RU124434U1 - MASS SPECTROMETER - Google Patents
MASS SPECTROMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU124434U1 RU124434U1 RU2012125969/07U RU2012125969U RU124434U1 RU 124434 U1 RU124434 U1 RU 124434U1 RU 2012125969/07 U RU2012125969/07 U RU 2012125969/07U RU 2012125969 U RU2012125969 U RU 2012125969U RU 124434 U1 RU124434 U1 RU 124434U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drift tube
- ionization chamber
- voltage pulse
- output
- pulse generator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Масс-спектрометр, содержащий размещенные последовательно в заземленной вакуумной камере по направлению распространения исследуемого потока плазмы от ее входного отверстия ионизационную камеру, которая выполнена с входным и выходным осевыми отверстиями, имеет токоввод и снабжена накаленным катодом, выводы которого присоединены к блоку накала, фокусирующий электрод с токовводом, заземленные экстрактор и выходную диафрагму, коллектор, к которому присоединен регистрирующее устройство, кроме того, магнитный анализатор, охватывающий участок вакуумной камеры между экстрактором и выходной диафрагмой, и генератор синхронизированных импульсов, отличающийся тем, что снабжен трубкой дрейфа, которая выполнена с торцевыми диафрагмами и имеет токоввод, заземленной диафрагмой, генераторами импульсов напряжений сложной формы для управления трубкой дрейфа, ионизационной камерой и накаленным катодом, блоком смещения, который присоединен к одному из выводов накаленного катода, причем трубка дрейфа размещена в вакуумной камере у ее входного отверстия, а заземленная диафрагма между трубкой дрейфа и ионизационной камерой, при этом токовводы трубки дрейфа и ионизационной камеры и присоединенный к блоку смещения вывод накаленного катода присоединены к выходам соответствующих генераторов импульсов напряжений сложной формы, кроме того, генератор синхронизированных импульсов, который имеет независимые каналы по числу генераторов импульсов напряжений сложной формы и выполнен с возможностью формирования импульсов напряжения на выходе независимого канала, который соединен с входом генератора импульсов напряжения �A mass spectrometer containing an ionization chamber arranged sequentially in a grounded vacuum chamber in the direction of propagation of the investigated plasma stream from its inlet, which is made with inlet and outlet axial openings, has a current lead and is equipped with a heated cathode, the terminals of which are connected to the glow unit, the focusing electrode with with a current lead, grounded extractor and output diaphragm, a collector to which a recording device is connected, in addition, a magnetic analyzer covering a vacuum chamber drain between the extractor and the output diaphragm, and a synchronized pulse generator, characterized in that it is equipped with a drift tube, which is made with end diaphragms and has a current lead, a grounded diaphragm, complex voltage pulse generators for controlling the drift tube, the ionization chamber and the heated cathode, a bias unit, which is connected to one of the terminals of the heated cathode, and the drift tube is placed in the vacuum chamber at its inlet, and the grounded diaphragm between at the drift tube and the ionization chamber, while the current leads of the drift tube and the ionization chamber and the glow cathode terminal connected to the bias unit are connected to the outputs of the corresponding voltage pulse generators of complex shape, in addition, a synchronized pulse generator that has independent channels in the number of voltage pulse generators of complex shape and is configured to generate voltage pulses at the output of an independent channel that is connected to the input of the voltage pulse generator
Description
Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и, в частности, к анализаторам масс-спектров.The proposed device relates to the field of measurement technology and, in particular, to mass spectrum analyzers.
Известные масс-спектрометры, как правило, состоят из расположенных в вакуумной камере источника ионов, формирующей ионный пучок оптики, диафрагм, магнитного анализатора и детектора ионов. И зачастую такое устройство одно не может применяться для измерения масс-спектров, как ионов, так и нейтралов.Known mass spectrometers, as a rule, consist of an ion source located in a vacuum chamber, forming an ion beam of optics, diaphragms, a magnetic analyzer and an ion detector. And often, such a device alone cannot be used to measure the mass spectra of both ions and neutrals.
