ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Источник ионов из "Введение в масс-спектрометрию органических соединений" Современный масс-спектрометр состоит из источника ионов, анализатора, системы регистрации разделенных ионных пучков, системы введения исследуемого образца в источник (так называемая система напуска), а также механических и диффузионных насосов и электронных блоков управления прибором. Схема отечественного масс-спектрометра МХ-1303 приведена на рис. 7 [50]. [c.28] Источник ионоп служит для образования ионов из молекул анализируемого вещества и создания направленного пучка ионов. Ионы могут быть получены различными путями [39], однако чаще всего для исследования органических соединений используются ионные источники с электронной бомбардировкой. При этом предполагается, что объект исследования находится в газовой фазе при давлении около 10 Jчм рт. ст. Для большинства органических веществ это требование вполне выполнимо. Для изучения соединений с более низкой летучестью источник с электронной бомбардировкой используется в сочетании с вакуумной печью. [c.28] Исследуемое вещество в виде газа или пара поступает в ионизационную камеру по обогреваемой трубке напуска. На конце трубки, непосредствепио примыкающем к ионизационной камере, установлены диафрагма и термопара. Такое расположение напускной диафрагмы существенно снижает память масс-спектрометра, так как уменьшает влияние сорбционных процессов на поверхностях, находящихся между ионизационной камерой и напускной диафрагмой. [c.30] Наиболее известным и щироко используемым масс-спектрометром является прибор с магнитным отклонением. Разделение по массам осуществляется при прохождении пучка практически моноэнергетических ионов через область магнитного поля, силовые линии которого перпендикулярны траектории ионов. [c.31] Назначение регистрирующего устройства состоит в усилении ионных токов, соответствуюнигх определенным линиям в масс-спектре, н преобразовании их в сигнал, регистрируемый измерительным прибором или индикатором. Регистрирующее устройство включает усилитель ионного тока и собственно регистратор. [c.32] Как правило, масс-спектрометр работает при непрерывной откачке и постоянном натекании газа в прибор. В качестве примера рассмотрим вакуумную систему масс-спектрометра МХ-1303 (рис. 11). Высокий вакуум создается диффузионными парортутными насосами типа ДРН-10 производительностью 7—10 л1сек. Остаточное давление, достигаемое этими насосами при использовании ловушек с жидким азотом, составляет около 2-10 мм рт. ст. Один диффузионный насос используется для откачки источника ионов и прилегающей к нему части камеры анализатора. Остальная часть камеры анализатора и приемник ионов откачиваются другим диффузионным насосом. Дифференциальная система откачки позволяет значительно повысить давление анализируемого газа в источнике ионов, не повышая давления в камере анализатора, что увеличивает чувствительность масс-спектрометра без ухудигения его разрешающей способности. [c.35] Высоковакуумные ловушки, заполняемые жидким азотом, предотвращают попадание в камеру анализатора и в источник иоиов паров ртути из диффузионных насосов и одновременно увеличивают скорость откачки паров из системы. Высоковакуумные вентили, которые отсоединяют камеру анализатора от высоковакуумных ловушек, позволяют напускать атмосферный воздух в камеру анализатора и источник ионов без выключения и охлаждения диффузионных насосов (при смене источников иоиов, чистке камеры, смене катода и других операциях). Вентиль, отключающий фор-баллон от диффузионных насосов защищает насосы и ловушки от попадания загрязнений при прогреве форбал-лона. [c.35] Вгкуумная плотность соединений элементов вакуумной системы масс-спектрометра (кроме блока электрометрического каскада) обеспечивается применением уплотнений с прокладками из красной меди или алюминия и не нарушается при многократном прогреве системы до 300—350°С. [c.36] Для соблюдения условий молекулярного натекания при достаточной скорости газового потока используются круглые отверстия в тонкой диафрагме. Диаметр отверстий должен отвечать условию Х 0 (1 (где с — диаметр отверстия, X — средняя длина свободного пробега молекулы при данной температуре). Необходимое число отверстий определяется производительностью насосов, пропускной способностью вакуумных коммуникаций, а также минимальной адсорбционной памятью масс-спектрометра. [c.38] Применепие дисков из плавленной стеклянной крошки, покрытых галлием или индием, упрощает процесс введения и исключает промежуточный шлюз. При соприкосновении с поверхностью диска микропипетки заполняющий ее образец проникает в систему [58]. Усовершенствование микроиипеток и микробюреток привело к конструкциям пипетки с постоянным объемом, позволяющим ввести 1 10 з муг вещества с