Масс-спектрометр с разделением ионов в магнитном поле

В настоящее время наиболее совершенные вакуумные технологи­ческие установки оснащаются масс-спектрометрическим газоанализа­тором, присоединенным непосредственно к вакуумной камере и обес­печивающим контроль состава газа в работающей установке. В качест­ве таких приборов наиболее широко применяются малогабаритные масс-спектрометры с магнитным полем и квадрупольные приборы.

Рассмотрим принцип работы масс-спектрометра с отклонением ионов в однородном магнитном поле на угол 180°.

Основными частями масс-спектрометра (рис.6.12) является источ­ник

Рисунок 6.12 – Магнитный масс-спектрометр

 

ионов I, масс-анализатор 4 и приемник ионов 10. В источнике ионов осуществляется ионизация исследуемых газов электронным уда­ром. Пучок электронов 7 с током 1-5 мА эмиттируется катодом 3, ускоряется электрическим нолем до энергии около 100 вВ, проходит через ионизационную камеру 9 (в которой происходит ионизация га­за) и принимается анодом 2. Пучок полученных ионов из иониза­ционной камеры вытягивается электрическим полем, образуемым между щелями S0 и S1 с помощью ускоряющего напряжения Uу ≤ 5 кВ. Щели имеют ширину S0 ≤ 0,4 мм, S1 ≤ 0,5 мм. Если пренебречь начальными скоростями ионов, то можно считать, что все ионы получают

, (6.11)

где mi - масса иона; vi - скорость иона; е - заряд электрона.

После выхода из щели S1 моноэнергетический расходящийся ионный пучок 3 в виде ленты с сечением порядка 0,5x5 ми, определяе­мым размером щели S1, попадает в поперечное магнитное поле (Н≤ 60-104 А/м) масс-анализатора 4.

Под действием силы Лоренца моноэнергетические ионы различных масс движутся по различным траекториям с радиусами r, зависящи­ми от массы иона:

. (6.12)

 

Выражая скорость ионов через ускоряющее напряжение из урав­нения (5.11), получим значение радиуса

. (6.13)

Обычно в масс-спектрометрии измерения производятся в единицах молекулярного веса М, тогда уравнение (5.13) можно записать в виде

, (6.14)

где значение Н приведено в А/м, а значение Uу – в вольтах.

Таким образом, ионный пучок, выходящий из щели S1, в магнит­ном поле разделяется на ряд окружностей, в каждой из которых име­ются ионы только с одним значением mi/e.

Выбрав в соответствии с (5.14) определенное значение напряжен­ности магнитного поля Н (путем изменения тока в обмотке электро­магнита) , направим один из ионных пучков с r=r0 через щель S2 ≤ 0,6 мм (также как и щели S0 и S0), параллельную магнитному полю, на коллектор ионов 6. Величина ионного тока, приходящего на коллектор, будет характеризовать парциальное давление данного газа. Значение ионного тока измеряется электрометрической измерительной системой 5 по падению напряжения на входном сопротив­лении Rвх ≈ 1012 Ом. Масс-спектр записывается электронным потен­циометром на бумажной ленте или регистрируется стрелочным прибо­ром.

Весь масс-спектр газов регистрируется изменением напряженнос­ти магнитного поля Н или ускоряющего напряжения Uy (при постоянном магнитном поле). В последнем случае в масс-анализаторе можно ис­пользовать постоянный магнит. Но за счет изменения Uy эффектив­ность извлечения ионов из источника будет уменьшаться с уменьше­нием Uy.

На рис.6.13 представлена запись масс-спектра воздуха при откач­ке криогенным насосом, в результате такой откачки линии углеводо­родов в масс-спектре практически отсутствуют.

Рисунок 6.13 – Масс-спектр воздуха( P = 2,5∙10-3 Па)

 

При регистрации масс-спектров сложных газов регистрируются как линии молекулярных ионов, например О2+ и N2+, так и линии атомарных ионов О+ и N+. Для молекул, содержащих большее число атомов, образуется многолинейчатый масс-спектр. Например, для метана CH4 регистрируются линии ионов СН4+ (1), СН3+ (0,8), СН2+ (0,14), СН+ (0,06), С+ (0,02). Регистрируется также массовые линия изотопов газов, соответствующие их изотопным распространенностям.

Чувствительность малогабаритных ( r0 ≤ 3 см) газоанализаторов порядка 5∙10-3 А/Па, относительная чувствительность изменяется в зависимости от рода газа.








Дата добавления: 2016-01-29; просмотров: 1208;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.