Времяпролетный масс-смектрометр
Одним из наиболее простых и самым быстродействующим прибором является время-пролетный масс-спектрометр. В нем разделение ионов в спектр масс осуществляется с помощью импульсных электростатических полей, которые сообщают ионам любых масс, образуемым в источнике ионов, одну и ту же энергию. Поскольку моноэнергетические ионы различных масс обладают различными скоростями, то пролетая по инерции в пространстве дрейфа одно и то же расстояние, они будут проходить на вход системы регистрации в разное время и раздельно регистрироваться, т.е. будет осуществляться разделение по массам.
Рассмотрим более подробно принцип действия прибора (рис.6.14). В источнике ионов 1 ионизация газа осуществляется импульсным электронным пучком 15, эмиттируемым катодом 14 и проходящим на анод 3. После окончания импульса ионизации на выталкивающий электрод 2 подается короткий (меньше 1 мкс) положительный импульс Ug, выталкивающий ионы из источника за сетку 4. После этого между сетками 4 и 5 прокладывается короткий отрицательный импульс Uy, = 2-5 кВ, разгоняющий ионы всех масс до энергии е Uy, с которой они входят в пространство дрейфа длиной 0,5-1,0 м между сетками 5 и 7, в котором электрическое поле отсутствует и ионы двигаются по инерции. От сетки 5 ионы 13 начинают двигаться с постоянными скоростями к сетке 7. Вследствие разных скоростей более тяжелые ионы 12 отстанут от более легких ионов 11. Пройдя пространство дрейфа, наиболее легкие ионы первыми попадут на вход ВЭУ 16 и создадут на его выходе импульс тока. Затем в порядке возрастания массовых чисел на вход ВЭУ будут приходить ионы других масс. Усиленные широкополосным усилителем 17 импульсы регистрируются на осциллографе.
Высота импульсов на экране осциллографа характеризует парциальные давления компонент газов, находящихся в исследуемом объеме.
Время пробега ионов от источника до приемника (ВЭУ) определится как t = L/vi. Выражая скорость ионов vi через напряжение ускоряющего импульса Uy, получим mivi2=2eU. Комбинируя эти два выражения, получим
, (6.15)
Рисунок 6.14 – Схема время-пролетного масс-спектрометра : ( Uв ≈ + 100 В; Uу ≈ –(2–5) кВ).
где L – длина пространства дрейфа ионов (расстояние от источника до приемника ионов).
Из рис.6.14 видно, что первыми придут на коллектор самые легкие ионы, а затем поочередно все остальные. В результате на экране осциллографа с частотой f=1/T , равной частоте повторения выталкивающих импульсов (где Т– период следования импульсов)будут появляться масс-спектры. Ориентировочно Т ≈ 200 мкс, то тогда частота появления масс-спектра на экране будет равна f= 0.5∙10-4 с = 5000 Гц, т.е. используя скоростную кинокамеру можно зарегистрировать до 5000 масс-спектров в секунду. Как видно из (1.8), масса регистрируемого иона однозначно определяется через время пролета t.
Таким образом, время-пролетный масс-спектрометр позволяет регистрировать как статические, так и быстро меняющиеся процессы, как, например, изменение состава остаточной атмосферы при взрывном испарении, импульсных разрядах и т.д. Время-пролетный масс-спектрометр может быть легко встроен в вакуумную систему, поскольку не требуется создание магнитных полей. Некоторым недостатком прибора является то, что анализатор (пространство дрейфа) имеет слишком большую длину (порядка 0,5–1,0 м).
Серийный время-пролетный масс-спектрометр МСХ-4 имеет диапазон регистрируемых масс 1-600. Разрешающая способность по массам менее 100, чувствительность по аргону 1,3∙10-8 Па на 1 мм шкалы. Диапазон рабочих давлений 1,3∙10-7 Па.
Дата добавления: 2016-01-29; просмотров: 827;