Известен масс-спектрометр (JP 61233959 А, МПК: G01N 27/62; G01N 30/72; H01J 49/02; 49/10; 49/30, опубликованный 18.10.1986 г.) - [1], который содержит размещенные последовательно ионный источник с каналом для поступления из вне исследуемого газового образца, фокусирующие и ускоряющие электроды, магнитный анализатор, выходную диафрагму, коллектор и источник синхронизированных импульсов для управления ионным источником и магнитным анализатором. Ионный источник снабжен накаленным эмиттером электронов. Напряжение в ионном источнике (ускорителе) изменяется, синхронно с индукцией магнитного поля, что обеспечивает высокую чувствительность даже к небольшой массовой составляющей ионизированных частиц исследуемого газового образца. Массовый спектр получается точным даже при резком изменении скорости потока образца или давления.Known mass spectrometer (JP 61233959 A, IPC: G01N 27/62; G01N 30/72; H01J 49/02; 49/10; 49/30, published 10/18/1986) - [1], which contains placed sequentially an ion source with a channel for entry from outside the test gas sample, focusing and accelerating electrodes, a magnetic analyzer, an output diaphragm, a collector and a synchronized pulse source for controlling the ion source and magnetic analyzer. The ion source is equipped with a heated electron emitter. The voltage in the ion source (accelerator) changes synchronously with the induction of the magnetic field, which ensures high sensitivity even to the small mass component of the ionized particles of the test gas sample. The mass spectrum is accurate even with a sharp change in sample flow rate or pressure.
Недостатком данного масс-спектрометра является невозможность исследования массовых спектров ионов, поступающих на его вход, так как в нем не предусмотрена возможность отключения накаленного эмиттера (катода).The disadvantage of this mass spectrometer is the impossibility of studying the mass spectra of ions entering its input, since it does not provide for the possibility of turning off the heated emitter (cathode).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является магнитный масс-спектрометр (US 3764803 А, МПК: H01J 49/34, опубликованный 09.10.1973 г.) - [2], который содержит размещенные в вакуумной камере последовательно ионизационную камеру с накаленным эмиттером электронов, систему из ускоряющих и фокусирующих электродов, электростатический анализатор в виде плоского конденсатора (отклоняющий электрод), выходную диафрагму, коллектор, который связан с индикатором, а также магнитный анализатор, охватывающий участок вакуумной камеры между электростатическим анализатором (отклоняющим электродом) и выходной диафрагмой, и соответствующие источники питания.The closest in technical essence to the proposed technical solution and selected as a prototype is a magnetic mass spectrometer (US 3764803 A, IPC: H01J 49/34, published 09.10.1973) - [2], which contains sequentially placed in a vacuum chamber an ionization chamber with a heated electron emitter, a system of accelerating and focusing electrodes, an electrostatic analyzer in the form of a flat capacitor (deflecting electrode), an output diaphragm, a collector that is connected to the indicator, and a magnetic analyzer Covering the vacuum chamber region between the electrostatic analyzer (deflection electrode), and an output diaphragm, and the respective power sources.
В устройстве-прототипе исследуемый газовый образец подается в ионизационную камеру, где ионизируется ускоренными электронами. Далее полученные ионы из ионизационной камеры поступают в магнитный анализатор, где ионы с различным отношением массы к заряду разделяются пространственно, затем попадают на коллектор и регистрируются. На плоский конденсатор подается напряжение, импульс которого прямоугольной формы. При подаче на плоский конденсатор (отклоняющий электрод) положительного импульса он отклоняет ионы в контролирующий детектор, что позволяет отслеживать величину тока на входе в магнитный анализатор, а так же получать информацию о концентрации частиц с определенными массовыми числами, зная начальный ток и ток, прошедший через коллектор.In the prototype device, the test gas sample is fed into the ionization chamber, where it is ionized by accelerated electrons. Further, the obtained ions from the ionization chamber enter a magnetic analyzer, where ions with different mass-to-charge ratios are spatially separated, then they reach the collector and are recorded. A voltage is applied to the flat capacitor, the pulse of which is rectangular. When a positive pulse is applied to a flat capacitor (deflecting electrode), it deflects the ions into the monitoring detector, which allows you to track the current at the input to the magnetic analyzer, as well as obtain information about the concentration of particles with certain mass numbers, knowing the initial current and the current passed through collector.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность исследования массовых спектров как нейтральных, так и ионизированных частиц, поступающих на вход масс-спектрометра из плазмы или ионного пучка, сформированных вне вакуумной камеры, так как в нем аналогично с устройством-аналогом не предусмотрена возможность отключения накаленного катода. Кроме того, используемая в устройстве-прототипе ионно-оптическая система не обеспечивает анализ входящего ионного пучка или ионизованной компоненты потока плазмы по энергии.The disadvantage of the prototype device is the impossibility of studying the mass spectra of both neutral and ionized particles entering the mass spectrometer from a plasma or ion beam formed outside the vacuum chamber, since it does not provide the possibility of turning off the incandescent cathode similarly to the analog device. In addition, the ion-optical system used in the prototype device does not provide energy analysis of the incoming ion beam or ionized component of the plasma stream.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача создания конструкции масс-спектрометра, позволяющей проводить исследование частиц ионизированной и нейтральной компонент, входящих в состав плазменных потоков и ионных пучков, сформированных за пределами вакуумной камеры масс-спектрометра с минимальными погрешностями.The basis of the proposed technical solution is the task of creating the design of a mass spectrometer, which allows the study of particles of ionized and neutral components that make up the plasma flows and ion beams formed outside the vacuum chamber of the mass spectrometer with minimal errors.
