Масс-спектрометры с секторным полем

Метод измерения масс с использованием масс-спектрометра с простой фокусировкой в основном аналогичен методу Нира масса неизвестного иона сравнивается с массой иона известного состава путем изменения ускоряющего напряжения при постоянном магнитном поле измеряются два напряжения, при которых появляются соответствующие пики. Однако в приборах с простой фокусировкой наиболее точные измерения должны быть ограничены молекулярными ионами, которые образуются в ионизационной камере без значительной кинетической энергии. Поскольку в масс-спектрометрах секторного типа нет фокусировки по скоростям, то ионы с начальной кинетической энергией, входящие в анализатор, будут двигаться по кривой большего радиуса, чем такие же ионы, но не обладающие кинетической энергией, и, следовательно, первые будут регистрироваться, как имеющие большую массу. [c.55]

Для уменьшения влияния магнитного поля на ионы в ионном источнике и коллекторе ионов широко используют масс-спектрометры секторного типа. В этих приборах магнитное поле создается между полюсными башмаками секторной формы, которые могут иметь любой секторный угол. В приборе Демпстера этот угол составляет 180°. На практике часто используется секторный угол, равный 90° (рис. 1.7). Было показано, что если расходящийся пучок ионов входит и выходит из однородного магнитного поля перпендикулярно к его границам, то он фокусируется на прямой, проходящей через выходную щель ионного источника и центр кривизны траекторий ионов, который совпадает с вершиной сектора. На рис. 1.7 показана фокусировка по направлению. Разрешающая способность не зависит от секторного угла. В секторных спектрометрах уменьшены размеры магнита и ионный источник и коллектор вынесены из магнитного поля. Правда, это приводит к увеличению пути ионов, что обусловливает эффекты рассея 1ия иона на этом пути. Масса магнита пропорциональна г . Поэтому с секторным магнитом можно достигнуть значительного разрешения при меньшей массе магнита. [c.31]

Рис. 515 Масс-спектрометр секторным магнитным полем, применяемый для измерения парциальных давлений-.

Рис. 5.37. Схема электронно-ударного масс-спектрометра с 60-градусным секторный полем масс-анализатора.

Метастабильные ионы могут регистрироваться отдельно в магнитных секторных приборах с двойной фокусировкой при специальных режимах сканирования Например, согласованное изменение магнитного и электрического полей, поддерживающее постоянное отношение между током магнита и напряжением электростатического анализатора BjE сканирование) используется для регистрации дочерних ионов, образующихся из выбранных ионов предшественников, в масс спектрометрах с двой- [c.49]

Серийный тип [1717] масс-спектрометра с циклоидальной фокусировкой уже существует. При изготовлении этого масс-спектрометра удалось, несмотря на меньшие размеры, чем у приборов секторного типа, обеспечить достаточную разрешающую силу и чувствительность. Как показали Робинсон и Холл, в любом масс-спектрометре, в котором ионный пучок отклоняется магнитным полем, энергия иона пропорциональна квадрату радиуса кривизны его траектории. Таким образом, ионы в малогабаритном масс-спектрометре с магнитным отклонением обязательно обладают малыми энергиями, и поэтому колебания величины энергии в таком масс-спектрометре, вызванные, например, тепловым распределением, начинают играть более важную роль. По этой причине при уменьшении масштаба прибора особенно целесообразно иметь прибор с совер- [c.31]

