Магнетронный масс-спектрометр

 

Союэ Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<11785908

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ау (22) Заявлено 231178 (21) 2688418/18-25 с присоединением заявки №

: (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.80. Бюллетень ¹ 45

Дата опубликования описания 07,12.80 (51) М. К.3

Н 01 Х 49/30

G 01 N 27/62

В 01 D 59/44

Госу®арствеиный комитет

СССР во делам изобретений и открытий (53) УДК621. 384 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.Н. Пакулин, 10.A. Цирлин и A.М. Шерешевский

Научно-производственное объединение "Буревестник" и Агрофизический научно-исследовательский институт (71) Заявители (54) МАГНЕТРОННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Предлагаемое изобретение относится к масс-спектрометрам, в частности к магнетронным масс-спектрометрам,и может быть использовано для анализа молекулярного и изотопного состава газов и паров, а также в качестве манометра для измерений парциальных давлений газов и паров в вакуумных системах.

Известен магнетронный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, размещенный на оси симметрии массспектрометра, и два полуцилиндрических коллектора ионов с различными радиусами f1) .

Известен также магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, анализатор масс, модулирующий эа1ектрод и коллектор ионов. Источник ионов расположен на оси анализатора масс, а модулирующий электрод — между источником ионов и коллектором Е23.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения по совокупности общих существенных признаков является магнетронный масс-спектрометр, содержащий анализатор масс и расположенный на оси симметрии анализатора коллектор ионов, которые размещены между полюсами магнита, и источник ионов, содержащий два электрода, расположенный снаружи анализатора масс и подключенный к средствам генерирования модулирующего напряжения (3 .

В этом масс-спектрометре энергия ионов, идущих от источника, модулируется путем периодического изменения величины ускоряющего напряжения

10 от специального источника переменного напряжения. Ионный ток регистрируется по переменной составляющей в цепи коллектора.

Недостатком этого масс-спектромет15 ра является относительно малая чувствительность, ограничивающая разрешающую способность прибора при анализе малых примесей н газах.

Целью изобретения янляется повы20 шение чунстнительности магнетронного масс-спектрометра. указанная цель достигается тем, что внутренний электрод источника ионов выполнен н ниде электрически изолированных друг от друга частей, каждая из которых подключена к одному иэ двух источников модулнрующего напряжений различных частот.

На фиг. 1 схематически изображен

30 один из возможных вариантов предла785908 гаемого масс-спектрометра (в разрезе); на фиг. 2 — разрез А-А.

Масс-спектрометр содержит анализатор масс 1 с наружным сетчатым эле ..тродом 2, коллектор ионов З,расположенный на оси симметрии анализатора масс 1, магнит 4, источник ионов 5 и источники модулирующего напряжения 6 и 7, служащие средствами генерирования модулирующего напряжения. Источник ионов 5 состоит иэ кольцевой ионизационной камеры 8 с прямоугольным сечением, в торцах .которой имеются круговые щели 9 и 10, катода 11 и коллектора электронов

12. Ионизационная камера 8 состоит из наружного сплошного электрода 13 и внутреннего сетчатого электрода 14, разделенного на две части изоляторами 15. Анализатор масс 1, коллектор ионов 3 и источник ионов 5 находится внутри корпуса 16, служащего вакуу лной камерой. Наружный электрод ионизационной камеры 13, катод 11 и коллектор электродов 12 .подключены к источнику питания 17. Электрически изолированные друг от друга части внутреннего электрода 14 ионизационной камеры 8 подключены к тому же источнику питания 17 через источники

6 и 7 модулирующего напряжения соответственно. Коллектор 3 подключен к регистрирующему устройству 18.

Масс-спектрометр работает следующим образом.

Электроны, эмиттируемые катодом

11, проходят через ионизационную камеру 8 и попадают на коллектор электронов 12.. Молекулы газа в ионизационной камере 8 ионизируются электронами. Образующиеся ионы под действием ускоряющего электрического поля, которое создается источником 17 между ионизационной камерой 8 и наружным сетчатым электродом 2 анализатора масс 1, ускоряются и двигаются в направлении коллектора 3 по криволинейным траекториям под влиянием магнитного поля, создаваемого магнитом

4. Все ионы, попадающие в анализатор масс 1 из источника ионов 5 имеют одинаковую энергию. Поэтому ионы с различными мас" àìè двиГаются по траектории с различной кривизной.При модуляции с частотой 63 ускоряющего напряжения, которое подается от источника питания 17, все ионы модулирукрся по энергиям и то попадают, то не попадают на коллектор 3. создавая в измерительной цепи переменный ток той же частоты ц7 .

При подаче на одну часть разделен. ного изоляторами 15 электрода 14 модулирующего напряжения частотой Я от источника 6, а на другую — модулирующего напряжения частотой Q2 от источника 7, в камере анализатора масс 11 образуются два промодулированных по энергиям потока ионов, ко35

$5

d0 б5 торые создают в измерительной цепи коллектора 3 токи с частотами M,бд2 и Ȅ— 00g.

Наличие в измерительной цепи коллектора 3 тока разностной частоты (47>,И2 ) позволяет испольэовать в качестве регистрирующего устройства

18 высокочувствительный избирательный усилитель.

Таким образом, разделение ионного потока на два (или несколько) и модуляция этих потоков напряжением с двумя разными частотами позволяет устранить в измерительной цепи коллектора З.влияние модулирующих напряжений с частотами и и,и тем самым, существенно (a 50-500 раз) повысить чувствительность масс-спектрометра.

Высокая технико-экономическая эффективность предлагаемого магнетронного масс-спектрометра характеризуется сочетанием широкого диапазона измерений по массам и высокой чувствительности, что обеспечивает возможность одновременной раздельной регистрации большого числа компонентов анализируемой газовой среды.

Большое значение будет иметь применение предлагаемого масс-спектрометра при геофизических исследованиях, особенно при поиске полезных ископаемых по наличию у поверхности земли различных газов. Для этой цели в настоящее время используются комплексы газоанализаторов, включающих несколько специализированных приборов, каждый из которых предназначен для определения только одного компонента. Габариты и стоимость переносного масс-спектрометра во много раз (в 10 и более) меньше соответствующих показателей для комплекса газоаналитических приборов.

Формула изобретения

Магнетронный масс-спектрометр, содержащий анализатор масс, коллектор ионов и расположенный на оси симметрии анализатора и содержащий два электрода источник ионов, расположенный снаружи анализатора масс и подключенный к средствам генерирования модулирующего напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, внутренний электрод источника ионов выполнен в виде электрически изолированных друг от друга частей, каждая из которых подключена к одному из двух источников модулирующего напряжения различных частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент, CltIA Р 3162760, кл. Н 01 У 39/40, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 393661, кл. 6 01 Н 27/62, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2450240/18-25, кл. G 01 М 27/62, 1977.