Техническим эффектом от реализации поставленной задачи является возможность осуществления безинерционного метода исследования массового спектра входящих в состав плазменных и ионных потоков ионизированных и нейтральных частиц одним устройством за счет расширения его функциональных возможностей, позволит осуществлять с высокой точностью постоянный контроль технологических процессов, например, напыления.The technical effect of the implementation of the task is the possibility of implementing a non-inertia method for studying the mass spectrum of the plasma and ion flows of ionized and neutral particles by one device due to the expansion of its functional capabilities, which will allow constant monitoring of technological processes, for example, spraying, with high accuracy.
Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что масс-спектрометр, содержащий размещенные последовательно в заземленной вакуумной камере по направлению распространения исследуемого потока плазмы от ее входного отверстия ионизационную камеру, которая выполнена с входным и выходным осевыми отверстиями, имеет токоввод и снабжена накаленным катодом, выводы которого присоединены к блоку накала, фокусирующий электрод с токовводом, заземленные экстрактор и выходную диафрагму, коллектор, к которому присоединено регистрирующее устройство, кроме того, магнитный анализатор, который охватывает участок вакуумной камеры между экстрактором и выходной диафрагмой, и генератор синхронизированных импульсов, снабжен трубкой дрейфа, которая выполнена с торцевыми диафрагмами и имеет токоввод, заземленной диафрагмой, генераторами импульсов напряжения сложной формы для управления трубкой дрейфа, ионизационной камерой и накаленным катодом, блоком смещения, который присоединен к одному из выводов накаленного катода, причем трубка дрейфа размещена в вакуумной камере у ее входного отверстия, а заземленная диафрагма между трубкой дрейфа и ионизационной камерой, при этом токовводы трубки дрейфа и ионизационной камеры и соединенный с выходом блока смещения вывод накаленного катода присоединены к выходам соответствующих генераторов импульсов напряжений сложной формы, кроме того, генератор синхронизированных импульсов, который имеет независимые каналы по числу генераторов импульсов напряжений сложной формы, выполнен с возможностью формирования импульсов напряжения на выходе независимого канала, который соединен с входом генератора импульсов напряжения сложной формы для управления накаленным катодом, с временной задержкой относительно импульсов напряжения на выходе его независимого канала, который соединен с входом генератора импульсов напряжения сложной формы для управления трубкой дрейфа, не более суммы времени пролета ионной компоненты потока плазмы через трубку дрейфа и времени деионизации остаточного (объемного) заряда ионов в ионизационной камере, а на выходе независимого канала, который соединен с входом генератора импульсов напряжения сложной формы для управления ионизационной камерой, - с временной задержкой относительно импульсов напряжения на выходе его независимого канала, который соединен с входом генератора импульсов напряжения сложной формы для управления накаленным катодом, равной времени ионизации электронами нейтральной компоненты потока плазмы.The solution of the problem and the corresponding technical result are achieved by the fact that the mass spectrometer containing sequentially placed in the grounded vacuum chamber in the direction of propagation of the investigated plasma flow from its inlet to the ionization chamber, which is made with input and output axial holes, has a current lead and is equipped with a heated cathode , the findings of which are connected to a glow unit, a focusing electrode with a current lead, a grounded extractor and an output diaphragm, a collector to which a recording device is connected, in addition, a magnetic analyzer, which covers the portion of the vacuum chamber between the extractor and the output diaphragm, and a synchronized pulse generator, is equipped with a drift tube that is made with end diaphragms and has a current lead, a grounded diaphragm, complex voltage pulse generators for controlling the tube the drift, the ionization chamber and the heated cathode, a bias unit that is connected to one of the terminals of the heated cathode, and the drift tube size it is located in the vacuum chamber at its inlet, and there is a grounded diaphragm