Динамический панорамный масс-спектрометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 13,IV,1965 (№ 1003120/26-25) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 13.Х1.1967. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 24,I.1968

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения М. И, Меньшиков, Л. М. Блюмкин, Л. Н, Линник, Г. Ф. Ивановский, Л. К. Пятибоков, В. И. Виноградов, С. В. Ципарин, и М. 3. Тамаркин

Заявитель

ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАНОРАМНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к измерительным устройствам, применяемым для анализа парциальных давлений в вакуумных системах.

Известен масс-спектрометр, содержащий масс-спектрометрический датчик, приемный и модулирующий тракты, детектор и осциллографический индикатор.

Описываемый масс-спектрометр обладает повышенной чувствительностью измерительного тракта, увеличенными разрешающей способностью и помехоустойчивостью, позволяет исключить регистрацию ложных пиков и шумового фона ионов несинхронных масс, а также обеспечивает возможность количественного анализа т арциальных давлений и непосредственную расшифровку спектра масс на экране прибора с помощью калибровочного сигнала. Для этого приемный тракт содержит широкополосны и и узкополосный усилители, между которыми расположен сигнальный смеситель. Узкополосный усилитель соединен через детектор с осциллографическим блоком, модулирующий тракт содержит соединенные между собой кварцевый гетеродин и модулирующий смеситель, который через выходной усилитель связан с модулирующим электродом датчика. Частотно-модулированный гетеродин соединен с сигнальным и модулирующим смесителями, управляющий блок — с осциллографическим олоком и частотно-модулированньтм гетеродином, а генератор калибровочного сигнала — с сигнальным смесителем.

На чертеже представлена блок-схема описываемого устройства, 5 Масс-спектрометрический датчик 1 состоит из катода 2, модулирующего электрода 8, сетчатого анода 4, набора электродов 5 пространства дрейфа ионов и сигнального электрода б. Приемный тракт 7, генератор 8 калиб10 ровочного сигнала, детектор 9, осциллографический индикаторный блок 10, блок управления 11, частотно-модулированный гетеродин 12 и модулирующий тракт 18 составляют электронно-измерительную схему масс-спектромет15 ра.

Приемный тракт содержит широкополосный усилитель 14, сигнальный смеситель 15 и усилитель 1б промежуточHой частоты. Модулирующий тракт 18 состоит из модулирующего

20 смесителя 17, усилителя 18 выходного сигнала и фиксированного гетеродина 19.

Электроны, эмитируемые катодом 2 датчика

1, проходят сквозь модулирующий электрод 8

25 и в силу выбранного распределения потенциалов, колеблются около сетчатого анода 4 (анод 4 заземлен, катод 2 находится под напряжением 100 в по отношению к аноду. 4, на модулирующий электрод 8 подано напряжение

30 с частотой, меняющейся в пределах 1,7— 205362

О,! мги, модулирующее по интенсивности ионизирующии электронный ток).

Ионы, возникающие в результате ионизации исследуемого газа справа от анода 4, колеблются в электрическом поле, которое представляет собой потенциальную яму в пространстве дрейфа, образованном системой электродов 5. Пакеты ионов, образующиеся при ионизации, в процессе колебаний распадаются на элементарные пакеты ионов одинаковых масс, колеблющихся с частотами, определяемыми удельными массами ионов. 1(аждый из колеблющихся пакетов индуцирует h3 сигнальном электроде б переменное напряжение, частота которого равна частоте колебаний соответствующей массы. Частота сигнального напряжения однозначно определяет удельную массу колеблющихся ионов при фи ксированном распределении электрического поля в пространстве дрейфа.

Анализ ионов по массам осуществляется узкополосным приемным трактом 7 с меняющейся резонансной частотой путем измерения частот сигнальных напряжений, индуцированных колеблющимися ионами на сигнальном электроде б. При совпадении резонансной частоты приемного тракта с частотой колебаний ионов определенной удельной массы происходит регистрация переменного сигнального напряжения, соответствующего этой массе, Сигналы, индуцируемые при этом другими массами не регистрируются, так как их частоты в каждый фиксированный момент времени лежат вне полосы пропускания приемного тракта, настроенного в этот момент на частоту регистрируемой массы. При изменении резонансной частоты приемного тракта в диапазоне

1,7 — 0.1 мги, охватывающем частоты колебаний масс регистрируемого диапазона, происходит последовательный анализ всех масс.

Для повышения чувствительности прибора осуществляется ионизация исследуемого газа с частотой, синхронной с частотой колебаний регистрируемой массы. При этом происходит суммирование элементарных пакетов ионов синхронной массы и увеличение амплитуды сигнала, индуцируемого регистрируемой массой на сигнальном электроде б. С этой целью частота модулирующего напряжения, вырабатываемого трактом 18, меняется синхронно -. резонансной частотой приемного тракта и в каждый момент времени остается равной этой частоте.

Сигнал, снимаемый с датчика 1, усиливается широкополосным усилителем 14 и подается на сигнальный смеситель 15. В смеситель 15, кроме сигнала с датчика 1 в диапазоне 1,7—

0,1 мги, подается отстоящее от частоты сигнала на величину промежуточной частоты (5 мги) синусоидальное напряжение с частотно-модулированного гетеродина 12, меняющееся в диапазоне частот 6,7 — 5,1 мги. После смесителя 1б напряжение сигнала выделяется и усиливается на промежуточной частоте 5 мги узкополосным усилителем 1б. Затем сигнал

65 детектируется блоком 9 и огибающая сигнала поступает на вертикальный вход индикаторного блока 10, на экране которого 50 раз в секунду возникает изобран ение спектра масс.

В смесителе 17 модулирующее напряжение, синхронное с регистрируемой частотой, получается путем вычитания частоты (5 мги) кварцевого фиксированного гетеродипа 19 из частоты гстеродинного блока 12. Частота мод)лирующсго напряжения после смесителя 17 выделяется фильтрами выходного усилителя

18, с выхода которого модулирующее напряжение поступает на электрод масс-спектрометрического датчика 1. Управление частотой гетеродинного блока 12 по специальному закону, определяемому условиями равноправного накопления ионов различных масс, осуществляется управляющим блоком 11. Блок 11 управляет также горизонтальной разверткой осциллографического индикатора 10.

Для расшифровками спектра масс измеряются частоты регистрируемых сигналов путем сопоставления их с известной частотой генератора 8 калибровочного сигнала. Напряжение генератора 8 с частотой, подсграиваемой вручную в пределах 1,7 — 0,1 мги, подается в смеситель 15, где смешивается с напряжением гетеродинного блока 12 и выделяется на про-межуточной частоте усилителем 1б. На экране индикаторного блока 10 при этом образуется калибровочный пик, передвигающийся по оси абсцисс при изменении частоты генератора 8.

Если частота сигнала неизвестной массы равна известной частоте генератора 8, калибровочный пик совпадает с пиком этой массы.

Предмет изобретения

Динамический панорамный масс-спектрометр, состоящий из датчика, содержащего катод, модулирующий электрод, анод, электроды пространства дрейфа и сигнальный электрод, приемного и модулирующего трактов, гетеродина, детектора и осциллографического блока, отлича ощийся тем, что, с целью повышения чувствительности, разрешающей способности и помехоустойчивости, устранения регистрации ложных пиков и шумового фона ионов несинхронных масс, обеспечения условий количественного анализа и непосредственной расшифровки спектра масс, приемный тракт содержит широкополосный и узкополосный усилители, между которыми расположен сигнальный смеситель; узкополосный усилитель соединен через детектор с осциллографическим блоком, модулирующий тракт содержит связанные между собой кварцевый гетеродин и модулирующий смеситель, который через выходной усилитель соединен с модулирующим электродом датчика; частотно-модулированный гетеродин соединен с сигнальным и модули рующим смесителями, управляющий блок — с осциллографическим блоком и частотно-модулированным гетеродином, а генератор калибровочного сигнала — с сигнальным смесителем.

205362

Составитель Г. Д Петрова

Редактор Н. О. Громов Текред T. П, Курилко Корректоры: iiN. П. Ромашова и С. Ф. Гоптаренко

Заказ 4243(1 Тираж 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретеппш tt открытии ttpll Совете Миппстрсв СССР

Москва, Цептр, пр. Серова, д. 4

Типографии, пр, Сапупова, 2