Циклотронная частота и масса

Спектрометр ИЦР, выпускаемый в настоящее время промышленностью, представляет собой по существу масс-спектрометр, в котором используется метод регистрации сигнала спектрометров магнитного резонанса. Как и в масс-спектроскопии, в этом методе генерируется положительный ион с массой т и зарядом е. В однородном магнитном поле Н этот ион ускоряется и движется по круговой орбите, плоскость которой перпендикулярна направлению магнитного поля. Движение иона по этой орбите описывается циклотронной частотой выражаемой как [c.329]

Циклотронная частота и масса [c.334]

Масс-анализатор ИЦР, называемый также масс-спектрометр с преобразованием Фурье (МС-ПФ), в последнее время находит все большее применение для аналитических целей [16, 22, 60]. Основным элементом спектрометра ИЦР (с наличием или без Ф)фье-приставки) является прямоугольная шестиэлектродная ячейка со стороной, равной нескольким сантиметрам, внутри которой создается высокий вакуум и сильное магнитное поле (рис. 7.14). В ней производится ионизация исследуемых молекул импульсным пучком электронов (в течение 1-5 мс) или другим методом. Образовавшиеся ионы движутся в магнитном поле по циклическим траекториям с так называемой циклотронной частотой со , определяемой указанным соотношением (7.13). Ионы удерживаются в ячейке с помощью потенциальной ямы, образованной наложением положительного напряжения 1,0 В) на боковые пластины и отрицательного напряжения (== -0,5 В) на верхнюю, нижнюю и две торцевые пластины. Разделение по массам достигается в результате подачи переменного радиочастотного поля с частотой оз на верхнюю и нижнюю пластины. Если частота электрического поля совпадает с циклотронной частотой (со/ = сом), то ионы будут поглощать энергию и их скорость и радиус траектории увеличатся. Все ионы с отношением М е будут циркулировать в фазе с радиочастотным возбуждением. Энергию, поглощаемую ионами в резонансе, измеряют с помощью специальной схемы. Однако схема работает только при частоте выше 75 кГц, что ограничивает анализ ионов с большими массовыми числами. [c.858]

В усовершенствованном методе (с приставкой Фурье) проводится быстрое сканирование в пределах всего интересующего диапазона частот (20 кГц до 10 МГц при В = 1-2 Тл) за 1 мс. Это заставляет все ионы в заданном диапазоне массовых чисел циркулировать в фазе, т.е. поглощать энергию, когда их циклотронная частота совпадает с радиочастотой. Как результат такого поглощения энергии при резонансах на верхней и нижней пластинах ячейки индуцируется импульсный ток, который можно регистрировать, предварительно усилив его электронным усилителем. Величины сигналов обусловлены количеством ионов данной конкретной массы, находящихся в ячейке, циклотронная частота которых совпадает с радиочастотным электрическим полем. Полученные в результате сигналы в измеряемом промежутке представляют собой совокупность импульсов от ионов всех анализируемых масс и, следовательно, содержат всю информацию об образце, которую дает МС рассматриваемого типа. С помощью специального преобразования можно перейти от полученной временной зависимости величин импульсов за определенный отрезок времени к зависимости их ох частоты, которая непосредственно связана с массами ионов. В результате такого преобразования получается традиционный масс-спектр анализируемых ионов. Сама процедура перехода к масс-спектрам называется преобразованием Фурье. В МС-ПФ достигнуто рекордное для масс-спектрометрии разрешение 250000-280000 и более [22], Как следз ет из соотношения (7.13), в МС-ПФ не надо калиброваться по массам с помощью стандартов, т.к. этот метод дает точное значение масс анализируемых ионов. [c.858]