between the drift tube and the ionization chamber, while the current leads of the drift tube and the ionization chamber and the output of the heated cathode connected to the output of the bias unit are connected to the outputs of the corresponding voltage pulse generators of complex shape, in addition, the generator synchronized pulses, which has independent channels in the number of voltage pulse generators of complex shape, is configured to generate voltage pulses at the output n independent channel, which is connected to the input of a voltage pulse generator of complex shape to control a heated cathode, with a time delay relative to voltage pulses at the output of its independent channel, which is connected to the input of a voltage pulse generator of complex shape to control a drift tube, not more than the sum of the time of flight of the ionic component plasma flow through the drift tube and the deionization time of the residual (space) charge of ions in the ionization chamber, and at the output of an independent channel that is connected to the input of a voltage pulse generator of complex shape to control the ionization chamber, with a time delay relative to voltage pulses at the output of its independent channel, which is connected to the input of a voltage pulse generator of complex shape to control a heated cathode equal to the ionization time of the neutral component of the plasma stream by electrons.
Введение в устройство трубки дрейфа необходимо для обеспечения:The introduction of a drift tube into the device is necessary to ensure:
- возможности торможения частиц ионной компоненты потока плазмы и получения временной развертки ионов по массам (составу) спектра;- the possibility of braking the particles of the ionic component of the plasma stream and obtaining a time scan of the ions according to the mass (composition) of the spectrum;
- возможности запирания ионов с целью исследования нейтральной компоненты потока плазмы;- the possibility of locking ions in order to study the neutral component of the plasma flow;
- возможности ускорения ионов потока плазмы.- the possibility of accelerating ions of the plasma flow.
Кроме того, трубка дрейфа в совокупности с заземленной диафрагмой способствуют уменьшению потерь ионов, полученных в ионизационной камере из нейтральной компоненты потока плазмы.In addition, the drift tube in combination with a grounded diaphragm helps to reduce the loss of ions received in the ionization chamber from the neutral component of the plasma stream.
Введение в устройство генераторов импульсов напряжений сложной формы для управления трубкой дрейфа, ионизационной камерой и накаленным катодом в совокупности с блоком смещения накаленного катода и выполнением генератора синхронизированных импульсов многоканальным и с возможностью формирования импульсов для запуска генераторов импульсов напряжений сложной формы с соответствующей временной задержкой обеспечивает возможность разделения по времени процессов исследования ионной и нейтральной компонент потока плазмы.The introduction of complex voltage pulse generators into the device for controlling the drift tube, ionization chamber, and a heated cathode in combination with a heated cathode bias unit and the execution of a synchronized pulse generator with multichannel pulses and with the possibility of generating pulses for triggering complex voltage pulse generators with an appropriate time delay makes it possible to separate by the time of the processes of studying the ionic and neutral components of the plasma flow.
Перечисленная совокупность отличительных признаков позволяет исследовать параметры ионной и нейтральной компонент плазменного потока, используя одно устройство, что значительно упрощает, ускоряет и удешевляет процесс исследования.The listed set of distinctive features allows you to explore the parameters of the ionic and neutral components of the plasma flow using one device, which greatly simplifies, accelerates and cheapens the research process.
Наличие совокупности признаков, отличающих предлагаемое техническое решение от устройства-прототипа и от других известных источников информации, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».The presence of a set of features that distinguish the proposed technical solution from the prototype device and from other known sources of information, allows us to conclude that its criterion of "novelty".