Источники с электронной бомбардировкой, используемые обычно на секторных масс-спектрометрах, снабжены, как правило, вспомогательным магнитом источника , магнитное поле которого, ориентированное по направлению электронного пучка, составляет несколько сот эрстед. Был сконструирован ряд источников без этого магнитного поля [216, 360, 361], однако до сих пор источники с вспомогательным магнитом имеются почти во всех аналитических, приборах, так как наличие магнита обеспечивает образование в источнике ионов на эквипотенциальной поверхности и улучшает разрешение и чувствительность. Общепринято мнение, что работа с подобным магнитным полем вводит нежелательную дискриминацию по массам, однако до сих пор не была проверена возможность включения влияния этого поля при вычислении дискриминации, возникающей в источнике. Инграм [1012] установил, что дискриминация масс, вызванная указанным выше фактором, не изменяется, если отношение этого поля к полю основного магнита поддерживается постоянным,. В этих условиях сравнительные измерения могут быть проведены с удовлетворительной точностью. Однако изменение траектории электронов, связанное с изменением поля источника, вызывает изменение траектории положительных ионов, что приводит к меняющейся дискриминации. Поэтому единственным путем устранения одной из причин дискриминации по массам может быть лишь исключение этого поля. Изменение электростатического ускоряющего или магнитного полей приводит к изменению поля внутри ионизационной камеры, однако эти колебания могут быть сведены к минимуму при тщательном расчете прибора. Было показано [1068], что колебания магнитного или электростатического полей в ионизационной камере приводят, благодаря смещению электронного пучка, к незначительным систематическим ошибкам при измерении относительного содержания различных ионов. Из-за смещения электронного пучка и изменения условий образования объемного заряда [108] в источнике ионы образуются в различных точках, что обусловливает дискриминацию,. [c.76]

Был описан также масс-спектрометр для анализа лития путем испарения нитрата лития методом поверхностной ионизации [168]. Прибор представляет собой три Y-образные конструкции, расположенные под углом 120° одна к другой. Две из них представляют собой ионные источники, третий — коллекторную систему. Каждый из источников и коллектор образуют 60-градусный секторный масс-спектрометр, и путем обращения магнитного поля каждый из источников может быть включен в работу. Источники снабжены запорными вентилями, обеспечивающими возможность вскрытия источника без повышения давления до атмосферного в анализаторной трубке. Использование двух источников уменьшает время откачки, и анализ может проводиться непрерывно со скоростью 3 образца в час. [c.127]

Приведенный выше механизм не может объяснить отрицательные пики, встречающиеся в 60- и 90-градусных спектрометрах секторного типа, в которых влияние магнитного поля на область коллектора незначительно. В частности, весьма сомнительно существование отрицательных пиков в масс-спектре неона, хотя при выбивании неоном молекул, адсорбированных на поверхности, могут [c.207]

В общем случае диссоциация может происходить в любом месте между ионным источником и коллектором, и, следовательно, при переходе может освобождаться внутренняя энергия поэтому условия процесса будут значительно более сложными, чем указывалось в приведенных выше уравнениях, так как многие ионы не могут быть зарегистрированы. Очень малые количества освобождающейся внутренней энергии при больших значениях (V — У1) будут вызывать сильную дискриминацию образующихся ионов и препятствовать их прохождению через входную щель масс-спектрометра в конце области ускоряющего поля. Благодаря фокусирующим свойствам секторного магнитного поля ионы, претерпевающие разложение около входной щели, могут быть зарегистрированы при массовых числах, определяемых выражением [c.259]

Метод изучения распределения кинетической энергии, примененный Инграмом и Стентоном [1017, 1920], использует 90-градусный электростатический анализатор, изолированный от магнитного анализатора и находящийся по отношению к нему под высоким потенциалом. Типичная картина распределения кинетической энергии для некоторых ионов в масс-спектре пропана приведена на рис. 125. Как было упомянуто в гл. 1, масс-спектрометр с простой фокусировкой и секторным магнитным полем, обычно используемый для анализа органических соединений, образует не масс-спектр, а спектр импульсов ионов, которые входят в магнитный анализатор. Поэтому оценка кинетической энергии образующихся ионов может быть получена из разности между ускоряющим напряжением (при котором регистрируется пик исследуемых ионов [c.291]

Прибор представляет масс-спектрометр с секторным (60°) магнитным полем. Труба масс-спектрометра изготовлена из стекла и покрыта изнутри [c.234]

Для масс-спектрометра с секторным магнитным полем и радиусом центральной траектории пучка ионов г разрешающая способность т/Ат равна [c.28]

Алексеевский и сотрудники [1] построили масс-снектрометры, в которых п варьировало от 0,8 до 0,91 полученная разрешающая способность была близка к теоретическому пределу. Форма полей в 180°-ных секторных масс-спектрометрах Алексеевского соответствовала уравнению (1) была получена фокусировка первого порядка по направлениям. [c.47]

