Магниторазрядный масс-спектрометр Советский патент 1980 года по МПК H01J49/00 B01D59/44 G01N27/62 

(54) МАГНИТОРАЗРЯДНЫЙ Л5АСС-СПЕКТРОМЕТР

I

Изобретение относится к щшамичесKWM .масс-спектрометрам и может быть использовано для химического и изотоп ного анализа состава ветпества, а также для измерения полного и парциального давлений в вакуумных системах.

Известно применение источников ионов с холодным катодом в масс-спектрометрах различных типов ij.

По сравнению с источниками с накаленным катодом они потребляют меньшую мощность, не вызывают разложения сложных вещесть, меньше загрязняют спектр материалом электродов и более надежны и долговечны в эксплуатации.

Известен масс-спектрометр, содержаший магнитораэрядный источник ионов в виде двух соосных цилиндрических электродов, помещенных в продольном магнитном поле между двумя плоскими торцовыми катодами, подключенными к источнику высокого напряжения постоянного тока, и регистрирующий прибор. Маг иторазрядный источник ионов используется в известном масс-спектроК етре с квадрупольным анализатором масс и коллектором ионов на основе вторичного электронного умножителя 2}.

Недостатком известного масс-спектрометра является малая чувствительность анализа.

Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение конструкции известного масс-спеКтрометра.

Указанная цель достигается т&л, что гсйливдрнческие электроды, служащие анодами, соединены с клеммами всточника высокочастотного напряжения и регистрирующим прибором.

Отличительной особенностью предлагаемого масс-спектрометра является полное использование для анализа всех образующихся в разряде ионов за счет совмещения в одном устройстве источника ионов, анализатора масс и коллектора. Это приводит к повышению чувствительности за счет увеличения анализируемого тока с Ю А до Ю А и упрощению 37 конструкции за счет отказа от фокусирую шей оптики, анализатора масс и коллектора с вторичным электронным умножителем. На чертеже схематично изображено устройство. Магниторазрядная ячейка изображена в виде двух соосных анодов I и 2, размещенных между двумя плоскими катодами 3 и 4. Ячейка находится в магнитном поле, образуемом магнитами 5 и 6. Анод 2 заземлен, а анод 1 соединен с одной из выходных клемм источника 7 высокочастотного напряжения, другая клемма которого заземлена. Катоды 3 и 4 соед1шены с отрицательной клеммой источника 8 высокого напряжения постоян ного тока другая клемма которого зазем лена через измерительный прибор 9, М агниторазрядный масс-спектрометр работает следующим образом. При подаче на катоды 3 и 4 постоянного отрицательного напряжения от источшпса 8 между цилиндрами 1 и 2 возни кает разряд, ток которого пропорционален давлению газа. При низких давлениях (менее 10 мм рт.ст.) разряд локализуется в узких прианодных слоях, в которых падает почти все анодное напряжение. Электроны, дрейфующие вокруг оси и колеблющиеся вдоль магнитного поля, продвигаются к анодам лишь в результате редких неупругих столкновений с атомами газа. Ионы двигаются из слоев почти радиально и, попадая в электростатическую ловушку, многократно осциллируют между анодами, медленно, с тепловой скоростью продвигаясь к торцовым катодам. Частота осциллящий зависит от массы иона.Переменное электрическое поле, действующее между цилиндрами за счет приложения высокочастотного напряжения от источника 7, создает дополнитедькуго вынуждатснцую сипу.. Если частота переменного напряжения совпадает с удвоенной собственной частотой колебани ионов в разряде, то наступает параметри ческий резонанс, и частицы определенной массы за счет поглощения энергии источ ншса 7 переменного напряжения раскачиваются при колебаниях между цилиндрическими электродами 1 и 2, пока не достигнут одного из них, при этом ток раз ряда, регистрируемый прибором 9, умень щится. Масса регистрируемых ионов связана следующим образом с параметрами масс-спектрометра 8 - заряд электрона; де Yn масса электрона; ft - магнитная индукция,(Л} - частота переменного напряжения, 1 - частота ионизующих столкновений электрона с молекулами газа, зависящая от скорости электронов в разряде и рода газа у SA частота столкновений с потё рей направленного импульса электронов с молекулами газа, зависящая от скорости электронов в разряде и рода газа, Разрещающая способность предлагаемого масс-спектрометра определяется удвоенным отнощением амплитуды пере менного высокочастотного напряжения к величине постоянного напряжения разряда. Экспериментальный образец магниторазрядного масс-спектрометра имеет следующие параметрьп диаметр наружного цилиндра 60 мм, внутреннего - 20 мм, расстояние между катодами 40 мм, пос-тоянное напряжение на катоде 2000 В, амплитуда переменного напряжегшя 2О В, диапазон изменения частоты 3,0 + 1С7ГЦ, магнитная ИНДУ1ЩИя 0,06 Т. На таком масс-спектрометре определягют состав остаточного газа в вакуумной камере при давлении 1.10 мм рт.ст. для массовых чисел 2 + 50 а.е.м. с разрешающей способностью 50. Формула изобретения М агниторазрядный масс-спектрометр, содержащий источник конов в виде двух соосных цилиндрических анодов, помещенных в продольном магнитном поле между плоскими торцовыми катодами, подключенными к источнтсу высокого .напрямсения постоянного тока, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции, аноды соединены с источником высокочастотного напряжения и регистрирующим прибором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.BEum Р. and Tornev} P.Z, Квадрупольный масс-спектрометр с холодным катодом. Приборы для научных исследований. 1967, 38, № 1О,. с. 45-49. 2.Патент США № 3835319, кл. Н О1 J 39/34, 1975 (прототип).