Изменение магнитного и электрического полей обеспечивает движение ионов по циклоидальной траектории]. Детектирующее устройство спектрометра воздействует на ион переменным радиочастотным электрическим полем в плоскости циклотрона, и, когда фаза и частота этого поля совпадают с фазой и циклотронной частотой иона, детектор регистрирует резонансное поглощение энергии ионом, приводящее к увеличению его кинетической энергии. Обычно частота радиочастотного поля фиксирована, так что напряженность магнитного поля, при которой появляется пик, характеризует массу иона. Для типичной частоты 307 кГц пик N2" (масса 28) появляется при 5600 Э легко анализируются частицы с массами до 200 ат. ед. [c.350]

В аналитическом обзоре [4] рассмотрены результаты работ по плазменному методу разделения изотопов урана, основанному па использовании ионного циклотронного резонанса. Метод основан на различии ионно-циклотронных частот изотопов урана. В однородном магнитном поле частота обращения иона по круговой орбите (ионная циклотронная частота) зависит от массы иона и напряженности магнитного поля, причем радиус орбит зависит от энергии иона. Ионные циклотронные частоты изотопов 11-235 и 11-238 различаются примерно на 1 %. Если направить в плазму электромагнитное излучение, частота которого совпадает с ионной циклотронной частотой иона 11-235, то оно будет поглощаться только этими ионами тогда энергия ионов будет возрастать, радиус их орбиты увеличится, так что в результате произойдет пространственное разделение орбит ионов 11-235 и 11-238, и каждый из этих изотопов может быть собран на соответственно расположенных коллекторах. Этот метод может обеспечить высокое обогащение по изотопу 11-235 па одной ступени. [c.472]

Различные типы масс-спектрометрии отличаются друг от друга не способом ионизации исследуемого вещества (здесь применяется, как правило, в техническом отношении самый простой метод электронного удара), а устройством анализатора. Было предположено несколько систем, в которых ионные пучки подвергаются действию импульсных или радиочастотных электрических полей [104]. Большую популярность приобрел циклотронно-резонансный масс-спектрометр. В этом приборе ионы попадают в ловушку, в которой движутся в однородном магнитном поле по циклоидам с определенной частотой. При совпадении этой частоты с частотой переменного электрического поля (приложенного перпендикулярно к магнитному полю) ионы поглощают электромагнитную энергию, что и регистрируется прибором. Поскольку поглощение носит резонансный характер, масс-спектрометр получил приведенное выше название, а сам метод, связанный с его применением, — циклотронно-резонансной [c.257]

Разделение по массам достигается в результате подачи переменного радиочастотного поля с частотой М1 через верхнюю и нижнюю пластины. Если подобрать частоту, способную быть в резонансе с циклотронной частотой ((01 = (0с), то ионы будут поглощать энергию, и их скорость и радиус траектории увеличатся (рис. 22-15, б). Все ионы с данным отношением т/г будут циркулировать в фазе с радиочастотным возбуждением. Если содержащиеся ионы различаются по массе, то условиям резонанса будут соответствовать только такие ионы. [c.467]

Таким образом, на коллекторе происходит разделение кластеров по соотношению т/е. В цикло-тронно-резонансном масс-спектрометре заряженная частица движется по кругу в однородном магнитном поле, причем циклотронная частота ш = 1 кЦ = еВ/т не зависит от скорости заряженной частицы. Прикладывая радиочастотный им- [c.24]

Следует заметить, что в МС ионно-циклотронного резонанса нет ни ВЭУ, ни коллектора Фарадея, и регистрация ионов осуществляется по величине тока, который идет на увеличение энергии ионов той или иной массы при резонансной частоте переменного напряжения, приложенного к пластинам ячейки анализатора. [c.859]

Под влиянием пересекающихся магнитного и электрического полей ионы описывают циклоидальную траекторию с частотой (1)с=еУ/т и имеют скорость направленного движения и = У1Н, где V — напряжение электрического поля, Н — напряженность магнитного поля, т — масса иона, е — заряд иона (рис. 5.18). Положительные и отрицательные ионы подчиняются одним и тем же законам и различаются только направлением вращения, В спектроскопии ион-циклотронного резонанса ионы образуются в открытом ионном источнике (не имеющем выходных щелей) и затем под действием пересекающихся электрического и магнитного полей перемещаются через анали- [c.216]