среднеквадратичным отклонением 1 10 мл. В ряде работ для введения более вязких веществ, наряду с дисками, покрытыми галлием, применялись специальные галлиевые и индиевые затворы [59]. [c.39] с помощью которого твердые либо жидкие образцы могут быть введены в систему напуска, нагретую приблизительно до 200° С, был описан Кольдекортом [60]. Менее летучие материалы могут быть введены в масс-спектрометры после нагревания в маленькой печи и испарения непосредственно в электронный пучок такая система применялась ири изучении качественного состава асфальтов [61]. Печка может находиться также и вне ионизационной камеры в этом случае работают с молекулярным пучком образца. Последняя система широко применялась для исследования металлов и других неорганических соединений и продуктов термического распада полимеров [62]. В работе [63] описана конструкция, обеспечиваюи ая непосредственный ввод анализируемого вещества в ионный источник. [c.39] Из всего, сказанного выше, вытекает необходимость тщательного подбора температурных условий съемки и откачки. Повышение температуры при съемке спектров, с одной стороны, увеличивает интенсивность пиков и уменьшает адсорбционные эффекты, а с другой стороны, при этом увеличивается вероятность разложения. Кроме того, увеличение температуры в источнике может весьма существенно изменить величины молекулярных и отчасти осколочных пиков. Поэтому при разработке метода анализа смесей температуру съемки целесообразно устанавливать на основании данных по наилучшей воспроизводимости спектров. В частности, при съемке масс-спектров высокомолекулярных фракций нефтей даже точная регулировка температуры не приводит к получению воспроизводимых измерений. Значительно лучшие результаты достигаются при ежедневной съемке части масс-спектра гексадекана и измерении отношения пиков ионов с массами 127 и 226 в качестве оптимальной принимают температуру, при которой обеспечивается воспроизводимость этого отношения с точностью не менее 1—2 отн.% [64]. [c.40] Система обеспечивает введение в источник газообразных, жидких и твердых продуктов, с упругостью пара не менее 0,5 мм при 300° С. Баллон и трубка напуска снабжены регулируемыми обогревателями, температура которых стабилизируется с точностью 5 град. Температура камеры ионного источника и коммуникации, ведущей к ней, поддерживается с точностью 3 град. [c.41] При анализе газообразных веществ производится измерение давления анализируемой смеси в малом объеме и последующий впуск ее в баллон папуска, давление в котором должно обеспечить молекулярное натекание газового потока в источник иоиов. [c.41] Очень часто перед исследователем стоит задача использования изотопного прибора для анализа органических соединений. Модификация такого прибора обычно сводится к со- данию блоков, обеспечивающих иенрерывную развертку масс-спектра в щнроком диапазоне массовых чисел, к созданию стабильного обогрева источника ионов и анализатора, а также разработке системы напуска газообразных и жидких продуктов. Авторы в течение многих лет использовали систему, изображенную на рис. 13. [c.43] Система состоит из двух частей, которые по мере необходимости подпаиваются к вводу в источник одна служит для введения газообразных продуктов, вторая — для испарения и введения жидких образцов. Откачка обоих систем производится форвакуумным и диффузионным насосами. Обе системы изготовлены из стекла. Натекатель /5 представляет собой платиновую фольгу с 4—5 отверстиями диаметром 10—15 мк, фольга впаяна в стеклянную трубку, которая соединяется через коваровый переход с источником. Намотка из стеклянной ткани со вшитой в нее нихромовой проволокой обеспечивает равномерный, регулируемый с помощью автотрансформаторов (ЛАТР) обогрев системы. Высоковакуумные вентили обогреваются специальными печами. Исследуемый образец в количестве 10—25 мг помещается в пробирку /2, которая присоединяется к системе. Пробирка охлаждается жидким азотом, откачивается до давления 10 —10 мм рт. ст. Через 3—4 мин откачка прекращается, насосы отсекаются от системы напуска, а исследуемый продукт испаряется в баллон напуска 14. [c.43] Непосредственно с вопросом введения в ионный источник образцов, обладающих различной летучестью, адсорбционной способностью и термической стабильностью, связана проблема, ец(е не нашедшая своего окончательного решения, проблема так называемой памяти масс-спектрометра. [c.43] В вакуумной системе масс-спектрометра обычно присутствуют остаточные газы. Основные причины их образования следующие газовыделение из раскаленного катода и материалов вакуумной системы, натекание воздуха вследствие недостаточной герметичности системы, химическое взаимодействие анализируемых веществ со стенками прибора и обратная диффузия в высоковакуумную область эвакуируемых газов и паров. [c.43] Вернуться к основной статье