Устройство для масс-спектрометрического анализа Советский патент 1983 года по МПК H01J49/00 

Изобретение относится к вакуумной масс-спектрометрии, а именно к приборам с магнитньфл отклонением пучков ионов, и может найти применение для анализа состава газа в вакуумных системёх. Известны устройства для масс-спект ромётрического анализа остаточных газов в вакуумньпс системах, в которых молекулы газа ионизируются, после чего их разделение по массе производится при дрейфе ионов в постоянном магнитном поле 1 . Эти масс-спектрометры содержат кор пус, снабженный соединительньм патруб ком с фланцем, с помощью которого йри бор подсоединяется и к обследуемой вакуумной систему. Корпус известных Приборов имеет вид плоской коровки с двумя глухими патрубками, в которых смонтированы соответственно источник ионов и коллектор ионов. Основная часть корпуса, имеющая вид плоской коробки, помещена ТВ эазЪре между полюсами постоянного магнита, расположенного снаружи. Известно также устройство Для масс спектрометрическогр анализа, содержащее источник магнитного поля, выполненный в йиде цилиндрического магнита, снабженного полюсными наконечниками 2 . Недостатксм этого устройства являтся невысокая точность при анализе, обусловленная низкой разрешающей способностью, определяемой радиусом траектории ионов, в этой конструкции траектории ионов проходят внутри магнитопровода, что ограничивает радиус траекторий. Цель изобретения - повыи-ение точности при анализе остаточных газов, в герметичных сосудах. Цель достигается тем, что в устройстве для масс-спектрометрического анализа, содержащем источник магнитного поля, выполненный в виде цилиндрического магнита, снабженного полюсньми наконечниками, цилиндрический магнит расположен на глухом присоединительном фланце, полюсные наконечники выполнены в виДе круглых шайб с наружной отбортовкой, а источники ионов и коллектор, ионов расположены в зазоре между отбортовками наконечников. На фиг. Г приведено устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. 1. Устройство содержит технологическую вакуумную камеру 1 с фланцевым соединением, состоящим из присоединительного и съемного фланцев 2 и 3 соответственно. В рабочем состоянии фланцы 2 и 3 стянуты системой болтов 4. На внутренней поверхности съемного фланца 3 смонтирован постоянный . магнит 5 цилиндрической формы. На 1торцах магнита 5 закреплены тарельча1тые полюсные наконечники б и 7. Вся магнитная система, включающая магнит 5 и полюсные наконечники б и 7, кре- АЛ пится к фланцу 3 с помощью шпильки 8 и гайки 9. Шпилька 8 вварена во фланец 3. В зазоре между внешними краями полюсныхнаконечников 6 и 7 расположены источник 10 ионов, коллектор АС 11 ионов и магнитный масс-анализатор 12. Магнитный масс-анализатор 12 представляет собой пространство с однородным магнитным полем. Это пространство имеетвид полукольца, ограничен-,. ного параллельными плоскостями внеш- них краев полюсных наконечниковб и 7, а-также .выходной щелью источника

10ионов и входной щелью коллектора

11ионов. Входная щель истс«ника 10 ионов и входная щель коллектрра 11 25 ионов расположены в зазоре между полюсными наконечниками б и 7;диаметрально противоположно друг другу. Тем самым угол поворота ионов в предлагаемом приборе соответствует . 30 Для увеличения напряженности поля в области магнитного масс-анализатора

12часть внешних краев полюсных наконечников б и 7 в нерабочей зоне прибора в принципе может быть среза- 35 на.

Центры выходной щели источника 10 ионов и входной щели коллектора 11. ионов расположены на одинаковом рас- д стоянии от оси симметрии масс-спектрометра 12 на середине ширины внешних краев полюсных наконечников б и 7.

Масс-спектрометр имеет электрические вводы 13 и 14, смонтированные на фланце 3. Эти вводы предназначены для подвода питаквдих напряжений к источнику 10 ионов и выводу ионного тока от коллектора 11 ионов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Молекулы разреженного газа, находящиеся в технологической вакуумной 1, попадают внутрь источника . 10 ионов масс-спектрометра 12,где они 55 ионизируются под действием электронов, змиттируемых- накаленным катодом. Источник ионов обеспечивает получение моноэнергетических ионов. Черед йыходную щель источника 10 ионов мо- 60 ноэнергетические ионы выталкиваются в магнитный масс-анализатор 12. Попав в однородное магнитное поле масс-анализатора 12, моноэнёргетические ионы начинают двигаться по дугам окружнос-б5

тей с радиусом кривизны R, следующим образом зависящим от массы ионов:

.lj(.47 .10

R

см ,

В

где V - разность потенциалов, под

действием которой ускоряются ионы в источнике ионов (в); М - массовое число иона (а.е.м.) В - магнитная индукция в магнитном масс-анализаторе 12. (Вб/м).

Те ионы, радиус кривизны траекто ии,(.которых совпадает со среднюю радиусом внешних краев полюсных наконечников б и -7, попадают на входную щель коллектора 11 ионов и регистрируются соответствующим усилителем по.тоянного тока. Остальные ионы рассеиваются в пространстве и не попадают на коллектор 11 ионов.

В выбранной конструкции масс-спекрометра 12 происходит поворот ионов на 180° .во время их пути от источника 10 ионов до коллектора 11 ионов. При таком повороте на коллектор 11 ионов попадают не только ионы, вьапедшие из источника 10 ионов по нормали к его выходной щели, но также и под некоторым (небольшие) углом к этой нормали. Граница возможных траекторий ионов одной массы, выходящих из источника 10 ионов и фокусируемых магнитным масс-анализатором 12 на входной щели коллектора, изображена на чертеже штрих-пунктирными линиями

Данное устройство для масс-спектррметркческого анализа позволяет также повысить.пропускную способность между источником ионов и технологической вакуумной камерой.Это повышает достоверность регистрации парциальныхдавлений газового процесса,протекающего в технологической вакуумной камере. Формула изобретения

Устройство для масс-спектрометрического анализа, содержащее источник магнитного поля, выполненный в виде цилиндрического магнита, снабженного полюсными йаконечниками, источник ионов и коллектор ионов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при анализе остаточны газов в герметичных сосудах, цилиндрический магнит расположен на глухом присоединительном фланце, полюсные наконечники выполнены в виде круглых шайб с наружной отбортовкой, а источник ионов и коллектор ионов расположены в зазоре между отбортовками накойечников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лекк Дж. Измерение давления в вакуумных системах. М., Мир, 1966, с. 161.

2.Авторское свидетельство СССР №270330, .кл.С 01 N 29/62,19бб(прототип

&А //

5 9

/

f/./

(Js.2