Оптические свойства магнитного и электрического секторных полей обеспечивают так называемую фокусировку первого порядка по направлению (а). Если при этом положение изобран ения линии спектра, кроме того, не зависит в нервом приближении от вариаций в скоростях ионов (Р), то прибор, как говорят, имеет двойную фокусировку. Точно так же, как в оптике, все ахроматические линзы делаются из двух различных стекол, так и все масс-спектрометры с двойной фокусировкой имеют электрическое и магнитное поля. Сугцествует много различных способов комбинирования магнитного и электрического полей в простейшей из этих комбинаций магнитное поле следует за электрическим (секторный масс-спектрометр типа тандем ). В этом случае изображение щели источника ионов, образованное первым секторным полем, является объектом изображения для второго. Однако в любом случае разделение ионов по массам происходит только в магнитном поле. Введение электрического поля лишь улучшает фокусировку изображения, устраняя скоростные аберрации первого порядка в ряде случаев и аберрации второго порядка также могут быть сведены к нулю [4, 5, 6 . Вторым способом достичь двойной фокусировки является пространственное совмещение электрических и магнитных полей (масс-спектрометр с совмещенными полями) [7]. Третьим способом является сочетание наложенных однородных электрического и магнитного полей с объектом и изображением внутри поля траектории ионов в таком приборе представляют циклоиды (циклоидальный масс-спектрометр с совмещенными полями) [8]. Однако пока нет универсального прибора с двойной фокусировкой, пригодного для любых применений. [c.56]

Рис. 1. Геометрия масс-спектрометра. Сектор с углом Ф представляет собой либо сектор совмещенных полей, либо одно из секторных полой прибора типа тандем . i — плоскость объекта 2 — плоскость изображения.

В случае, когда А Ф О, необходимо ограничить величины а и Р, чтобы угловые и скоростные аберрации были незначительными. В масс-спектрометре типа тандем это обычно достигается тем, что между источником ионов и электрическим секторным полем помещают а-апертурную щель, а между электрическим и магнитным секторными полями — р-апертурную щель. В приборе Маттауха—Герцога [15, 18] р-апертура не ограничивает величину р независимо от а, но устанавливает соотношение между аир. Соотношение между а и р для масс-спектрометра типа тандем рассмотрено Робинсоном [19]. [c.60]

МАСС-СПЕКТРОМЕТР С СОВМЕЩЕННЫМИ СЕКТОРНЫМИ ПОЛЯМИ [c.62]

Рис. 3. Общий вид масс-спектрометра с совмещенными секторными полями.

Рис. 4. Поперечное сечение анализатора масс-спектрометра с совмещенными секторными полями пластины электрического поля расположены внутри вакуумной камеры. Пунктиром показана область, занимаемая пучком ионов.

Описанный выше источник ионов был испытан на масс-спектрометре с секторным магнитным полем 90°-ного типа, описанным ранее в работе [8]. Питание электродов постоянным напряжением осуществлялось от батарей. Для измерения малых ионных токов до 10 а был использован электрометр с динамическим конденсатором. [c.474]

В 1933 г. Барбером [121] и более детально Стефенсом [1929, 1930] было показано, что действие линзы при 180-градусном отклонении в однородном магнитном поле является частным случаем фокусирующего действия любого клинообразного магнитного поля. Если центр кривой ионного пучка, проходящего через магнитное поле, совпадает с вершиной клина, т. е. пучок ионов входит и выходит из поля под прямым углом к его границе, и если пучок однороден по массе и энергии, то он фокусируется на линии, соединяющей точку образования ионов и вершину клинообразного магнитного поля, как это показано на рис. 4. Отношение дисперсии по массам к уширению изображения, вызываемому несовершенством фокусировки, достигает максимума при sin 6 = = 2sin ф, следовательно, теоретически максимальное разрешение достигается при этом асимметрическом построении. Однако ожидаемое улучшение незначительно и не компенсирует трудности, связанные с установкой масс-спектрометрической трубки и увеличением траектории ионов. Поэтому обычно используют симметричные приборы с простой фокусировкой. Теоретическая характеристика симметричного прибора не зависит от угла сектора прибор Демпстера представляет особый случай, когда секторный угол равен 180°. В течение ряда лет после выхода статей Барбера и Стефенса масс-спектрометры секторного типа не конструировались (хотя 60-градусные секторные магнитные поля использовались в масс-спектрографах с двойной фокусировкой [112]) и продолжалось использование 180-градусных приборов [1490, 1491, 1762]. [c.21]

