" (Ленинград,1990), Международном конгрессе по компьютерным системам и прикладной математике (С.-Петербург, 1993). По теме диссертации опубликовано II работ'.
На защиту выносятся :
1. Модель ,алгоритм й~~ программное обеспечение , описывающие
транспортировку ионного пучка в ГИИ , совместно учитывающие три
фактора: газодинамический .электростатический (внешнее поле) и
фактор объемного заряда пучка, которые определяют прохождение
пучка ионов в разреженном газовом течении интерфейса.
2. Итерационная схема решения самосогласованной
задачи транспортировки ионного пучка с учетом рассеяния
ионов на нейтральных молекулах.
3. Результаты расчетов .моделирующих процессы формирования пучка в
интерфейсах ГМИ и эффекты масс-дискриминаций в канале скиммера.'
4. Методика исследования и оптимизации ионно-оптический схемы
интерфейса с учетом газодинамического фактора и эффектов объемного
заряда пучка.
5. Схемы конструкции интерфейсов для различных масс-анализаторов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения,4 глав.1 приложения .выводов,списка литературы,включающего в себя 96 наименование. Полный объем диссертации. Н8 страницы машинописного текста, из них 3S рисунков и 8 таблиц.