На фиг.1 схематически изображен в поперечном сечении предлагаемый масс-спектрометр.Figure 1 schematically shows in cross section the proposed mass spectrometer.
На фиг.2 приведены эпюры импульсных напряжений, с выходов независимых каналов генератора синхронизированных импульсов для запуска генераторов импульсов напряжений сложной формы.Figure 2 shows the plot of the pulse voltage from the outputs of the independent channels of the synchronized pulse generator to start the pulse voltage generators of complex shape.
На фиг.3 приведены эпюры импульсов напряжений для управления трубкой дрейфа, накаленным катодом и ионизационной камерой, полученных от соответствующих генераторов импульсов напряжений сложной формы и поясняющих работу масс-спектрометра.Figure 3 shows the diagrams of voltage pulses for controlling a drift tube, a heated cathode and an ionization chamber obtained from the corresponding generators of voltage pulses of complex shape and explaining the operation of the mass spectrometer.
Представленный на фиг.1 масс-спектрометр имеет вакуумную камеру 1, которая заземлена и выполнена с входным осевым отверстием 2. В вакуумной камере 1 вдоль оси Z по направлению распрастранения от входного отверстия 2 исследуемого потока размещены: ионизационная камера 3, которая выполнена с входным и выходным осевыми отверстиями и имеет токоввод; накаленный катод 4, размещенный в ионизационной камере 3; блок накала 5, присоединенный к выводам накаленного катода 4; фокусирующий электрод 6 с токовводом, на который подается положительный потенциал, например, от автономного источника питания (не показан); экстрактор 7, который заземлен; выходная диафрагма 8, которая заземлена; коллектор 9; регистрирующее устройство 10, присоединенное к коллектору 9.The mass spectrometer shown in Fig. 1 has a
При этом предлагаемый масс-спектрометр снабжен: магнитным анализатором 11, который охватывает участок вакуумной камеры 1 между экстрактором 7 и выходной диафрагмой 8; генератором синхронизированных импульсов 12.Moreover, the proposed mass spectrometer is equipped with: a
Кроме того, предлагаемое устройство содержит: трубку дрейфа 13, которая выполнена с торцевыми диафрагмами, имеет токоввод и размещена в вакуумной камере 1 вдоль оси Z соосно с ее входным отверстием 2, а также с входным и выходным отверстиями ионизационной камеры 3, при этом один ее торец находится у входного отверстия 2 вакуумной камеры 1; диафрагму 14. которая заземлена и размещена в вакуумной камере 1 между ионизационной камерой 3 и другим торцом трубки дрейфа 13; генераторы импульсов напряжений сложной формы 15, 16 и 17, выходы которых присоединены соответственно к токовводам трубки дрейфа 13 и ионизационной камеры 3 и одному из выводов накаленного катода 4 с целью управления ими; блок смещения 18, выход которого соединен с присоединенным к выходу генератора импульсов напряжений сложной формы 17 выводом накаленного катода 4.In addition, the proposed device contains: a
При этом, с целью обеспечения синхронизации запуска генераторов импульсов напряжений сложной формы 15, 17 и 16, генератор синхронизированных импульсов 12 имеет по числу генераторов импульсов напряжений сложной формы независимые каналы 19, 20 и 21, выполненные с возможностью формирования импульсов напряжения на выходе каждого из них с соответствующим временным смещением относительно друг друга и соединенных с входами генераторов импульсов напряжений сложной формы 15, 17 и 16 соответственно. Причем генератор импульсов напряжения сложной формы 17, управляющий накаленным катодом 4, запускается каналом 20 с временной задержкой относительно запуска каналом 19 генератора импульсов напряжения сложной формы 15 для управления трубкой дрейфа 13 не более суммы времени пролета ионной компоненты потока плазмы через трубку дрейфа 13 и времени деионизации остаточного заряда ионов в ионизационной камере 3. При этом генератор импульсов напряжения сложной формы 16 запускается независимым каналом 21 для управления ионизационной камерой 3 с временной задержкой относительно запуска каналом 20 генератора импульсов напряжения сложной формы 17 с временной задержкой равной времени ионизации электронами нейтральной компоненты потока плазмы.In this case, in order to ensure synchronization of the start of voltage pulse generators of