Как указывалось выше, увеличение интенсивности пика с росто.м ускоряющего напряжения является характерной осо бенностью всех масс-спектрометров секторного типа (магнитное поле подбирается в соответствии с каждым значеяие.м ускоряющего напряжения). Во многих случаях этот так называемый вольт-эффект оказывается больше, чем предсказано Коггесхоллом. Величина отношения Кг /Кг равна лишь 0,87 от значения, полученного при использовании магнитной развертки [79]. [c.142]

В одном из известных методов определения молекулярного веса с помощью масс-спектрометра с одной фокусировкой магнитное поле прибора поддерживают постоянным, а соответствующие ионные пучки фокусируют, изменяя потенциал отталкивающей пластины. В идеальном случае масса иона, сфокусированного на коллекторе, обратно пропорциональна ускоряющему ионы потенциалу, т. е. Мп е) [а 1Уг , где Мп — масса иона единичного электронного заряда, аУп — ускоряющий ионы потенциал. В соответствии с этим = VЕсли величины ускоряющих" потенциалов 1 и Уг могут быть точно измерены, а величина М1 точно известна, то М2 удается определить с большой точностью. Однако на практике при использовании обычных масс-спектрометров с одной фокусировкой проблема, как правило, значительно усложняется, в основном вследствие существования других потенциалов в ионном источнике, необходимых для фокусирования ионного пучка и формирования ионов в трубку. В общем указанные потенциалы не претерпевают равномерных изменений при варьировании ионизационного потенциала, поэтому описанные выше простые измерения становятся недостаточно точными. Эту трудность удается преодолеть путем выведения всех небольших градиентов потенциала из ионного источника, как это делается при точных измерениях ионизационного потенциала [102]. Однако это сопряжено с понижением чувствительности прибора, так что исследуемый ионный пучок удается обнаружить лишь с трудом. Кроме того, для многих соединений высокого молекулярного веса напряжения, ускоряющие ионы, должны быть по возможности малыми. В некоторых случаях также понижается чувствительность секторных приборов при низких ускоряющих потенциалах, что в сочетании с указанным выше эффектом часто мешает использованию рассматриваемого метода. [c.12]

Для качественного н количественного анализа в ХМС важна возмож ность быстрого переключения пиков В масс спектрометрах с секторным маг Яитным полем переключение пиков может осуществляться в пределах [c.17]

Вместо непрерывного сканирования масс спектрометр может ступенчато переключаться под управлением ЭВМ непосредст венно с одной номинальной массы на другую [77] Преиму ществом этого метода является то что система обработки дан ных может быть установлена на интегрирование сигнала в течение времени, необходимого для получения достаточно хоро шего отношения сигнал/шум для каждого пика Кроме того, время сканирования не тратится на интервалы между пиками Наиболее плодотворным применением таких ступенчатых систем в ХМС является количественное определение анализи руемых соединений с высокой чувствительностью путем цикли ческого ступенчатого перехода между ограниченным числом выбранных ионов (селективное многоионное детектирование) [78] Весь цикл занимает О 5—1 с В приборах с магнитным секторным анализатором многоионное детектирование обычно осуществляется переключением ускоряющего напряжения, хотя в современных приборах оно может осуществляться и переклю чением магнитного поля [79] Квадрупольные масс фильтры более удобны для многоионного детектирования благодаря легкости переключения небольших напряжений на стержнях для пропускания ионов с разными массами [c.49]

В то время как проводились усовершенствования секторных приборов, развивались и другие методы анализа пучков положительных ионов. Интересный метод отбора определенных типов положительных ионов по их скорости был впервые применен в масс-спектрометре Блэкни [219, 1536, 2199]. Пучок ионов с постоянной энергией вводится в скрещенные электростатическое и магнитное поля под прямым углом к обоим полям. На ионы действуют две противоположно направленные силы. Так как напряженность магнитного поля пропорциональна скорости ионов, а для электростатического поля такая зависи- [c.23]

