ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Радиочастотные масс-анализаторы из "Масс-спектральные методы" Статический тип магнитного масс-анализатора требует наличия тяжелой и громоздкой магнитной системы. Потребности исследования газового состава верхних слоев атмосферы с помощью ракет дали толчок к развитию радиочастотного метода массового анализа, впервые предложенного Беннетом [Л. 1-5]. Радиочастотный метод основан на разделении ионов по дополнительным скоростям, которые получают ионы, попадающие в высокочастотное электрическое поле с последующей фильтрацией по максимальному приращению энергии. Применение радиочастотного метода резко снижает габариты и вес массового анализатора и уменьшает его сложность. Хотя радиочасготные масс-спектрометры пока являются единственными приборами, применяемыми при анализе верхних слоев атмосферы, их область применения является более широкой. В частности, радиочастотный масс-спектрометр применялся при определении абсолютного геологического возраста, а также в черной металлургии [Л. 1-6]. Описание отечественного радиочастотного масс-спектрометра дано в [Л. 1-7]. [c.20] Покинув первый трехсеточный каскад, ионы попадают в эквипотенциальное пространство дрейфа, в котором неоднородность ионов по энергиям проявляется в виде расслоения ионного пучка по плотности. Действительно, ионы, получившие положительное приращение скорости, уходят вперед, а заторможенные ионы отстают. Длина пространства дрейфа подобрана так, что ионы, покинувшие первый каскад разделения в определенной фазе, вступают в следующий идентичный трехсеточный каскад в той же самой фазе. Иными словами, время пролета ионов между каскадами равно целому числу периодов высокочастотного напряжения. Последовательное соединение каскадов применяется для повышения разрешающей способности. Применяется до пяти каскадов, разде- ленных пространствами дрейфа. [c.22] Таким образом, после прохождения последнего каскада ионный пучок содержит ионы разных энергий, причем наибольшую энергию имеют ионы, удовлетворяющие соотношению (1-5). [c.22] После ряда трехсеточных каскадов располагается потенциальный барьер, выполненный в виде задерживающей сетки, на которую подается положительный потенциал Пз такой величины, что его могут преодолеть лишь те ионы, которые получили максимальный прирост энергии в анализаторе. Ионы, прошедшие через задерживающую сетку, попадают на коллектор и регистрируются. Ионы, имеюш.ие меньтиие скорости, отталкиваются от по тенциального барьера и попадают на различные электроды дискриминирующей системы. Перед коллектором помещена сетка, на которую подан антидинатронный потенциал /7а.д. [c.22] В связи с тем, что скорость ионов в каждом трехсеточном каскаде несколько возрастает от высокочастотного потенциала, кроме указанных потенциалов к каждому трехсеточному каскаду подается дополнительное напряжение смещения [/см для обеспечения постоянства скорости регистрируемых ионов. [c.22] Согласно соотношению (1-5) массу ионов, попавших на коллектор, можно изменять с помощью изменения, ускоряющего потенциала или изменения частоты высокочастотного напряжения. Если смену масс на коллекторе осуществлять изменением ускоряющего напряжения, то имеет место линейная шкала масс. [c.22] Имеющаяся литература по разработке радиочастотных масс-спектрометров [Л. 1-8—1-14] дает представление о возможностях применения приборов подобного типа. Помимо основного применения этого типа спекгро-метра для анализа верхних слоев атмосферы, радиочастотные масс-спектрометры применялись для анализа состава газов на азотной фабрике [Л. 1-11], для определения абсолютного геологического возраста горных пород аргонным методом [Л. 1-12 и 1-13] и т. д. [c.23] Отечественный радиочастотный масс-спектрометр [Л. 1-7] МХ-6401 служит для анализа молекулярного и ионного состава атмосферы в диапазоне масс от 1 до 56 массовых единиц. В массовом анализаторе применены пять трехсеточных каскадов, разделенных пространствами дрейфа. Прибор разделен на два блока — блок анализатора и измерительный блок, что способствует высокой