Масс-спектрометр для газового анализа Советский патент 1991 года по МПК H01J49/26 H01J49/08 

Изобретение относится к приборостроению, а конкретно к масс-спектрометрии - к созданию масс-спектрометров, предназначенных для анализа содержания компонентов газа путем ионизации его атомов и молекул электронным ударом.

Цель изобретения - повышение достоверности анализа за счет уменьшения в камере анализатора концентрации продуктов реакции на катоде, увеличение длительности работы масс-спектрометра за счет повышения срока службы катода.

На чертеже приведена схема масс-спектрометра для газового анализа.

Масс-спектрометр содержит камеру 1 с источником электронов, отверстие 2 для прохождения электронного пучка, камеру 3 ионизации и масс-анализа, систему 4 высоковакуумной откачки, дополнительную систему 5 высоковакуумной откачки.

Давление Ра (концентрация) анализируемого газа в отдельной камере определяется проводимостью пучка и эффективной скоростью откачки отдельной системы откачки S2. Используя хорошо известные соотношения вакуумной техники, считая Рг « Pi (Pi - давление анализируемого газа в камере анализатора), можно получить 0,116 А Pi

Р2

S2

где А - измеряется в мм , S2 - в л/с, Pi и PZ - в произвольных единицах, например в мм рт.ст.

Считая, что выход продуктов реакции на катоде пропорционален давлению анализируемого газа в камере катода, получим, что уменьшения выхода продуктов реакции будет равно отношению

Pi S2

Р2 0,116-А1

Рассуждая аналогичным образом, можно получить, что давление продуктов реакции в камере анализатора будет меньше по сравнению с их давлением в камере катода „ Si пао

в раз

Следовательно, результирующее уменьшение давления в камере анализатора продуктов реакции на катоде в заявляемом устройстве по сравнению с известным (т.е. увеличение достоверности анализа п) будет равно

n- Si-S2

(0,116 -А)2 отсюда )2n,.

-О1

При проектировании масс-спектрометра на основе заявляемого изобретения ставилась цель достичь повышения достоверности анализа за счет уменьшения

0

в камере анализатора давления продуктов реакции на катоде в 1000 раз.

Площадь отверстия камеры катода определялась размерами поперечного сечения электронного пучка и составляла 10 мм . Эффективная скорость откачки Si системы откачки камеры анализатора, содержащей парамасляный насос НВДС-100 и ловушку, составляла 30л/с.

Используя эти данные и соотношение для определения S2 из заявляемой формулы, получим

5

0

5

0

5

0

5

0

5

с (0,116 10)2

1000

45 (л/с).

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Камера 3 ионизации и масс-анализа откачивается системой 4 высоковакуумной откачки. Камера 2 с источником электронов с отверстием для прохождения электронного пучка откачивается дополнительной системой 5 высоковакуумной откачки.

При напуске исследуемого газа в камеру 3 его давление в камере 1 принимает существенно более низкое значение, чем в камере 3, что приводит к уменьшению выхода и, следовательно, к уменьшению концентрации продуктов реакции на катоде источника электронов в камере 1. В камере 3 их концентрация будет еще меньше, так как через отверстие для прохождения электронного пучка в камеру 3 может пройти лишь незначительная доля этих продуктов реакций.

Образование ионов исследуемого газа и продуктов реакций на катоде происходит в камере ионизации камеры 3 с помощью электронного пучка, прошедшего через отверстие 2 из камеры 1.

В камере 3 далее осуществляется их разделение по массам и формирование электрических сигналов, соответствующих массовым числам ионов и их концентрациям. Эти сигналы используются для определения состава анализируемого газа. Благодаря снижению по сравнению с известным масс-спектрометром концентрации продуктов реакции на катоде в камере ионизации при сохранении концентрации в ней анализируемого газа, соответственно, повышается достоверность анализа.

Благодаря уменьшению концентрации анализируемого газа в области камеры с источником электронов повышается ресурс работы источника.

Фор-мула изобретения

Масс-спектрометр для газового анализа, включающий ионный источник с катодом, камеру анализатора, детектор и систему откачки анализатора, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности анализа за счет уменьшения в камере анализатора концентрации продуктов реакции на катоде, а также увеличениядлительностиработымасс-спектрометра за счет повышения срока службы катода, катод размещен в отдельной камере с отверстием для прохождения электронов в камеру анализатора, а камера катода подключена к отдельной системе откачки, имеющей эффективную скорость откачки Sz, определяемую соотношением

(0.116 А)2-п эд 5i

где п - требуемое увеличение достоверности анализа;

А - площадь отверстия камеры катода, мм2;

Si- эффективная скорость откачки ка- меры анализатора, л/с.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к масс-спектрометрии, и может быть использовано для контроля процессов, протекающих с выделением газовой / / V фазы. Целью изобретения является повышение достоверности анализа и увеличение длительности работы масс-спектрометра. Масс-спектрометр для газового анализа, включает камеру 3 ионизации и масс-анали- за, две системы 4 и 5 высоковакуумной откачки, источник электронов, размещенный в отдельной камере 1 с отверстием 2 для прохождения электронного пучка, подсоединенной к дополнительной системе 5 высоковакуумной откачки. Скорость S2 откачки системы 5 определяется соотношением S2 (° 116 А) п. где п - требуемое о1 увеличение достоверности анализа; А - площадь отверстия камеры катода; Si - эффективная скорость откачки камеры анализатора. При напуске исследуемого газа в камеру 3 его давление в камере 1 принимает существенно более низкое значение, чем в камере 3, что ведет к уменьшению концентрации продуктов реакции на катоде источника электронов в камере 1. 1 ил. ел с о о о о ю со