Для пояснения работы предлагаемого масс-спектрометра на фиг.2 показаны эпюры имеющих одинаковый период следования Т импульсов на выходах каналов 19 (фиг.2а), 20 (фиг.2b), 21 (фиг.2с) генератора синхронизированных импульсов 12, при этом фронты импульсов на выходах 20 и 21, которыми запускаются генераторы импульсов напряжений сложной формы 17 и 16 соответственно, имеют временную задержку tз1 и tз2 относительно фронта импульса на выходе канала 19 генератора синхронизированных импульсов 12, длительность импульсов tи значительно меньше периода следования импульсов Т (tи<<Т).To explain the operation of the proposed mass spectrometer in figure 2 shows plots having the same repetition period T pulses at the outputs of channels 19 (figa), 20 (fig.2b), 21 (fig.2c) of the
Для работы масс-спектрометра накаленный катод 4 разогревают (включают) от блока накала 5 до эмиссионной температуры, которую поддерживают постоянной в течение времени, необходимого для измерения масс спектров как ионизированной, так и нейтральной компонент потока плазмы. Одновременно с включением накаленного катода 4 на его нить накала подают постоянное положительное запирающее электроны напряжение от блока смещения 18.For the operation of the mass spectrometer, the
Затем на трубку дрейфа 13, ионизационную камеру 3 и накаленный катод 4 подают с выходов соответственно генераторов импульсов напряжений сложной формы 15, 16 и 17 управляющие сигналы с предусмотренными алгоритмом измерения временной задержкой фронта импульса напряжения на накаленном катоде 4 относительно фронта импульса напряжения на трубке дрейфа 13 равной tз1 (фиг.3b) и временной задержкой фронта импульса напряжения на ионизационной камере 3 относительно фронта импульса напряжения на накаленном катоде 4 равной tз2-tз1=t1 (фиг.3с).Then, control signals with the algorithm for measuring the time delay of the voltage pulse front on the
На фиг.3 приведены три временные зависимости импульсных напряжений на выходах генераторов импульсных напряжений сложной формы 15, 17 и 16, отражающие режимы работы основных конструктивных элементов устройства:Figure 3 shows the three time dependence of the pulse voltage at the outputs of the pulse voltage generators of
a) изменение импульсного напряжения на трубке дрейфа 13;a) a change in the pulse voltage at the
b) изменение импульсного напряжения на накаленном катоде 4;b) a change in the pulse voltage at the
c) изменение импульсного напряжения на ионизационной камере 3.c) a change in the pulse voltage on the
Запуск генераторов импульсов напряжений сложной формы 15, 17 и 16 генератором синхронизированных импульсов 12 может быть как однократным, так и частотно-импульсным, с заданным периодом следования импульсов Т. Начальный импульс подается генератором импульсов напряжений сложной формы 15 на трубку дрейфа 13.The triggering of voltage pulse generators of
Рассматриваются 7 точек изменения режимов работы масс-спектрометра.We consider 7 points of change in the modes of operation of the mass spectrometer.
От точки 0 до точки 1 за время tф (длительность фронта) напряжение на трубке дрейфа 13 (фиг.3а) линейно нарастает от нулевого потенциала до максимальной величины Ua, достаточной для полного запирания ионной компоненты потока плазмы. Длительность фронта tф импульса с максимальным значением Ua выбирается не более времени пролета ионной компоненты потока плазмы через трубку дрейфа 13 длиной 1:From
, ,
где: Ml - масса самых легких ионов потока плазмы;where: M l is the mass of the lightest ions of the plasma stream;
Wi - энергия ионов на входе масс-спектрометра;W i is the ion energy at the input of the mass spectrometer;
q - заряд ионов.q is the ion charge.