Блирс и Меттрик [227] детально исследовали причины хроматической и сферической аберрации в масс-спектрометре с простой фокусировкой и с секторным магнитным полем и определили долю участия каждой аберрации в общей ширине пучка. Они нашли, что основная аберрация, вызывающая [c.64]

В приборах, имеющих 180-градусный магнитный сектор, ионный источник расположен в области магнитного поля, но в 90-градусных приборах поле должно создаваться вспомогательным магнитом. Наличие такого поля [1681, 2034] вызывает дискриминацию изотопных ионов (гл. 3) особенно в тех случаях, когда вспомогательное магнитное поле не изменяется в соответствии с главным магнитным полем [386]. Ионизационная камера изготавливается из немагнитных материалов, чтобы исключить искажение магнитного поля в области ионизации. Несмотря на то, что были описаны приборы с секторным магнитным полем, в которых источник находится вне магнитного поля, их использованию для анализов препятствует недостаточная чувствительность, вызванная отсутствием такого поля [216, 360, 361]. Чувствительность ионного источника с электронной бомбардировкой (например, в масс-спектрометрах типа MS-8 фирмы Metropolitan-Vi kers как функция выталкивающего напряжения, измеряемого относительно стенок ионизационной камеры) изображена на рис. 33. Для небольших количеств образца на графике наблюдаются два максимума, соответствующие выталкивающему напряжению — 2 б и +3- —1-5 в в зависимости от метода настройки. [c.117]

В некоторых случаях целесообразно применять катодный осциллограф. Группы пиков непрерывно воспроизводятся на экране катодно-лучевой трубки при этом можно непосредственно наблюдать изменение высоты одного пика по отношению к другому. Для того чтобы записать выбранный участок масс-спектра, полученного, например, на масс-спектрометре с секторным магнитным полем, необходимо изменить ускоряющее напряжение (или магнитное поле) (1166, 2072], причем развертка спектра должна осуществляться синхронно с разверткой катодного осциллографа. Количество регистрируемых пиков легко может быть установлено изменением амплитуды развертки. При наличии экрана с послесвечением может быть использована очень медленная частота развертки (ниже /зо гц). При этом сохраняются преимущества непрерывного наблюдения. Чувствительность усилителя вертикального отклонения катодного осциллографа ограничена скоростью развертки спектра, которая определяет необходимую полосу частот. Она также зависит от количества пиков, находящихся на развертываемом участке. Форрестеру и Уолл и [667] удалось достичь высокой чувствительности (с отклонением 1 см при токе 5-10" - а при величине фона 1 мм) каждый массовый пик развертывался в течение 0,3 сек. [c.228]

Промышленностью выпускаются различные масс-спектрометрические течеискатели. Многие приборы, используемые для этой работы, относятся к конструкции с секторным магнитным полем [331, 1500, 1593, 1959, 2013, 2192], другие — к приборам с циклоидальной фокусировкой [1590], ионнорезонансным [157, 158], радиочастотным [1438, 2075] или время-пролетным . Масс-спектрометр может обнаруживать гелий в атмосфере в количестве менее п-10 % [726], однако нелегко сопоставить эту цифру с минимальной величиной обнаруживаемой течи, особенно в тех случаях, когда исследуемая система непрерывно откачивается. Так же как и в других методах обнаружения течи, упомянутых выше, эта величина будет зависеть от скорости откачки а также других факторов, например времени, в течение которого течь в вакуум- [c.495]

В докладе наряду с обсуждением этих факторов сравниваются результаты, полученные на трех масс-спектрометрах с двойной фокусировкой а) 60°-ном секторном масс-спектрометре с цилиндрическим конденсатором, помещенным в магнитное поле, с радиусом сектора 305 мм б) циклоидальном масс-спектрометре с фокусным расстоянием, равным 155 и.и в) сдвоенном масс-спектрометре ( тапдем ) с 90°-ным электрическим секторным полем радиуса 305 мм и следующим за ним 60°-ным секторным магнитным полем радиуса 254 мм. [c.55]