механической виброустойчивости. [c.23] Скорость развертки всего спектра, сек. [c.23] Малый вес комплекта не должен удивлять, так как при исследовании верхних слоев атмосферы не требуется вакуумной системы, поскольку анализируемый газ находится в условиях естественного низкого давления 10 - 10 мм рт. ст. [c.23] Разделение ионов по массам может быть достигнуто не только с помощью синусоидального электрического поля, но и с помощью поля, имеющего импульсный характер. При этом требуется значительное эквипотенциальное пространство дрейфа, в котором положительные ионы с определенной энергией двигаются по инерции. Поскольку моноэнергетические ионы вследствие различных масс будут обладать разными скоростями, то при фиксированной длине дрейфа ионы разных масс будут попадать на коллектор в разные моменты времени [Л. 1-16]. [c.24] наиболее легкие ионы, получившие наибольшие скорости, первыми достигнут коллектора и создадут импульс ионного тока в цепи коллектора. Затем, в порядке возрастания массовых чисел, в цепи коллектора возникает последовательный ряд импульсов, высота которых будет характеризовать относительное количество ионов различных масс. На рис. 1-11 дана схема время-пролет-ного масс-анализатора. [c.24] Массовый анализатор МА время-пролетного типа представляет собой прямую металлическую трубку, из которой откачивается воздух с помощью двухступенчатой системы откачки, состоящей из форвакуумного механического насоса, диффузионного ртутного или паромасляного насоса и вакуумной ловушки. Металлическая трубка, фиксирующая пространство дрейфа, является экраном для внешних электростатических и магнитных полей. На одном конце анализатора находится ионный источник ИИ, на другом — ионный приемник ИП. [c.24] Как видно из описания прибора, время-пролетный принцип не требует наличия магнитов и тщательной юстировки. Одним из преимуществ время-пролетного принципа является быстрота получения масс-опектра — несколько микросекунд. Это позволяет построить прибор для исследования быстро протекающих процессов, например при фотохимических реакциях [Л. 1-17]. Разумеется, в этом случае индикация должна производиться с помощью электронно-лучевой трубки [Л. 1-18]. [c.27] В качестве примера промышленного прибора время-пролетного типа можно привести масс-спектрометр МХ-5201, разработанный в СКВ аналитического приборостроения АН СССР [Л. 1-19]. При конструировании прибора использовались материалы разработки подобного анализатора в Ленинградском физико-техническом институте 1Л. 1-20]. Прибор предназначен для промышленного анализа газовых смесей и снабжен устройствами, позволяющими осуществлять непрерывную запись всего масс-спектра или периодическую запись шести любых заранее выбранных пиков масс-спектра. [c.27] Измерительная часть прибора состоит из ряда блоков, служащих для питания электродов анализатора, усиления ионного тока, регистрации масс-спектра, измерения вакуума и блокировки электрических цепей, а также сигнализации при выходе прибора из нормального режима. В соответствии с назначением измерительная часть содержит электронные стабилизаторы напряжения, импульсные устройства, усилитель постоянного тока, вакуумметры и электронный самопишущий потенциометр. [c.28] Чувствительность, измеренная по изотопам ар гона, о/о. [c.28] Потребляемая мощность, кеа. [c.28] Расход воды, л(мин. [c.28] Принцип масс-спектрометрии является универсальным для измерения парциальных давлений, поскольку для основных составляющих остаточных газов Нг, N2, О2, СО, СО2 и др. имеются отдельные массовые пики, каждый из которых является мерой парциального давления соответствующего компонента. В то же время использование масс-спектральных анализаторов в качестве манометров парциальных давлений предъявляет к ним специфические требования, а именно 1) малые габариты, в частности возможность помещения внутрь исследуемой вакуумной системы, б) возможность прогрева под вакуумом вместе с исследуемой вакуумной системой, в) повыщенная чувствительность, г) умеренная разрешающая способность, д) умеренная стоимость. [c.29] Вернуться к основной статье