Условие натекания в масс-спектрометр

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]

Условие натекания в масс-спектрометр [c.136]

Успешное применение масс-спектрометра для анализа смесей связано с необходимостью изучения условий натекания, для установления зависимости между составом анализируемого образца и составом паров в ионизационной камере. В масс-спектрометрии имеют место три типа газового потока молекулярный, промежуточный и вязкостный. Детально эти типы были рассмотрены Дэшманом [557]. В молекулярном (или кнудсеновском) потоке давление газа достаточно мало, и столкновения молекул со стенками происходят чаще, чем столкновения молекул друг с другом. В этих условиях скорость перемещения молекул параллельно стенкам трубки одинакова по всему сечению-трубки количество газа, протекающего по трубке, пропорционально разности давлений между ее концами в смеси газов скорость истечения компонента зависит лишь от разности его парциальных давлений и не зависит от количества других присутствующих газов. В вязкостном потоке, появляющемся при более высоких давлениях, возникает градиент скорости по сечению трубки. Количество переносимого газа зависит от квадрата разности давлений и от коэффициента вязкости. Последний изменяется с изменением состава смеси, и скорость натекания одного из компонентов смеси зависит от общего состава. В том случае, когда средняя длина свободного пробега сравнима с размерами трубки, условия натекания становятся промежуточными , а скорость течения газа по трубке выражается более сложной функцией от разности величин давлений [116, 468, 1745]. [c.136]

Схематическое изображение устройства масс-спектрометра приведено на рис. 49. Прежде всего исследуемое вещество надо ионизировать. Наиболее распространенным методом ионизации в органической масс-спектрометрии является бомбардировка вещества электронами в газовой фазе. Система введения вещества в прибор необходима для перевода исследуемого соединения в газовую фазу и непрерывной подачи его с постоянной скоростью (так называемое мономолекулярное натекание) в источник ионов 1, где происходит ионизация. В источнике ионов в условиях глубокого вакуума (10" —10" ммрт. ст.) электроны, эмитируемые раскаленным катодом 2, получают за счет ускорения между заряженными пластинами определенную энергию (обычно 70 эВ). Проходя через разреженный газ, эти электроны сталкиваются с молекулами исследуемого вещества. Как только энергия электронов окажется несколько выше потенциала ионизации (9—12 эВ), становится возможным процесс ионизации. [c.136]

Если газ натекает через капиллярную трубку, длина которой достаточно велика по сравнению с диаметром, а последний много больше средней длины свободного пробега молекул газа, то скорость потока зависит от вязкости газа. При так называемом вязкостном натекании количество газа, протекающего через ионизационную камеру, зависит от вязкости газа и разности квадратов давления в резервуаре и ионизационной камере. Кундт и Варбург [П78] нашли, что при более низком давлении газа, когда средняя величина свободного пробега становится сравнимой с диаметром трубки, скорость потока начинает превышать скорость при вязкостном натекании. Это происходит благодаря отражению молекул при ударе о стенку и скольжению их по стенке трубки. Когда размеры трубки, через которую проходит газ, намного меньше средней длины свободного пробега молекул газа, то вязкость газа перестает играть роль в образовании потока, так как молекулы газа сталкиваются только со стенками, а не между собой. Поток в таких условиях известен под названием потока Кнудсепа [П42], или молекулярного потока, и представляет собой фактически процесс диффузии. Каждый компонент газовой смеси диффундирует независимо друг от друга согласно градиенту давления со скоростью, пропорциональной где М — молекулярный вес компонента. Таким образом, газ, выходящий из трубки или пористого натекателя, будет обогащен соединениями более низкого молекулярного веса. Образец в резервуаре будет обедняться этими соединениями, в результате чего состав газа, входящего в ионизационную камеру, со временем в значительной степени изменится, если не работают с резервуаром достаточного объема. Диффузия молекул используется для разделения смесей (включая изотопы) и лежит в основе метода определения молекулярных весов по скорости диффузии. В масс-спектрометрии часто применяется метод молекулярного натекания во всем диапазоне используемых давлений, так как при этих условиях число молекул любого компонента газа, анализируемого в ионизационной камере, прямо пропорционально разности парциальных давлений этого компонента в резервуаре и камере. При этом предполагается, что откачивание газа из ионизационной камеры насосами также происходит в режиме молекулярного потока. В обычных условиях, когда давление в ионизационной камере ничтожно по сравнению с давлением в резервуаре, число молекул любого компонента в ионизационной камере пропорционально его давлению в резервуаре. На основании экспериментальных данных и теоретических положений Кнудсен вывел уравнение для постоянного потока газа через капилляр диаметра d и длины L. Это уравнение применимо для любых давлений. Количество газа Q, определенное как d/dt pv), протекающее через трубку, описывается выражением вида [c.75]