Как для масс-спектрометров типа тандем , так и для приборов с совмещенными секторными полями существенное значение имеют аберрации второго порядка, обусловленные кривизной изображения, вызванной краевым магнитным нолем. Этот эффект был рассмотрен в работе Берри [20]. Например, если предположить, что ионы движутся по траекториям, параллельным средней плоскости, то для простого симметричного магнитного секторного поля величина аберрации из-за кривизны изображения определяется выражением х = —2Цгщ, где Z — максимальное расстояние собираемых ионов от средне плоскости. Для Z = 0,75 мм и =254 мм величина х равна 2,5-10 мм. Интересно отметить, что эта аберрация отсутствует в приборе Маттауха — Герцога [15]. [c.60]

Эксперименты проводились на масс-спектрометре с 90°-ным секторным магнитным полем, общий вид которого показан на рис. 1. Вакуумная оболочка трубы масс-спектрометра была изготовлена из нержавеющей стали типа 304. Ионный источник имел электронную пушку, работающую по методу РЗП [1]. Ионная оптика была несколько изменена по сравнению с оптикой, использованной Ниром [8]. Все электрические вводы были выведены наружу через 16 вакуумных уплотнений в конце трубы. Так как источник масс-спектрометра находился при потенциале земли, а анализатор иод высоким напряжением [9], то среди 16 вакуумных вводов не было высоковольтных. Высокое напряжение подавали непосредственно на вакуумную оболочку анализатора. Ионный источник нривипчивали к секции анализатора вакуумной прокладкой служила золотая проволока. Труба анализатора была изолирована от земли керамическими изоляторами, показанными на рис. 1. Газ мог вводиться непосредственно в ионизационную камеру через специальный натекатель. Дифференциальная откачка обеспечивала перепад давлений между областями источника и анализатора в 10 ч- 20 раз. [c.391]

В настоящей работе использовался масс-спектрометр с 90°-ным секторным магнитным полем и радиусом кривизны траектории ионов 12,5 см. Электронный пучок коллимировался небольшим постоянным магнитом с напряжеппостью поля 200 гс. Катод и электронная пушка питались только от батарей. Напряжение на выталкивающем ионы электроде было около 2 б, а па коллекторе электронов - -10 в по отношению к ионизационной камере. Это снижало попадание в камеру со стороны коллектора отраженных и вторичных электронов. Обычно использовали ток электронов 3—5 мка. Для измерения ионного тока служила обычная электрометрическая схема с самописцем на выходе, которая позволяла измерять сигналы до 10 а. При работе в масс-спектрометр напускали смесь (1 1) исследуемого газа и 8Гб. Рабочее давление в приборе было таким, что линейная связь тока положительных ионов и давления хорошо выполнялась. [c.453]

Масс-спектрометр для одновременного наблюдения ионов с массами 2 и 3, в котором используется двойной ко.плектор ионов, был сконструирован Чателем под руководством Нифа. Прибор представляет собой обычный масс-спектрометр с 60-градусным секторным магнитным полем и средним радиусом кривизны траектории ионов, равным 5 сл1. Здесь будут описаны только характерные особенности этого прибора. [c.504]

Десорбцию измеряли на масс-спектрометре, что позволяло следить за изменением концентрации индивидуальных компонентов даже нри переменном фоновом давлении. Использовали 90%-ный секторный прибор (радиусом 10 см) и ионный источник тина Нира. Главное магнитное поле создавалось постоянным магнитом. Требования, предъявляемые к масс-спектрометру, которые являются в пастояш,ее время стандартными, состояли в следующем а) разделение до массы 80 б) высокая чувствительность, такая, чтобы можно было заметить изменение давления на 0 мм рт. ст. в) постоянство чувствительности лучше 5% в течение опыта (1 час). Общее давленгю в системе измерялось стандартным ионизационным манометром с горячим катодом, который использовался для проверки чувствительности масс-спектрометра. [c.535]

А38. Wal her W., Влияние нространствениого заряда на фокусирующие свойства магнитных секторных полей. (Теория Герцога расширена путем учета влияния объемного заряда. Исходя из теории обсуждается конструкция масс-спектрометра о большой плотностью тока для разделения изотопов.) Z. Phys., 121, 719-728 (194.3). [c.577]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология