SU393661A1 - Магнетронный масс-спектрометр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к динамическим массспектрометрам . Предлагаемый масс-спектрометр может быть использован дл  химического и изотопного анализа состава вещества, а также в качестве манометра дл  измерени  давлени  в вакуумных системах.

Известен масс-спектрометр магнетронного типа, состо щий из источников ионов, двух (или более) полуцилиндрических коллекторов, аксиально расположенных в магнитном поле на разных рассто ни х от оси симметрии системы , и регистрирующего устройства, измер ющего разность двух ионных токов. Принцип действи  этого масс-спектрометра основан на том, что при определенных значени х магнитной индукции и ускор ющего напр жени  ионы измер емой массы попадают только на один коллектор, расположенный ближе к оси симметрии системы. Ионы, масса которых меньше измер емой, ни на один из коллекторов не попадают, а ионы, масса которых больше измер емой , достигают обоих коллекторов. Величина ионного тока измер емой компоненты, котора  пропорциональна содержанию этой компоненты в анализируемой смеси, может быть определена как разность ионных токов в цен х обоих коллекторов.

Известный масс-спектрометр имеет р д существенных недостатков, основными из которых  вл ютс :

частичное использование ионов измер емой массы, так как приемником ионов измер емой массы служит только один из коллекторов, что существенно уменьшает чувствительность прибора;

больша  ногрешность анализа из-за измерени  разности двух малых ионных токов.

Отличительной особенностью предложенного масс-спектрометра  вл етс  наличие между ионным источником и коллектором модулирующего электрода, расположенного аксиально коллектору. Регистраци  ионного тока ocynj,eствл етс  снлошнь1м цилиндрическим коллектором с носледующим усилением ионного тока но его неременной составл ющей.

На чертеже изображена принципиальна  схема предложенного масс-снектрометра.

Масс-спектрометр состоит из источника ионов /, модулирующего цилиндрического электрода 2 в виде спирали или сетки, цилиндрического коллектора 3, расположенного аксиально модулирующему электроду и источнику ионов, вакуумной камеры 4, трубки 5 дл  ввода анализируемой смеси. Вакуумна  камера помещена в поперечное магнитное ноле, возбуждаемое магнитом или электромапн1том 6.

Дл  ускорени  ионов в пространстве между источником ионов / и коллектором 3 создаетс  электрическое ноле с помощью источника напр жени  посто нного тока 7.

Между источником ионов / и модулирующим электродом 2 приложено, кроме того, импульсное напр жение определенной величины от генератора имиульсов 8. Усиление ионного тока измер емой массы осуществл етс  усилителем переменного тока 9.

При наличии только ускор ющего ионы напр жени  и магнитного пол , вектор индукции которого перпендикул рен вектору скорости иона, ионы различных масс движутс  по криволинейным траектори м а, радиусы кривизны которых завис т от величины отношени  массы иона к его зар ду. Обозначим массу измер емых ионов через т, массы ионов, больших /По, - через т, а массы ионов, меньших /Яо, через mi. Тогда при определенных размерах колектора и источника ионов условие отсечки тока ионов измер емой массы, как известно, определ етс  соотношением:

2/2 YU

-

у «г, г1 )

где 5кр

индукци  магнитного пол  в теслах; Uускор ющее ионы напр жение в вольтах;

е - зар д иона в кулонах; то - масса иона в килограммах; Гк - радиус коллектора в метрах; Гк - радиус источника в метрах. Иными словами, траектории ионов массы т проход т вблизи коллектора, траектории ионов массы /Пг :1/Ло - на значительном рассто нии от коллектора, а ионы массы попадают на коллектор.

При подаче импульсного напр жени , которое добавл етс  к ускор ющему ионы напр жению , траектории ионов измен ютс  таким образом, что ионы массы то попадают на коллектор , ионы массы , незначительно увеличива  радиус кривизны, по-прежнему не попадают на коллектор, а ионы массы с несколько увеличенным радиусом кривизны

достигают коллектора. Траектории ионов различных масс при наличии импульсного напр жени  показаны на чертеже сплошными лини ми б. Таким образом, при наличии импульсного

напр жени  в цепи коллектора по вл етс  переменна  составл юща  ионного тока, обусловленна  только ионами измер емой массы то. При помощи усилител  переменного тока ионный ток массы т можно усилить и измерить . Мен   величину индукции магнитного пол  или величину ускор ющего напр жени , можно измен ть ионные токи различных масс. Предлагаемый масс-спектрометр имеет большую чувствительность вследствие полного использовани  ионов измер емой массы, вышедших из ионного источника; позвол ет обеспечить высокую точность анализа за счет применени  системы регистрации ионного тока по переменной составл ющей; позвол ет определить состав среды, быстро измен ющейс  во времени; имеет малые габариты и сравнительно просто реализуетс .

Предмет изобретени 

Магнетронный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор и регистрирующее устройство, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности, разрешающей способности и упрощени  конструкции , в качестве регистрирующего устройства применен цилиндрический коллектор ионов, а между источником ионов и коллектором установлен модулирующий электрод, соединенный

с источником импульсного напр жени .

a