Магнетронный масс-спектрометр Советский патент 1980 года по МПК H01J49/30 G01N27/62 B01D59/44 

1

Предлагаемое изобретение относится к масс-спектрометрам, в частности к магнетронным масс-спектрометрам,и может быть использовано для анализа молекулярного и изотопного состава газов и паров, а также в качестве манометра для измерений парциальных давлений газов и паров в вакуумных системах.

Известен магнетронный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, размещенный на оси симметрии массспектрометра, и два полуцилиндрических коллектора ионов с различными радиусами l .

Известен также магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, анализатор масс, модулирующий 3|jeKTpofl и коллектор ионов.Источник ионов расположен на оси анализатора масс, а модулирующий электрод - между источником ионов и коллектором И.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения по совокупности общих существенных признаков является магнетронный масс-спектрометр, содержащий анализатор масс и расположенный на оси симметрии анализатора коллектор ионов, которые раз мещены

между полюсами магнита, и источник ионов, содержащий два электрода, расположенный снаружи анализатора масс и подключенный к средствам генерирования модулирующего напряжения jj . В этом масс-спектрометре энергия ионов, идущих от источника, модулируется путем периодического изменения величины ускоряющего напряжения

10 от специального источника переменного напряжения. Ионный ток регистрируется по переменной составляющей в цепи коллектора.

Недостатком этого масс-спектрометра является относительно малая чувствительность, ограничивающая разрешающую способность прибора при анализе малых примесей в газах.

Целью изобретения является повышение чувствительности магнетронного масс-спектрометра.

Указанная цель достигается тем, что внутренний электрод источника иомов выполнен в виде электрически

25 изолированных друг от друга частей, каждая из которых подключена к одному из двух источников модулирующего напряжения различных частот.

На фиг. 1 схематически изображен

30 один из возможных вариантов предлагаемого масс-спектрометра (в разрезе) ; на фиг. 2 - разрез А-А.

Масс-спектрометр содержит анали; атор масс 1 с наружным сетчатым :тродом 2, коллектор ионов 3,расположенный на оси симметрии анализатора масс 1, магнит 4, источник ионов 5 и источники модулирующего напряжения 6 и 7, служащие средствами генерирования модулирующего напряжения. Источник ионов 5 состоит из кольцевой ионизационной камеры 8 с прямоугольным сечением, в торцах .которой имеются круговые щели 9 и 10, катода 11 и коллектора электронов 12. Иониз.ационная камеру 8 состоит из наружного сплошного электрода 13 и внутреннего сетчатого электрода 14 разделенного на две части изоляторами 15. Анализатор масс 1, коллектор ионов 3 и источник ионов 5 на-ходится внутри корпуса 16, с-лужащего вакуумной камерой. Наружный электрод ионизационной камеры 13, катод 11 и коллектор электродов 12 .подключены к источнику питания 17. Электрически изолированные друг от друга части внутреннего электрода 14 ионизационной камеры -8 подключены к тому же источнику питания 17 через источники () и 7 модулирующего напряжения соответственно. Коллектор 3 подключен к регистрирую1цему устройству 18.

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Электроны, эмиттируемые катодом 11, проходят через ионизационную камеру 8 и попадают на коллектор электронов 12.. Молекулы газа в ионизационной камере 8 ионизируются электронами. Образующиеся ионы под действием ускоряющего электрического поля, которое создается источником 17 между ионизационной камерой 8 и наружным сетчатым электродом 2 анализатора масс 1, ускоряются и двигаются в направлении коллектора 3 по криволинейным траекториям под влиянием магнитного поля, создаваемого магнитом 4. Все ионы, попсщающие в анализатор масс 1 из источника ионов 5 имеют одинаковую энергию. Поэтому ионы . с различными массами двиг-аются по траектории с различной кривизной.При модуляции с частотой СО ускоряющего напряжения, которое подается от источника питания 17, все ионы модулирук гся по энергиям и то попадают, то не попадают на коллектор 3.- создавая в измерительной цепи переменный ток той же частоты CJ .

При подаче на одну часть разделенного изоляторами 15 электрода 14 модулирующего напряжения частотой CJ.( от источника б, а на другую - модулирующего напряжения частотой С02 от источника 7, в камере анализатора масс 11 образуются два промодулированных по энергиям потока ионов, которые создают в измерительной цепи коллектора 3 токи с частотами Ш,(л и C0 - .

Наличие в измерительной цепи коллектора 3 тока разностной частоты f (1LO,( позволяет использовать в качестве регистрирующего устройства 18 высокочувствительный избирательный усилитель.

Таким образом, разделение ионного потока на два (или несколько) и мо дуляция этих потоков напряжением с двумя разными частотами позволяет устранить в измерительной цепи коллектора 3 влияние модулирующих напряжений с частотами и и,и тем самым, 5 существенно (в 50-500 раз) повысить чувствительность масс-спектрометра.

Высокая технико-экономическая эффективность предлагаемого магнетронного масс-спектрометра характеQ ризуется сочетанием широкого диапазона измерений по массам и высокой чувствительности, что обеспечивает возможность одновременной раздельной регистрации большого числа компонентов анализируемой газовой среды. Большое значение будет иметь применение предлагаемого масс-спектрометра при геофизических исследова- ниях, особенно при поиске полезных ископаемых по наличию у поверхности 0 земли различных газов. Для этой цели в настоящее время используются комплексы газоанализаторов, включающих несколько специализированных приборов, каждый из которых предназначен для определения только одного компонента. Габариты и стоимость переносного масс-спектрометра во. много раз (в 10 и более) меньше соответствующих показателей для комплекса газоаналитических приборов.

Формула изобретения Магнетронный масс-спектрометр, содержащий анализатор масс, коллектор ионов и расположенный на оси симметрии анализатора и содержащий два

электрода источник ионов, расположенный снаружи анализатора масс и подключенный к средствр1м генерирования модулируклцего напряжения, о т л и п чающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, внутренний электрод источника ионов выполнен в виде электрически изолированных друг от друга частей, каждая из которых подключена к одному из двух

источников модулирующего напряжения различных частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Цатент. США к 3162760, О кл.Н 01 J 39/40, 1965.

2.Авторское свидетельство СССР № 393661, кл. G 01 N 27/62, 1970.

3.Двтоуское свидетельство СССР по заявке lv 2450240/18-25,

5 кл. G 01 N 27/62, 1977.