Магнетронный масс-спектрометр

 

"- - з

39366

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 12Х11.1971 (№ 1681856/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.VIII.1973. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 19.XII.1973

М. Кл. G 01п 27/62

В Old 59/44

Гасударственный камитет

Савета Министрав СССР па делам изобретений и аткрытий

УДК 621.384.8.08(088.8) Авторы изобретения

Г. А. Бакай и А. С. Кузема

Заявитель

МАГНЕТРОННЫЙ МАСС-СПEKTPOMETP

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. Г1ринцип 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 цепях 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 су.цественно уменьшает чувствительность прибора; большая погрешность анализа из-за измерения разности двух малых ионных токов.

Отличительной особенностью предложенного масс-спектрометра является наличие между

10 ионным источником и коллектором модулирующего электрода, расположенного аксиальио коллектору. Регистрация ионного тока осуществляется сплошным цилиндрическим коллектором с последующим усилением ионного тока

15 по его переменной составляющей.

На чертеже изображена принципиальная схема предложенного масс-спектрометра.

Масс-спектрометр состоит из источника ионов 1, модулирующего цилиндрического

20 электрода 2 в виде спирали или сетки, цилиндрического коллектора д, расположенного аксиально модулирующему электроду и источнику ионов, вакуумной камеры 4, трубки 5 для ввода анализируемой смеси. Вакуумная камера по25 мещена в поперечное магнитное поле, возбуждаемое магнитом или электромагнитом 6.

Для ускорения ионов в пространстве между источником ионов 1 и коллектором 3 создается электрическое поле с помощью источника на30 пряжения постоянного тока 7.

393661

Между источником ионов 1 и модулирующим электродом 2 приложено, кроме того, импульсное напряжение определенной величины от генератора им пульсов 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 mo, массы ионов, больших то,— через т, а массы ионов, меньших т, через т;. Тогда при определенных размерах колектора и источника ионов условие отсечки тока ионов измеряемой массы, как известно, определяется соотношением: где В ч — индукция магнитного поля в теслах;

U — ускоряющее ионы напряжение в вольтах; е — заряд иона в кулонах; то — масса иона в килограммах;

r> — радиус коллектора в метрах; ги — радиус источника в метрах.

Иными словами, траектории ионов массы то проходят вблизи коллектора, траектории ионов массы m;(mp — на значительном расстоянии от коллектора, а ионы массы mq)m попадают на коллектор.

При подаче импульсного напряжения, которое добавляется к ускоряющему ионы напряжению, траектории ионов изменяются таким образом, что ионы массы m> попадают на коллектор, ионы массы т;(то, незначительно увеличивая радиус кривизны, по-прежнему не попадают на коллектор, а ионы массы m )mp 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 m> 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

40 с источником импульсного напряжения, 393661

Составитель Н. Алимова

Техред Е. Борисова

Редактор T. Орловская

Корректор О. Тюрина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3399/12 Изд. № 918 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб,, д. 4/5