Магнетронный масс-спектрометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено 28.11.78(21) 2690132/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет 51)М. КЛ,8

Н 01 J 49/30

В 01 0 59/44

G 01 N 27/62

Государственный комитет

СССР во делам изобретений о-:крыт:, .

Опубликовано 300181, Бюллетень № 4 (53) УДК 621. .384(088.8) Дата опубликования описания 30. 01. 81 (72) Aa - ".— л и?з:

Научно-производственного объединения

Заявитель (54) МАГНЕТРОННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к масс-спе ктрометрии, 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 измерения парциальных давлений газов и паров в вакуумных системах.

Известен магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, размещенный на оси симметрии масс-спектрометра, и два полуцилиндрических коллектора ионов с различными радиусами (1).

Известен также магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, модулирующий электрод и коллектор ионов. Источник донов расположен на оси анализатора масс, а модулирующий электрод между источником и коллектором (2).

Наиболее близким к предлагаемому является магнетронный масс-спектро- 25 метр, содержащий размещенный между полюсами магнита анализатор масс, состоящий из полого цилиндра, закрытого с торцов крышками с центральными отверстиями, источник ускоря- 30 ющего напряжения, стержневой коллектор ионов, укрепленный на оси анализатора, и источник ионов, расположенный снаружи анализатора. В масс-спектрометре энергия ионов, идущих от источника, размещенного снаружи анализатора масс, модулируется путем периодического изменения величины ускоряющего напряжения от специального источника питания (3).

Недостатком этого масс-спектрометра является относительно малая чувствительность, ограничивающая применение прибора при анализе малых примесей в газах. Недостаток обусловлен наличием вертикальной расходимости сходящегося кольцевого потока ионов, так что значительная часть их, двигающихся по краям потока, уходит на .торцовые крышки и не достигает коллектора. Вертикальная расходимость создается силами объемного заряда ионного потока, так что ионы приобретают составляющую скорости, направленную вдоль оси симметрии анализатора. Этот эффект является препятствием для дальнейшего увеличения чувствительности масс-спектрометра H связи т

801139

5 l0

25

45

55

65 тем, что потери ионов в анализаторе масс эа счет ухода на крышки воз растают пропорционально величине ионного тока.

Цель изобретения — повышение чувствительности магнетронного массспектрометра путем уменьшения потерь ионов в области анализатора масс.

Укаэанная цель достигается тем, что полый цилиндр и торцовые крышки анализатора масс электрически изолированы друг от друга и подключены к клеммам соответственно отрицательной и положительной полярности дополнительного источника питания. Это обеспечивает отталкивание ионов от торцовых крышек, сводя к минимуму потери заряженных частиц.

Для обеспечения высокой разрешающей способности анализатора масс торцовые крышки могут быть выполнены в виде усеченных конусов, вершины которых направлены к центру анализатора.

На чертеже изображен масс-спектрометр. устройство содержит размещенный между полюсами магнита 1 осесимметричный анализатор 2 масс, состоящий иэ полого цилиндра 3, закрытого с торцов крышками 4 и 5 с центральными отверстиями, укрепленный на оси анализатора 2 масс стержневой коллектор б ионов и размещенный снаружи анализатора источник 7 ионов.

Полый цилиндр 3 и торцовые крышки

4 и 5 изолированы друг от друга, например, с помощью изолирующих прокладок 8 и 9 и соединены с клеммами соответственно отрицательной и положительной полярноати источника 10 питания.

Масс-с;.åêòðoìåòð работает следующим образом.

Под действием ускоряющего напряжения (источник которого на чертеже не показан), гриложенного между анализатором 2 масс и источником

7 ионов, ионы двигаются в направлении коллектора б круговым сходящимся потоком по криволинейным траекториям, радиус кривизны которых зависит.от скорости и массы иона и величины магнитного поля, создаваемого магнитом 1. При модуляции ускоряющего напряжения (источник которого на чертеже не показан) траектории ионов изменяются таким образом, что ионы заданной массы то попадают, то не попадают на коллектор

6, создавая в его измерительной цепи переменный ток, пропорциональный количеству ионов данной массы в источнике ионов, а, следовательно, и концентрации анализируемого компонента газовой смеси.

Силы объемного заряда вызывают расплывание потока ионов в осевом направлении, причем по мере приближения к оси анализатора за счет увеличения плотности заряда в потоке увеличиваются и расталкивающие силы.

Вертикальная фокусировка сходящегося ионного потока в масс-спектрометре осуществляется за счет электроста тических сил, возникающих при подаче положительного потенциала на торцовые крышки анализатора относительно полого цигиндра. Напряжение источника 10 питания подбирается таким образом, чтобы достичь максимального значения тока коллектора, обеспечив минимальные потери ионов в ана лизаторе, что особенно важно при оп ределении малых концентраций примесей.

Возрастание расталкивающих сил по мере движения от источника ионов к коллектору дополнительно может быть скомпенсировано выполнением торцовых крышек в виде усеченных конусов, направленных вершинами к центру анализатора. Такая форма крышек обеспечивает увеличение фокусирующих электростатических сил при приближении к коллектору. Угол конуса подбирается таким образом, чтобы крайние ионы потока все время двигались в плоскости, перпендикулярной оси. Нулевые вертикальные скорости ионов позволяют при повышении величины пропускаемых токов добиться не только повышения чувствительности масс-спектрометра, но и сохранить его разрешающую способность.

Высокая технико-зкономическая эффективность масс-спектрометра характеризуется сочетанием широкого диапазона измерений по массам и высокой чувствительности, что обеспечивает возможность регистрации большого числа компонентов анализируемой газовой смеси. Проведенные эксперименты подтверждают увеличение чувствительности до ЗОЪ в предлагаемом масс-спектрометре по сравнению с известным при токе коллектора 10 А. Техническое решение позволяет создать простые приборы для газового анализа с порогом чувствительности вплоть до 10 %.

Формула изобретения

1. Магнетронный масс-спектрометр, содержащий размещенный между полюсами магнита анализатор масс, выполненный в виде полого цилиндра, закрытого с торцов крышками с центральными отверстиями, источник ускоряющего напряжения, стержневой коллектор ионов, укрепленный на оси анализатора, и источник ионов, расположенных снаружи анализатора, отличающийся тем, что, 801139

Составитель И. Некрасов

Редактор E. Лушникова Тех ед Ж.Кастелевич Корректор В.Синицая

Заказ 10 44/72 Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35 Ракискак каб., д. 445

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 с целью повышения чувствительности. цилиндр и крышки электрически изолированы друг от друга и подключены к клеммам соответственно отрицательной и положительной полярности дополнительного источника питания.

2. Магнетронный масс-спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что торцовые крышки анализатора выполнены в виде усеченных конусов, вершины которых направлены к центру анализатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3162760, кл. Н 01 3 39/40, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 393661, кл. G 0 1 N 27/62, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2450240/18-25, кл. Н 01 3 39/34, 1977.