Масс-спектр можно регистрировать, измеряя потерю энергии облучающего поля при каждой ион-циклотрон-ной резонансной частоте, а также контролируя полный ионный ток при высоких значениях напряженности поля. В последнем случае в условиях резонанса ион попадает на стенки анализатора, не достигая коллектора, и поэтому наблюдается уменьшение полного ионного тока. Такие изменения полного ионного тока для каждого значения т/е и дают масс-спектр. [c.222]

Таким образом, для данного типа ионов период и частота зависят только от индукции магнитного поля и массы ионов. В связи с тем, что ионы из ионного источника вылетают под различными углами к магнитному полю, их траектория имеет форму цилиндрической спирали (рис. 1.12). Это увеличивает время движения иона Б анализаторе до 5... 10 мс, в то время как при движении по прямой это составляло бы доли микросекунды. Если теперь приложить переменное электрическое поле перпендикулярно магнитному полю, то на частотах со = а)с будет происходить поглощение энергии, так как будет иметь место циклотронный эффект ускорения движения иона с раскручиванием спирали. Функция поглощения энергии от частоты дает масс-спектр. [c.35]

Поэтому циклотрон может служить в качестве масс-спектрографа. Масса каждого из изотопов вычисляется при этом по напряжению магнитного поля и частоте электрического, обеспечивающим вылет непрерывного потока частиц. Таким путем был, в частности, выделен изотоп гелия с массой 3. Для разгона до заданных скоростей электронов сконструирован аналогичный в принципе аппарат — бетатрон. [c.564]

В большинстве (но не во всех) ускорителей секторы обладают спиральными, а не радиальными контурами. Поэтому часто употребляется выражение циклотрон со спиральной дорожкой , хотя более употребительны названия изохронный циклотрон , циклотрон с секторной фокусировкой или с азимутальной вариацией поля (АВП). Определение изохронный отражает то обстоятельство, что в такого рода машине в отличие от синхроциклотрона (см. ниже) время одного оборота (либо частота обращения) сохраняется постоянной, как и в обычном циклотроне, хотя как магнитное поле Н, так и масса М изменяются вдоль траектории иона. Отметим, что во всех циклотронах магнитное поле не меняется во времени. [c.360]

В хороших металлах спин-орбитальная связь обычно пренебрежимо мала, и потому существенный комбинированный резонанс, обусловленный спин-орбитальным взаимодействием, реализуется, главным образом, в полупроводниках и полуметаллах. Этот тип резонанса был предсказан и подробно исследован в работе [96] (см. также [97] из экспериментов назовем, например, [98]). Поскольку нас интересуют металлы, иа этом типе резонанса мы останавливаться не будем. Отметим лишь, что из-за спин-орбитального взаимодействия нельзя для определения частот непосредственно использовать квазиклассическое квантование (7.4), Требуется сначала, исходя из тех или иных соображений (например, используя метод эффективной массы [96]), найти вид гамильтониана в интересующем нас случае. Знание спектра в магнитном поле позволяет решить задачу (например, так, как это делалось ранее для циклотронного и парамагнитного резонансов). [c.356]

Ионоселективные электроды, пер. с англ.. М., 1972 Н и-кольский Б. П., Матероаа Е. А., Ионоселективные электроды, Л., 1980 К а м м а н К., Работа с ионоселективными электродами, пер. с нем., М., 1980. i5. П. Никольский. ИОН-ЦИКЛОТРОН ный РЕЗОНАНС, радиоспектроскопический метод измерения массы ионов. Камеру масс-спектрометра (см. Масс-спектрометрия) с исследуемым в-вом помещают в однородное магн. поле напряженностью Н. Ион с массой т и зарядом q перемещается по круговой орбите радиуса г со скоростью . Угловая частота этого движения (D = v/r — qHfm (с — скорость света) наз. циклотронной. Для ее измерения и вычисления т используют источник перем. электрич. поля метрового или дециметрового диапазона, частота к-рого изменяется в широких пределах. При совпадении частоты источника с циклотронной частотой энергия электрич. поля частично поглощается этот резонанс регистрируется чувствит. приемником. [c.227]

Циклотронно-резонансный масс-анализатор-ячейка в виде прямоугольного параллелепипеда или куба, помещенная в однородное магн. поле. Ионы, попадая в ячейку, движутся в ней по спиральной траектории (циклотронное движение) с частотой где Я-напряженность магн. поля, т. е. ионы с одинаковыми значениями m/z имеют определенную циклотронную частоту. Действие прибора основано на резонансном поглощении энергии ионами при совпадении частоты поля и циклотронной частоты ионов. На применении циклотронно-резонансного масс-анализатора основан метод ион-циклотронного резонанса, к-рый используют для определения массы ионов, в частности мол. ионов, образующихся при ионно-молекулярных р-циях в газовой фазе анализа структуры высокомол. ионов определения кислотно-основных св-в в-в. Для легких ионов R = 10 . Первый масс-спектрометр ион-цмслотронного резонанса построен Г. Соммером, Г. Томасом и Дж. Хиплом (США, 1950). [c.661]

Совр. метод масс-спектрометрии с использованием Ц. р.-спектрометрия ИЦР с преобразованием Фурье (ИЦР ПФ). Резонансное поглощение ионами электромагн. энергии происходит в анализаторе. Высокочастотное электрич. поле Позволяет вдентифицировать ионы по резонансному поглощению энергии при совпадении частоты поля и циклотронной частоты ионов с послед. фурье-анаг1изом (см. Фурье-спектроскопия) сигнала. Интенсивность сигнала от фуппы ионов массы т,- и заряда представляет собой экспоненциально затухающую косинусоиду [c.375]

Если в ячейке спжтрометра находятся ионы с разл. массами и возбуждено циклотронное движение всех ионов, ситал представляет собой сумму сигналов от отдельных фупп /=r/i(i), преобразование Фурье к-рой дает серию пиков на оси частот в положениях, соответствующих циклотронным частотам со,-, с высотами, пропорциональными А,. В соответствии с ф-лой (1) частотный спектр преобразуется в спектр масс. [c.375]

Иоииый циклотронный резонанс. Селективный нагрев ионов одного сорта является привлекательным способом разделения ионов с различной массой. Один из способов селективного нагрева — выбор частоты приложенного электрического поля V вблизи ионной циклотронной частоты нужного изотопа [c.295]

Хиппл и Соммер [933] описали прибор с трохоидальной траекторией, в котором ион достигает коллектора после совершения пяти полных трохои-дальных циклов под влиянием скрещенных постоянного магнитного и электрического полей. Прибор превращается в устройство измерения времени пролета в том случае, если ионы после совершения одного оборота проходят между близко расположенными один к другому парой электродов, к которым приложено радиочастотное поле. Если радиочастотное поле равно нулю, когда ион проходит между электродами, то этот ион будет продолжать двигаться по своей трохоидальной траектории и будет зарегистрирован после совершения следующих четырех оборотов в ином случае он не попадет на коллектор. Вторая пара отклоняющих электродов, к которым приложена такая же частота, помещается в соответствующем положении между первым отклоняющим устройством и коллектором, создавая дальнейшую дискриминацию по массам. Повышение точности регистрации ионов достигается тем, что радиочастота, при которой регистрируется ион, становится много больше циклотронной частоты. [c.34]