При этом на накаленный катод 4 (фиг.3b) подано с блока смещения 18 равное Ub1 постоянное напряжение, необходимое для запирания электронов с нити накаленного катода 4, а на ионизационной камере 3 (фиг.3с) поддерживается нулевой потенциал (Uи.к.=0).At the same time, a constant voltage equal to U b1 is applied to the heated cathode 4 (Fig.3b) from the
От точки 1 до точки 2 за время Δt (фиг.3а) при запертых ионах ионной составляющей происходит полная деионизация (рассасывание) объемного (остаточного) заряда ионов в ионизационной камере 3, на которой поддерживается нулевой потенциал. Период деионизации остаточного заряда необходим для устранения заряда, сформированного в ионизационной камере 3 после момента полного торможения ионов, для устранения погрешности при измерении. Для оценки величины времени Δt используют следующее соотношение:From
, ,
где: Li - размер ионизационной камеры 3;where: L i is the size of the
Mh - масса самого тяжелого иона в потоке.M h is the mass of the heaviest ion in the stream.
Затем в точке 2 с временной задержкой равной tз1 (фиг.2b) фронта импульса с выхода канала 20 относительно фронта импульса с выхода канала 19 генератора синхронизированных импульсов 12 на нить накаленного катода 4 подается отрицательный потенциал равный Ub1+|Ub2| (фиг.3b), который поддерживается в течение времени tион и ускоряет электроны в направлении ионизационной камеры 3, при этом сохраняются постоянным потенциал Ua на трубке дрейфа 13 (фиг.3а) и нулевой потенциал на ионизационной камере 3 (фиг.3с).Then at
От точки 2 до точки 3 за время равное t1 происходит ионизация электронами с накаленного катода 4 частиц нейтральной компоненты (нейтралов) потока плазмы в ионизационной камере 3. В точке 3 с равной tз2=tф+Δt+t1 временной задержкой относительно фронта импульса на выходе канала 19 импульсом с выхода канала 21 (фиг.2с) включается напряжение на ионизационной камере 3 для вытягивания из ее выходного отверстия пучка полученных из нейтралов ионов через экстрактор 7 в направлении магнитного анализатора 11, разделяющего из по массам. Далее выходной диафрагмой 8 вырезают пучок ионов с определенной массой, поступающий на коллектор 9 и создающий в его цепи ток, который регистрируют устройством 10. Кроме того, расположенная между трубкой дрейфа 13 и ионизационной камерой 3 заземленная диафрагма 14 обеспечивает уменьшение потерь ионов, полученных в ионизационной камере 3, таким образом, что ионы, распространяющиеся из ионизационной камеры 3 в направлении трубки дрейфа 13, разворачиваются, проходят через ионизационную камеру 3 и попадают в магнитное поле анализатора 11.From
При этом положительный потенциал Ua на трубке дрейфа 13 для запирания ионной компоненты и отрицательный потенциал Ub2 на накаленном катоде 4 с целью поступления электронов в ионизационную камеру 3 остаются прежними.In this case, the positive potential U a on the
От точки 3 до точки 4 напряжение на ионизационной камере 3 линейно нарастает для развертывания спектра ионов из нейтральной компоненты по массам.From
Попадая в поперечное магнитное поле магнитного анализатора 11, ионы разделяются по массам. Радиус траектории r иона в магнитном поле определяется известным математическим выражением:Once in the transverse magnetic field of the
, ,
где: В - величина индукции магнитного поля в магнитном анализаторе 11.where: B is the magnitude of the magnetic field induction in the
Так как ускоряющее напряжение и магнитное поле для всех частиц одинаково, то, зная радиус траектории движения частицы r, можно определить ее массу.Since the accelerating voltage and magnetic field are the same for all particles, knowing the radius of the particle’s trajectory of motion r, we can determine its mass.
Затем в точке 4 напряжение на ионизационной камере 3 принимает нулевое значение, а на нить накаленного катода 4 подают запирающее напряжение Пb1. При этом положительный потенциал Ua на трубке дрейфа 13 для запирания ионной компоненты остается прежним.Then, at
От точки 4 до точки 5 происходит деионизация заряда ионов, полученных из нейтральной компоненты, в ионизационной камере 3 в течение времени релаксации самой тяжелой компоненты ионов в ионизационной камере 3.From
От точки 5 до точки 6 напряжение на трубке дрейфа 13 линейно спадает за время tсп=tф от максимума (Ua) до нуля (фиг.3а) и поток ионов (ионная компонента потока плазмы) проходит от трубки дрейфа 13 в направлении магнитного анализатора 11 и коллектора 9, а затем регистрируется устройством 10 для исследования его масс-спектра.From
При этом на нити накаленного катода 4 блоком смещения 18 поддерживается постоянное запирающее электроны напряжение Ub1 (фиг.3b), на ионизационной камере 3 поддерживается нулевой потенциал (фиг.3с).At the same time, on the filament of the
Временной интервал от точки 6 до конца периода следования импульса (точка 7) с выхода генератора импульсов напряжения сложной формы 15 (фиг.3а) может меняться в зависимости от программы исследований.The time interval from
Из описания работы предлагаемого устройства видно, что периоды исследования масс-спектров ионной и нейтральной компонент потока плазмы разнесены по времени за счет осуществляемых независимыми каналами 19, 20 и 21 генератора синхронизированных импульсов 12 временных задержек включения генераторов импульсов напряжений сложной формы 17 и 16, управляющих соответственно накаленным катодом 4 и ионизационной камерой 3, относительно момента включения генератора импульсов напряжения сложной формы 15, управляющего трубкой дрейфа 13.From the description of the operation of the proposed device, it is seen that the periods of study of the mass spectra of the ionic and neutral components of the plasma stream are separated in time due to the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125969/07U RU124434U1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | MASS SPECTROMETER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125969/07U RU124434U1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | MASS SPECTROMETER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU124434U1 true RU124434U1 (en) | 2013-01-20 |
Family
ID=48807985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012125969/07U RU124434U1 (en) | 2012-06-22 | 2012-06-22 | MASS SPECTROMETER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU124434U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2549367C1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" | Mass spectrometer |
RU2551119C1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Time-of-flight ion spectrometer |
CN106842276A (en) * | 2017-03-10 | 2017-06-13 | 山东中测校准质控技术有限公司 | A kind of orifice-plate type collector flat board diagnoses ionisation chamber |
RU2658293C1 (en) * | 2017-03-07 | 2018-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Time-of-flight plasma ion spectrometer |
-
2012
- 2012-06-22 RU RU2012125969/07U patent/RU124434U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2549367C1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" | Mass spectrometer |
RU2551119C1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Time-of-flight ion spectrometer |
RU2658293C1 (en) * | 2017-03-07 | 2018-06-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Time-of-flight plasma ion spectrometer |
CN106842276A (en) * | 2017-03-10 | 2017-06-13 | 山东中测校准质控技术有限公司 | A kind of orifice-plate type collector flat board diagnoses ionisation chamber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5117107A (en) | Mass spectrometer | |
JP3971958B2 (en) | Mass spectrometer | |
JP6489240B2 (en) | Orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometer | |
US7375318B2 (en) | Mass spectrometer | |
JP6301907B2 (en) | Method and apparatus for acquiring mass spectrometry / mass spectrometry data in parallel | |
JP6305543B2 (en) | Targeted mass spectrometry | |
US8927928B2 (en) | Method for operating a time-of-flight mass spectrometer with orthogonal ion pulsing | |
JP2008539549A (en) | Control method of ion instability affected by space charge in electron impact ion source | |
JP2015514300A5 (en) | ||
RU124434U1 (en) | MASS SPECTROMETER | |
US7148472B2 (en) | Aerosol mass spectrometer for operation in a high-duty mode and method of mass-spectrometry | |
US8354635B2 (en) | Mass spectrometer | |
JP5504969B2 (en) | Mass spectrometer | |
JP6006322B2 (en) | Mass spectrometer and mass separator | |
JPWO2006098230A1 (en) | Mass spectrometer | |
JP5476540B2 (en) | Plasma analysis method and apparatus for HIPIMS sputtering source by TOF mass spectrometry | |
EP1737018A2 (en) | Detecting ions in a spectrometer | |
JP2005183328A (en) | Ion trap/time-of-flight mass spectrometer | |
RU2658293C1 (en) | Time-of-flight plasma ion spectrometer | |
JP2015170445A (en) | Mass spectrometry apparatus and mass spectrometry method | |
US7755035B2 (en) | Ion trap time-of-flight mass spectrometer | |
RU2551119C1 (en) | Time-of-flight ion spectrometer | |
JP2004158360A (en) | Mass spectrometer | |
JP5164478B2 (en) | Ion trap time-of-flight mass spectrometer | |
JPH02176459A (en) | Liquid chromatograph mass spectroscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150623 |