МАГНЕТРОННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР Советский патент 1973 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

1

Изобретение относится к динамическим массспектрометрам. Предлагаемый масс-спектрометр может быть использован для химического и изотопного анализа состава вещества, а также в качестве манометра для измерения давления в вакуумных системах.

Известен масс-спектрометр магнетронного типа, состоящий из источников ионов, двух (или более) полуцилиндрических коллекторов, аксиально расположенных в магнитном поле на разных расстояниях от оси симметрии системы, и регистрирующего устройства, измеряющего разность двух ионных токов. Принцип действия этого масс-спектрометра основан на том, что при определенных значениях магнитной индукции и ускоряющего напряжения ионы измеряемой массы попадают только на один коллектор, расположенный ближе к оси симметрии системы. Ионы, масса которых меньше измеряемой, ни на один из коллекторов не попадают, а ионы, масса которых больше измеряемой, достигают обоих коллекторов. Величина ионного тока измеряемой компоненты, которая пропорциональна содержанию этой компоненты в анализируемой смеси, может быть определена как разность ионных токов в ценях обоих коллекторов.

Известный масс-спектрометр имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются:

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

большая ногрешность анализа из-за измерения разности двух малых ионных токов.

Отличительной особенностью предложенного масс-спектрометра является наличие между ионным источником и коллектором модулирующего электрода, расположенного аксиально коллектору. Регистрация ионного тока ocynj,eствляется снлошнь1м цилиндрическим коллектором с носледующим усилением ионного тока но его неременной составляющей.

На чертеже изображена принципиальная 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 для ввода анализируемой смеси. Вакуумная камера помещена в поперечное магнитное ноле, возбуждаемое магнитом или электромапн1том 6.

Для ускорения ионов в пространстве между источником ионов / и коллектором 3 создается электрическое ноле с помощью источника напряжения постоянного тока 7.

Между источником ионов / и модулирующим электродом 2 приложено, кроме того, импульсное напряжение определенной величины от генератора имиульсов 8. Усиление ионного тока измеряемой массы осуществляется усилителем переменного тока 9.

При наличии только ускоряющего ионы напряжения и магнитного поля, вектор индукции которого перпендикулярен вектору скорости иона, ионы различных масс движутся по криволинейным траекториям а, радиусы кривизны которых зависят от величины отношения массы иона к его заряду. Обозначим массу измеряемых 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 измеряемой массы, как известно, определяется соотношением:

2/2 YU

-

у «г, г1 )

где 5кр

индукция магнитного поля в теслах; Uускоряющее ионы напряжение в вольтах;

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

При подаче импульсного напряжения, которое добавляется к ускоряющему ионы напряжению, траектории ионов изменяются таким образом, что ионы массы то попадают на коллектор, ионы массы , незначительно увеличивая 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 напряжения показаны на чертеже сплошными линиями б. Таким образом, при наличии импульсного

напряжения в цепи коллектора появляется переменная составляющая ионного тока, обусловленная только ионами измеряемой массы то. При помощи усилителя переменного тока ионный ток массы т можно усилить и измерить. Меняя величину индукции магнитного поля или величину ускоряющего напряжения, можно изменять ионные токи различных масс. Предлагаемый масс-спектрометр имеет большую чувствительность вследствие полного использования ионов измеряемой массы, вышедших из ионного источника; позволяет обеспечить высокую точность анализа за счет применения системы регистрации ионного тока по переменной составляющей; позволяет определить состав среды, быстро изменяющейся во времени; имеет малые габариты и сравнительно просто реализуется.

Предмет изобретения

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

с источником импульсного напряжения.

a