При возбуждении циклотронных волн в изотопической смеси верхней граничной частотой является циклотронная частота изотопа, имеющего максимальную концентрацию (его называют основным). Поэтому при нагреве изотопических ионов, меньших по массе, чем основной, циклотронная волна не будет возбуждаться. Такова ситуация при выделении, например, изотопов и Сг. В этом случае для селективного нагрева используется электрическое поле, непосредственно индуцируемое антенной. Вместе с тем при выделении всех изотопов кальция и никеля возможно возбуждение циклотронных волн у этих элементов основными являются самые лёгкие изотопы (40са и 58М1). [c.313]

Омегатрон был разработан Соммером, Томасом и Хипплом [372]. Это — недорогой компактный прибор сравнительно простой конструкции. Как показано на рис. 110, г, ионы возбуждаются вдоль линии, параллельной направлению магнитного поля. Поскольку ионы обладают только своими тепловыми энергиями, то они двигаются по спирали с очень малым радиусом. При наложении небольшого высокочастотного напряжения между верхней и нижней платами большая часть ионов будет попеременно то получать, то терять некоторую порцию энергии. Однако если частота переменного электрического поля совпадает с циклотронной частотой некоторой данной массы, то ионы с этой массой будут получать энергию непрерывно и двигаться по раскручивающейся спирали до тех пор, пока не попадут на плату коллектора. Таким образом, разделение ионов достигается варьированием частоты переменного электрического напряжения. Несколькими авторами был описан специфический вариант прибора [373, 374]. Разрешающая способность омегатрона тем выше, чем больше оборотов может сделать ион с данной массой. Однако при слишком длинных траекториях из за высокой плотности возбуждаемых вторичных ионов проявляются эффекты пространственного заряда и работа прибора становится нестабильной. Поэтому этот АОГ лучше работает с ионами с малой массой, обладающими большими угловыми скоростями. Обычно очегатрон полностью разрешает массы вплоть до 30—50 ед. Пути расширения диапазона разрешаемых масс обсуждались Барцем [375]. Чув- [c.335]

Здесь СОг — частота генератора, присоединенного к ВЧ-электродам щ = еВ1т — собственная (циклотронная) частота иона. Отсюда видно, что если о т Мц, то траектория представляет собой сложную пульсирующую кривую. Для резонансных ионов с определенной массой [c.122]

Спектроскопия ион-циклотронного резонанса (ИЦР). В спектроскопии ИЦР ионы под влиянием пересекающихся магнитного и электрического полей описывают циклоидальную траекторию с частотой со = eVjm со скоростью направленного движения и = У /Я/где V — напряженность электрического, а Я-т-магнитного полей, /п—масса иона и в—его заряд. При совпадении частоты прикладываемого радиочастотного электромагнитного поля с циклотронной частотой иона, пропорциональной mje, происходит поглощение энергии этого иона. Циклоидальный характер траектории резко увеличивает время пребывания ионов в камере (до 5—10 миллисекунд вместо [c.257]

Если включить в рассмотрение релятивистские эффекты, то на прирост энергии будут влиять и изменение массы и присутствие магнитных полей. Для очень высоких энергий прирост энергии будет ограничен радиационным торможением, описанным в 4.2. Робертс и Бушбаум [48] рассмотрели релятивистскую задачу, но они не учли радиационное торможение. Они нашли, что для поддержания резонанса в случае показателя преломления среды, равного единице, допплеровский сдвиг частоты поля, обусловленный 2-компонентой скорости, в точности равен изменению циклотронной частоты из-за релятивистского изменения массы. Однако энергия растет медленнее, примерно как [c.264]

Для обеспечения правильной работы циклотрона разгоняющее поле должно находиться в резонансе с оборотами частиц, которые зависят от их зарядов и масс. Применимость первоначального варианта циклотрона была ограничена быстрым возрастанием массы частиц при их очень больших скоростях (рис. ХУМЗ), что нарушает условия резонанса. Сохранить эти условия оказалось возможным путем использования принципа синхротрона, т. е. ускорителя, учитывающего изменение массы частиц. Такой учет осуществляется путем соответствующего изменения либо частоты переменного электрического поля, либо [c.517]

