Способ измерения нелинейности массспектрометра

 

744785

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) jl,îï0ëíèòåëüíîå к авт. свид-ву (22) Заявлено. 19.08.77(2l ) 2519100/18 25 (5!)м. Кл, с присоединением заявки №

Н 01 7 39/34

G 01 27/62

В 01.0 59/44

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 30.06 80. Бюллетень №25 по делам изобретений и открытий

f (53) УЛК621.384 (088.8) Дата опубликования описания 02.07.80 (72) Автор изобретения

P. Е. Прилуцкий (7I) Заявитель

{54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ

МАСС-СПЕКТРОМ БТРА

Изобретение относится к масс-спекч рометрии и может быть использовано при определении нелинейности масс спектрометра по отношению к составу вещества.

Такая нелинейность может вызываться, 5 например, нелинейностями в системе регистрации и источнике ионов, динатронными эффектами в приемнике ионов. Зная seличину нелинейности, можно принять соответствующие меры к ее устранению или внести соответ-твуюшие поправки в результаты измерений.

Известны способы измерения погрешности мас -спектрометра по отношению к со» ставу вещества путем введения в источник ионов масс-спектрометра вещества с известным с высокой степенью точности со ставом (стандарта), снятия показаний массспектрометра и сравнения данных измере» ний с известным значением состава Ъ) ..

Такие способы, однако, позволяют судить лишь о систематической погрешности масс-спектрометра, не давая возможности оценить нелинейность прибора при изменении состава анализируемого вещества, Для измерения нелинейности масс-спект» рометра по отношению к составу вещества необходимо несколько раз снимать показания масс-спектрометра, изменяя в процессе измерений состав вводимого вещества. При этом при снятии очередного показания необходимо с высокой степенью точности знать, насколько изменился состав анализируемого вещества.

Известен, например, способ измерении нелинейности масо-спектрометра по отношению к составу вещества, включающий введение газообразного вещества иэ баллона напуска в источник ионов масс-спекч рометра, снятие показаний масс-спектрометра и изменение состава вещества в баллоне напуска в процессе измерений (23. .Изменение состава вещества производят путем поочередного введения стандщ . тов с различным составом. При этом, в случае газообразного вещества, его вве»

pease в масо-спектрометр должно преиэво3 7447 диться через натекатель из баллона нй- пуска, иэ которого после очередного снятия показаний, находящееся в нем вещество полностью откачивают и .заменяют веществом. с другим составом.

В этом случае необходимо иметь не5 сколько стандартов, количество и степень различия в составе которых определяются проверяемым диапазоном прибора. Стандарты получают путем смешения чистых веществ. Однако, приготовление смеси с вйсокой точностью, требуемой для масс спектрометрии, является весьма трудоемкой и дорогостоящей операцией, что уоложняет процесс измерений.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса измерений нелинейности масс-спекгрометра по отношению к составу вещества путем устранения необходимости иметь при проведении измерений стандарты. различного состава.

Поставленная цель достигается тем, что состав вещества в баллоне напуска изменяют путем его откачки из баллона в условиях, обеспечивающих молекулярный характер истечения газа из баллона при ежике.

Как известно, при молекулярном характере истечения газовой смеси из замкнутого объема истечение более легких компо-3О нентов смеси происходит быстрее, чем истечение более тяжелых. B реэультате состав газа в объеме изменяется в сторону повышения содержания в нем более тяжелых компонентов, 35

Так, например, изменение .состава гаэа в объеме при двухкомпонентной смеси характеризуется выражением мени, можно определить, насколько кривая, характеризующая изменение показа, ний масс-спектоометра во времени, отли- чается от экспоненты, и сделать вывод о степени нелинейности мас -спектромет ра по отношению к составу вещества, Предложенный способ может быть осу ществлен следующим образом.

Для ввода газа в масс -спектрометр используют баллон напуска, снабженный, кроме натекателя с вентилем, связывающих баллон с источником ионов мас спектрометра, и вентиля для введения газа в баллон, вторым натекателем, связанным через собственный вентиль с ow дельной системой откачки. Второй натекатель выполкяется в виде отверстия или канала, диаметр которого мал по сравнению со средней длиной свободного п15обега молекул газа в баллоне. В баллон напуска через соответствующий вентиль вводят газовую смесь, состав которой, нахо дится заведомо вне пределов проверяемого диалазона показаний масс спектрометра, так чтобы в процессе измерений изменение состава происходило в сторону этого диапазона. Затем открывают вентиль первого натекателя, снимают показания масо-спектрометра и закрывают вентиль.

После этого, фиксируя соответствующий момент времени, открывают вентиль второго натекателя и через определенные промежутки времени производят снятие показаний масс-спектрометра,для чего перед скятием показаний открывают вентиль первого натекателя и закрывают вентиль второго. После снятия показаний вентиль первого натекателя снова закрывают, а вентиль второго открывают. При этом фиксируют моменты времени закрывания и открывания вентиля второго натекателя. (Р РДt cd (4 4 < 4о

Й/P,) о @M, 4y,/ где (Р ) - соотношение парциальных дав2 О лений компонентов в началь(" ный момент времени; /р ) - соотношение парциальных дав2 лений компонентов через промежуток времени

C - постоянная, определяемая геометрическими размерами и формой канала натекателя, че реэ который происходит истечение;

7 - величина объема, из которого происходит истечение;

- абсолютная температура;

М - массовые числа молекул комЛ понентов, - длительность истечения.

Из выражения видно, что изменение концентрации газа во времени носит экспоненциальный характер. Таким образом, откачивая газ из баллона напуска масс-спектрсметра в условиях, обеспечивающих молекулярный.характер истечения газа из баллона, и снимая показания масс-спектрометра через определенные промежутки вре1

В результате получают ряд показаний масс-спектрометра, соответствующих разным моментам времени. Пользуясь извесь ными математическими методами, например, методом наименьших квадратов, onределяют параметры экспоненты, наиболее близко соответствующий характер измене ния показаний масс-спектрометра во времени без учета времени снятия показаний, 1О

Форм ул а из о бр етения

5 7447 и величины. отклонений показаний от атой экспоненты. При атом во внимание принимаются:лишь показания, находящиеся в пределах проверяемого диапазона.

Поскольку при выбранных размерах второго натекателя, истечение через него газа носит молекулярный характер и изменение состава газа в баллоне с течением времени происходит в соответствии с выражением (1). Если не учитывать время, затрачиваемое на снятие показаний, в течение которого состав газа в баллоне, практически не изменяется, упо. . мянутые величины отклонений характеризуют степень нелинейности масо-спектрометра по отношению к составу вещества.

Ввиду относительно быстрого падения сигнала на выходе масс-спектрометра при снижении давления газа в баллоне, измерение нелинейности можно производить в несколько приемов, определяя каждый раэ нелинейность на одном из участков проверяемого диапазона, и соответствую- щим образом изменяя начальный состав газа. 25

Предлагаемый способ может быть использован и при градуировке масс-спектрометра по отношению к составу вещества с помощью одного стандарта. При этом необходимо предварительно определить постоянную времени истечения газа из бал.лона, т,е, показатель степени экспоненты. в выражении (1), что может быть сделано при наличии второго стандарта, который, однако, достаточно использовать один раз. Определение постоянной времени истечения производится путем фиксирования значений показаний масо-спектрометра, соответствующих каждому из стандартов, и определения затем времени, в течение 4п которого при открытой вентиле второго натекателя происходит изменение показаний от одного из упомянутых фиксированных значений до другого.

B дальнейшему зная постОяниую време» 4> ни для данного баллона напуска (и внося поправки на изменение температуры и мас совых чисел). градуировку масс-спекчч метров можно производить с помощью одного стандарта. В этом случае фикси«, 85 б руют значение показаний масс»спектрометра, соответствующего стандарту, а за»тем, в процессе градуировки, открывают вентиль второго натекателя и измеряют время, прошедшее с момента, когда показания масо-спектрометра совпали с фиксированным значением, и с помощью выражения (1) определяют состав газа в бал»лоне в любой момент времени.

Предлагаемый способ дает воэможность оценивать нелинейность характеристики масс-спектрометра по отношению K составу вещества без необходимости использования стандартов, что может быть использовано, например, при отбраковке масс» спектрометров или для устранения причин, вызывающих нелинейность.

Предлагаемый способ можно испольэо вать также при градуировке масс-спектрометров по отношению к составу вещества с помощью одного стандарта.

Способ измерения нелинейности масс спектрометра по отношению к составу ве щества, включающий введение газообразного вещества из баллона напуска в источнике ионов масс -спектрометра, снятие показаний масс спектромечра и изменение состава вещества в баллоне напуска в процессе измерений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и упрощения измерений, изменение состава вещества в баллоне напуска производят путем, откачки его из баллона в условиях, обеспечивающих молекулярный характер истечения газа из баллона при откачке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шанин Л. Л. и др. Тезисы докладов

Второй всесоюзной конференции по масоспектрометрии. Л., 1974, с. 13-14.

2. Методические указания по преци» зионному масс-спектрометрическому методу определения изотопного состава водо рода и углерода . М., ОНТИ ВНИИЯГТ, 1975, с. 57-61.

Составитель Н; Алимова

Редактор Л. Алексеенко Техред Р. Олиян Корректор М. Вигула

Заказ 3827/19 Тираж 844 Подп;исное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4