Магниторазрядный масс-спектрометр

 

аQIECVtr-ЗНнут

Союз Советских

Социаййстнческмх

Республик lIii 788226

ОПИСЛНИа

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к BBT. саид-ву (22) Заявлено 2 3..04.76 (2! ) 2349l 82/т. 8-25 (51)М. Кл.

Н 01 J 49/00

В 01. З 59/44

Q Ol И 27/62 с присоединением заявки №

Гасударстввнный комнтет (23) П риоритет

Опубликовано 15.12.80. Бюллетень ¹46 до делам изобретений и открытий (53) УДК 621. . 3 84(088.8) Дата опубликования описания l8.12.8О (72) Автор изобретения

В. Н. Пакулин

Особое конструкторское бюро технической кибернетики

Ленинградского ордена Ленина политехнического института им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) МАГНИТОРАЗРЯЦНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМБТР!

Изобретение отнбсится к динемическим,масс-спектрометрем и может быть использовано для химического и изотопного анализа состава ветцества, а также для измерения полного и парциального давлений в вакуумных системах.

Известно применение источников ионов с холодным катодом в масс-спектрометрах различных типов jl).

По сревнэнию с источниками с накаленным катодом они потребляют меньшую !

О мощность, не вызывают разложения сложных веществ, меньше загрязняют спектр материалом электродов и более надежны и долговечны в эксплуатации.

1S

Известен масс-спектрометр, содержа ший мегниторазрядный источник ионов в виде двух соосных цилиндрических электродов, помещенных в продольном магнитном поле между двумя плоскими . торцовыми катодами, подключенными к источнику высокого напряжения постоянного тока, и регистрирующий прибор.

Маг иторазрядный источник ионов исполь2 зуется в известном масс-спектроМетре с кведрупольным анализатором масс и коллектором ионов на основе вторичного электронного умножителя )2).

Недостатком известного масс-спектрометра является малая чувствительность анализа.

Цель изобретения — повышение чувствительности и упрощение конструкции известного масс-спектрометра.

Указанная цель достигается тем, что цялиндрические электроды, служащие анодами, соединены с клеммами источнике высокочастотного напряжения и регистрирующим прибором.

Отличительной особенностью предлагаемого масс-спектрометра является полное использование для анализа всех обрезующихся в разряде ионов зе счет совмещения в одном устройстве источника ионов, анализатора месс и коллектора.

Это приводит к повышению чувствительности за счет увеличения анализируемого тока с 10 А до 10 А и упрощению

8226

3 78 конструкции за счет отказа от фокусируюшей оптики, анализатора масс и коллектора с вторичным электронным умножителем.

На чертеже схематично изображено устройство.

Магниторазрядная ячейке изображена в виде двух соосных анодов 1 и 2, размещенных между двумя плоскими катода ми 3 и 4. Ячейка нахрдится в магнитном поле, образуемом магнитами 5 и 6.

Анод 2 заземлен, а анод 1 соединен с одной из выходных клемм источника 7 высокочастотного напряжения, другая клемма которого заземлена. Катоды 3 и 4 соединены с отрицательной клеммой источника 8 высокого напряжения постоянного тока другая клемма которого заземлена через измерительный прибор 9, M агниторазрядный масс-спектрометр работает следующим образом.

При подаче на катоды 3 и 4 постоянного отрицательного напряжения от источника 8 между цилиндрами 4. и 2 возникает разряд, ток которого пропорционален давлению газа. При низких давлениях (менее 10 мм рт.cr.) разряд локализуется в узких прианодных слоях, в которых падает почти все анодное напряжение. Электроны, дрейфующие вокруг оси и колеблющиеся вдоль магнитного поля, продвигаются к анодам лишь в результате редких неупругих столкновений с атомами газа. Ионы двигаются иэ слоев почти радиально и, попадая в электростатическую ловушку, многократно осциллируют между анодами, медленно, с тепловой скоростью продвигаясь к торцовым катодам. Частота осцилляций зависит от массы иона. Переменное электрическое поле, действующее между цилиндрами за . счет приложения высокочастотного напряжения от источника 7, создает дополнительную вынуждающую силу.. Если частота переменного напряжения совпадает с

» удвоенной собственной частотой колебаний ионов в разряде, то наступает параметрический резонанс, и частицы определенной массы за счет поглощения энергии источника 7 переменного напряжения раскачиваются при колебаниях между цилиндрическими электродами 1 и 2, пока не достигнут одного из них, при этом ток разряда, регистрируемый прибором 9, уменьшится. Масса регистрируемых ионов связана следующим образом с параметрами масс-спектрометра

Ма.е Ь Ъ ю ед где Р— заряд электрона; >и — масса электрона; (Ъ вЂ” магнитная индукция;

٠— частота переменного напряжения, 5 У„- — частота ионизующпх столкновений электрона с молекулами газа, зависящая от скорости электронов в разряде и рода газа, 1О

e* — частота столкновений с поте. рей направленного импульса электронов с молекулами газа, зависящая от скорости электронов в разряде и рода газа, Разрешающая способность предлагаемого масс-спектрометра определяется удвоенным отношением амплитуды пере менного высокочастотного напряжения к величине постоянного напряжения разряда.

Экспериментальный образец магниторазрядного масс-спектрометра имеет следующие параметры: диаметр наружного цилиндра 60 мм, внутреннего — 20 мм, расстояние между катодами 4-0 мм, пос:тоянное напряжение на катоде 2000 В, амплитуда переменного напряжения 20 В, диапазон изменения частоты 3,0 + l0I ц, магнитная индукция 0 06 Т На таком масс-спектрометре определяют состав

30 остаточного газа в вакуумной камере при давлении 1.10 мм рт.ст. для мас-5 совых чисел 2 + 50 а.е.м. с разрешающей способностью 50»

Формула изобретения

N агнитор азрядный масс-спектрометр, содержащий источник ионов в виде двух, соосных цилиндрических анодов, поме40

Шенных в продольном магнитном поле между плоскими торцовыми катодами, подключенными к источнику высокого .напряжения постоянного тока, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения чувстви45 тельности и упрощения конструкции, аноды соединены с источником высокочастотного напряжения и регистрирующим прибором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. ВЕи>п P,en4 Torney >-,Х, Квадрупольный масс-спектрометр с холодным катодом. Приборы для научных исследований. 1967, 38, ¹ tO, c. 45-49.

2. Патент СШЛ № 3835319, кл. Н 0L Г 39/34, 1975 (прототип).

788226

Составитель В. Пакулин .

Редактор А. Долинич Техред М. Рейвес Корректор С. Шекмар

Заказ 8365/62 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4