Для проведения микроанализа лазерный луч (обычно излучение учетверенной частоты К(1 АС-лазера, А = 266 нм, длительность импульса 10-20 не) фокусируют в пятно диаметром 1-2 мкм на поверхности образца при помощи оптического микроскопа. В результате лазерного импульса генерируются атомные и молекулярные ионы, которые анализируются во времяпролетном масс-спектрометре. Недавно в ЛММС-приборах стали использовать спектрометры ион-циклотронного резонанса с фурье-преобразованием. [c.321]

Действие омегатронного масс-анализатора основано на разделении ионов по массам при их движении во взаимно перпендикулярных переменном электрическом и постоянном магнитном полях. Разделение ионов происходит на основе явления циклотронного резонанса, при котором ионы определенной массы, частота вращения которых в магнитном поле совпадает с частотой электрического поля ( резонансные ионы), попадают на коллектор. [c.32]

Ионный циклотронный резонанс в замагниченной плазме происходит, когда на основное магнитное поле В накладывается переменная составляющая с амплитудой В В и частотой uj, равной ларморовской частоте вращения ионов с массой Mi в поле В [c.310]

Голт, Ягер и Дейл [30] изучали циклотронный резонанс в чешуйках монокристаллического графита при температурах 77, 4,2, 1,3 и 1,Г К на частоте 24 ООО М.гц. Они получили следующие приближенные значения эффективных масс = 0,05/По, = 0,03/По и /Пз = 0,02то- Далее авторы отмечают, что в образцах, вероятно, присутствует от 4 до 8 типов носителей. Интерпретация экспериментальных результатов Голта и др. [30, 31] [c.235]

При больших энергиях, кроме массы покоя, нужно рассматривать электромагнитную массу движения, возрастающую по мере раскручивания ионов. В таких условиях время обращения ионов начинает возрастать с возрастанием радиуса, и ускорение при помощи циклотрона оказывается невозможным. Казалось, что это явление кладёт предел возможности ускорительной техники. Однако в 1944 г. В. И. Векслер предложил новый принцип автофазировки ускоряемых частиц, который даёт возможность, меняя частоту ускоряющего электрического поля или величину магнитного поля во время ускорения частицы, повысить предел ускорения заряженных частиц до сотен и тысяч Мэв. За последние годы в СССР и за рубежом было сооружено большое число различных сверхускорителей , и в литературе уже появилось много сообщений о ядерных реакциях, возникающих под действием ядерных частиц высоких энергий — до 5000 Мэе, [c.57]

Область использования циклотрона и бетатрона ограг1ичена быстрым возрастанием массы частиц при их очень больших скоростях (рис. ХУ1-30), что нарущает условия резонанса. Сохранить эти условия можно путем использования принципа синхротрона, т. е. ускорителя, учитывающего изменение массы частиц. Такой учет осуществляется путем соответствующего изменения либо частоты переменного электрического поля, либо напряженности магнитного, либо и того и другого вместе. Различные варианты синхротронов носят названия синхроциклотронов, фазотронов, синхрофазотронов и т. д. При помощи этих ускорителей могут быть получены частицы с энергиями порядка десятков тысяч мэв. Так, серпуховской синхротрон позволяет доводить энергию протонов до 76 млрд. эв (76 Гэв). [c.564]

По различным превращениям атомных ядер имеется монография . Для обеспечения правильной работы циклотрона разгоняющее поле должно находиться в резонансе с оборотами частиц, которые зависят от их зарядов и масс. При наличии смесн изотопов условия резонанса будут выполняться для каждого из них в отдельности. Поэтому циклотрон может служить в качестве масс-спектрографа. Масса каждого из изотопов вычисляется при этом по напряжению магнитного поля и частоте электрического, обеспечивающим вылет непрерывного потока частиц. Таким путем был, в частности, выделен изотоп гелия с массой 3. Для разгона до заданных скоростей электронов сконструирован аналогичный в принципе аппарат — бегагрон. [c.350]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология