Маттаух

Рис. 22.4. Масс-спектрометр с двойной фокусировкой Маттауха — Герцога.

Масс-спектрометр с двойной фокусировкой Маттауха — Герцога (рис. 22.4). В этом приборе угол электростатического поля [c.371]

Атомные ядра включают N нейтронов и Z протонов. Параметры и свойства атомных ядер влияют на протекание химических процессов, так как масса, заряд, энергия связи, устойчивость и ядерный спин ядра в значительной мере определяют свойства атома в целом. Отметим прежде всего, что с помощью масс-спектроскопических методов можно обнаружить разность ме кду массой ядра и массой, найденной простым суммированием масс составляющих его нуклонов, — так называемый дефект массы Ат. Энергетический эквивалент дефекта массы представляет собой энергию связи нуклонов в ядре. Ат = = 1,0078 Z+1,0087 N —т. Для ядра гелия Ат = 0,03 а. е. м., что соответствует 27,9 МэВ. Энергия связи ядра химического элемента приблизительно линейно зависит от массового числа A=--Z- -N. Если построить график зависимости средней энергии связи па один нуклон от массового числа, наблюдается максимум при средних значениях массового числа. Таким образом, ядра со средним массовым числом более устойчивы, чем тяжелые или легкие. Следует отметить, что тяжелые ядра богаче нейтронами, чем легкие. При Z>84 уже не существует стабильных ядер. Различают следующие виды ядер изотопы (равные Z, неравные N), изотоны (неравные Z, равные N), изобары (неравные Z, неравные N, равные А), изомеры (равные Z и N, однако внутренняя энергия неодинакова). Для нечетных А имеется лишь одно стабильное ядро, а для четных — несколько стабильных ядер изобаров (правило изобар Маттауха). [c.34]

Атомов, имеющих одно и то же массовое число и разные порядковые номера (изобары), не считая искусственных, 57 пар и 7 троек. В одних случаях их можно представить образовавшимися заменой двух нейтронов двумя протонами, например Ti — состав ядра [22р, 28п] и — состав ядра [24р, 26л]. В других случаях — заменой одного нейтрона протоном — I K — состав ядра [19р, 21я], J a — состав ядра [20р, 20 ]. У двух соседних элементов в системе один из изобаров должен быть радиоактивным jsK — радиоактивный изотоп. У двух соседних элементов в системе не может быть устойчивых изобаров (правило Щукарева— Маттауха). [c.44]

Отсутствие стабильных изотопов у элементов с порядковыми числами 43 и 61 объясняется правилом, сформулированным Маттаухом если имеются два изобара, заряды ядер которых различаются на единицу, то, по крайней мере, один из них должен быть неустойчивым. Разберем правило Маттауха на примере элемента с Z = 61. У элемента с порядковым номером 60 — неодима —существуют стабильные изотопы с массовыми числами 142, 143, 144, 145, 146, 148 и 150. У элемента с г = 62 — самария — изотопы с массовыми числами 144, 147, 148, 150, 152, 154, 159. Таким образом, у элемента 61 не может быть устойчивых изотопов с массовыми числами от 142 до 150. Что же касается гипотетических изотопов элемента 61 с массовыми числами меньше 142 и больше 150, то существование таких вряд ли возможно, потому что первые обладали бы дефицитом, а вторые — избытком нейтронов по отношению к протонам, что привело бы к слишком уж значительным отклонениям от кривой П — р (см. рис. 3) и сделало бы ядра неустойчивыми. [c.17]

Заполнение белых пятен периодической системы. После открытия в 1925 г. рения в периодической системе между водородом и ураном остались незаполненными четыре клетки с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87. Многочисленные и в высшей степени интенсивные поиски этих элементов- неизменно завершались неудачами. В 30-х годах причины этих неудач в отношении элементов 43-го и 61-го были пояснены правилом Маттауха (см. гл. 2) отсутствие же в природе сколь-нибудь заметных количеств 85-го и 87-го элементов вполне правдоподобно могло поясняться малыми периодами полураспада всех изотопов этих, несомненно, радиоактивных элементов. [c.102]

Приборы высокого разрешения (1000/1—100 000/1 или даже выше) к ним относятся большинство масс-спектрометров с двойной фокусировкой конструкций Маттауха — Герцога или Нира — Джонсона и некоторые другие специальные приборы. [c.368]

На рис. 4.2 приведены принципиальные схемы двухфокусных масс-спектрометров, в которых реализованы геометрические принципы Н[ира-Джонсона (а) и Маттауха-Герцога (б). В первом из них регистрация масс-спектров осуществляется путем сканирования напряженности магнитного поля. Регистрация масс-спектров в приборе Маттауха-Герцога проводится на фото- [c.50]

Рис. 4.2. Принципиальные схемы устройств масс-спектрометров с геометрией Нира-Джонсона (а) и с геометрией Маттауха-Герцога (б)

В приборах конструкции Маттауха—Герцога все ионные пучки после масс-сепарации фокусируются в одной плоскости. В этом случае детектором может служить фотографическая пластина, которая одновременно регистрирует все ионные пучки. Таким образом, как напряженность магнитного поля Н, так и ускоряющий потенциал V остаются постоянными, а прибор регистрирует ионы с различными величинами mie благодаря различию соответствующих значений г. [c.205]

Геометрия устройства Маттауха и Герцога, обеспечивающего двойную фокусировку для всех масс, схематически показана на рис. 6. Прибор такой конструкции был впервые построен Маттаухом [197, 1131, 1327, 1328]. По уело- [c.24]

Рис. б. Расположение электрического и магнитного полей в масс-спектрографе Маттауха и Герцога, используемых для получения двойной фокусировки всех масс вдоль фотопластинки. [c.25]

НОМ поле. Приведенное выше устройство не является единственным, позволяющим получить двойную фокусировку по всем массам оно было модифицировано многими исследователями [453, 598, 1331, 1828, 1829]. Было построено два прибора для серийного производства с геометрией Маттауха для химического анализа с разрешением в несколько тысяч [2097] и с дугой з источнике для анализа неорганических твердых веществ [416]. [c.26]

В приборе последнего типа интенсивность ионного пучка подвержена неопределенным флуктуациям, и в этом случае устройство Маттауха обладает [c.26]

Первый масс-спектрометр с двойной фокусировкой и высоким разрешением был построен Пиром и сотрудниками [384, 1505, 1508, 1511], хотя ранее и был описан прибор с низкой разрешающей способностью [1960]. При конструировании Нир основывался на специальном выборе переменных, предложенном Маттаухом и Герцогом, как это видно из рис. 10. 60-градусное отклонение в магнитном поле производится после 90-градусного отклонения в электростатическом поле, и спектр развертывается путем изменения электростатического поля. Так как г . фиксировано для всех значений масс, то наличия общего фокуса во всем диапазоне масс не требуется. Отношение г /г равно 1,238. В электростатическом поле осуществляется симметричное построение объекта и изображения, а в магнитном асимметричное, что приводит к фокусировке второго порядка по направлению и первого порядка по скоростям [1055]. В настоящее время имеются два промышленных образца такой конструкции [415, 2097] оба они предназначены для получения масс-спектров углеводородов и других органических соединений с разрешающей силой в несколько тысяч. [c.27]

Распределение ионов по энергиям в источниках такого типа достигает 1000 в. Поэтому применение их ограничивается масс-спектрометрами с двойной фокусировкой. Вследствие нестабильности интенсивности ис кры необходимо применять детектор, регистрирующий все массы одновременно и интегрирующий интенсивности ионных пучков за определенный период времени. В спектроскопе, построенном Маттаухом и Герцогом, для этой цели использовалась фотопластинка, на которой за одну экспозицию регистрировались ионы в диапазоне от 1 до 40 массовых единиц. Имелось также соответствующее устройство, измеряющее мгновенный ионный ток, поступающий на контрольный электрод для установления максимальной чувствительности. [c.128]

Вторичные эффекты при столкновениях были известны еще на заре развития масс-спектрометрии [72], и первые работы в этой области были выполнены Фридлендером [696] и Маттаухом [1330]. Одним из наиболее широко исследованных соединений была окись углерода [72, 114, 697]. Диффузный пик, соответствующий переходу [c.286]

Наиболее распространены два типа комбинации полей фокусировка Маттауха — Герцога и Нира — Джонсона. [c.29]

Масс-анализатор Маттауха — Герцога (рис. 9) состоит из электростатического анализатора с сектором М,8° и магнитного анализатора с сектором 90°. Его конструкция обеспечивает двойную фокусировку первого порядка для всех масс на прямой линии. [c.29]

Искровой источник используют, в основном, с двойной фокусирующей системой Маттауха—Херцога высокого разрешения. Двойная фокусировка обеспечена одновременно для всех масс, поэтому весь спектр получается в плоскости, что дает возможность использовать в качестве детектора фотопластинку. Система Маттауха—Херцога имеет то преимущество, что способна работать с высоким энергетическим распределением ионов, образованных в искровом источнике. [c.137]

Первые масс-спектрометры были сконструированы А. Демп-стером (1918) и Ф. Астоном (1919). В 1924 г. Дж. Маттаух и Р. Герцог определили основные принципы двойной фокусировки, обеспечивающей регистрацию масс-спектров высокого разрешения. Первый промышленный масс-спектрометр, с помощью которого проводились быстрые и эффективные анализы смесей углеводородов каталитического крекинга нефти, появился в 1940 г. [c.4]

Анализ лунного грунта осуществляли на опытном образце масс-спектрометре типа МХ8301 с искровым ионным источником и двойной фокусировкой по Маттауху — Герцогу. Оптимальная величина импульсного напряжения равна 27 кв, длительность высокочастотных импульсов — 20—30 мксек, частота следования искровых импульсов 1000 гц. Для проведения анализа не обходимо 1 —1,5 иг образца. Воспроизводимость результатов 8—12% [729]. Концентрация марганца в лунном реголите, доставленном автоматической космической станцией Луна-16 , равна 0,2%. [c.117]

Для улучшения фокусировки нонов и получения более высокой разрешаю щей способности служат анализаторы с двойной фокусировкой В этом случае к магнитному анализатору добавляется электростатический анализатор, обес печквающий фокусировку ионов по энергиям Он представляет собой сектор ный конденсатор с радиальным электрическим полем Имеется два основных типа масс счектрометров с двойной фокусировкой отличающихся взаимным расположением магнитного и электростатического анализаторов Геометрия Нира — Джонсона допускает только электрическую регистрацию прн геомет рии Маттауха — Герцога возможна как электрическая, так и фотографическая регистрация Масс спектрометры с двойной фокусировкой обычно обеспечи вают разрешающую способность 10 ООО—30 ООО а приборы наиболее высокого класса —до 100 000 Однако увеличение разрешающей способности сопровож дается уменьшением чувствительности [c.16]

В приборах с геометрией Маттауха—Герцога, имеющих фокальную плоскость, может использоваться фоторегистра ция Информацию о положении и интенсивности пиков масс-спектра получают с помощью автоматического микроденситометра, управляемого системой обработки данных Более современной системой является микроканальное электронноумножи-тельное устройство, помещаемое в фокальной плоскости вместе с люминесцентным экраном, который преобразует усиленное изображение спектра на канальной пластине в световое изобра жение Это световое изображение затем считывается соответст вующим регистрирующим устройством, например видиконовой камерой [72] [c.50]

Регистрация на фотопластинке осуществляется на масс спектрометрах с геометрией Маттауха — Герцога В первой работе Уотсона и Бимана [103] измерение масс 22 ионов в ин тервале 56—179 было осуществлено с ошибкой 20 10 для ионов с массами выше 100 а е м и 15 10 — для иопов с массами ниже 100 а е м В следующей работе [104] при измерении смеси метиловых эфиров л<ирных кислот с содержа нием отдельных компонентов 2—4 мкг, выходящих из колон [c.59]

Правило изобар Маттауха при нечетных массовых числах существует только одно, а при четных — несколько устойчивых изобарнкх ядер. Ядра с Z > 84 неустойчивы. Особенно высокую устойчивость некоторых ядер можно объяснить оболочечной моделью атомного ядра, согласно которой Нуклоны располагаются в слоях, содержащих максимально 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126 Протонов или нейтронов. Ядра с нацело заполненными слоями особо устойчивы и потому сравнительно часто встречаются в природе. [c.394]

Регистрация масс-спектров. Выше отмечалось, что во времяпролет-ных масс-спектрометрах и приборах типа Маттауха—Герцога спектр регистрируется на фотографическую пленку или пластину. Затем, если это необходимо, фотопластину можно пропустить через регистрирующий микрофотометр и получить запись на ленте самописца. [c.206]

Ни один из описанных выше приборов не обеспечивает фокусировку по скоростям и по направлению. Идея создания прибора с двойной фокусировкой принадлежит Барткп и Демпстеру [130], которые показали, что эта фокусировка выполняется при отклонении я/]/2 радиан в скрещенных магнитном и электрическом полях. Упомянутое выше устройство [246] обладало тем недостатком, что оно позволяло получить лишь ограниченную часть масс-спектра. Поэтому, когда были открыты другие методы получения двойной фокусировки, они вытеснили системы скрещенных полей. Ряд приборов, позволяющих получить двойную фокусировку первого порядка, находились в стадии конструирования, когда Герцог и Маттаух [873, 1326] опубликовали полную теорию получения двойной фокусировки при использовании радиального электростатического поля (для которого имеется следующая зависимость между радиусом-вектором г и потенциалом У г) г-д]/ г)1дг = сот ) и однородного магнитного поля, обладающего прямолинейными границами. Все опубликованные описания масс-спектроскопов с двойной фокусировкой могут быть рассмотрены как частные случаи выведенного ими уравнения. Был опубликован и ряд других работ, посвященных фокусировке в масс-спектрографах [286, 464, 858-860, 997]. [c.24]

Условия, позволяющие получить двойную фокусировку первого порядка для всех масс и фокусировку второго порядка по направлению для данной массы, описаны также Хинтербергером, Венде и Кёнигом. [905, 907, 913, 914, 916]. При помощи электронной вычислительной машины они нашли и условия полной двойной фокусировки второго порядка [917, 1245]. Все приведенные выше построения отличаются от конструкции Маттауха и Герцога тем, что ионы отклоняются как магнитным, так и электрическим полями в одном и том же направлении. [c.28]

Принцип разделения по времени пролета лежит также в основе разделения ионов в радиочастотных устройствах. Первая из подобных систем была предложена Смайтом [1896] и сконструирована Смайтом и Маттаухом [1897]. Ряд копланарных радиочастотных полей был приложен под прямыми углами к направлению пучка положительных ионов таким образом, что ионы, обладающие определенной скоростью, не смещались и не отклонялись. Ионы с иными скоростями, проходящие через прибор, ответственны за появление пиков духов . Положение этих пиков можно было вычислить [899]. Прибор [c.37]

Были предложены два таких стандарта. Первый из них был предложен Ниром [1514] и Команом, Маттаухом и Вапстра [1148, 1149, 1339, 1340]. За единицу была принята величина в 1,000318 и 1,000043 раза больше единицы, существующей в физической и химической шкалах масс соответственно. Использование нового стандарта вызвало бы незначительное изменение в существующих значениях химических атомных весов. Предлагаемый стандарт обладает преимуществами главным образом с точки зрения масс-спектрометрии. используется в качестве дополнительного стандарта, так как образует столько различных соединений с водородом, что почти всегда удается провести сопоставление масс изотопов с комбинацией атомов водорода и углерода исключение составляет лишь область низких масс. Так, в диапазоне масс 18—23 получить углеводородные ионы трудно. Универсальность применения соединений углерода в качестве стандарта детально рассмотрена ниже. В качестве химического стандарта углерод менее пригоден поэтому предлагается в химической шкале атомный вес кислорода принимать как массу О с коэффициентом 1,000275. По сравнению с кислородом тяжелые изотопы углерода более распространены природное соотношение изотопов может изменяться, поэтому новое определение не приведет к точному значению для атомного веса элемента-стандарта, и возникнет много трудностей, таких же как и в случае кислорода. Кроме того, углерод взаимодействует с относительно небольшим числом других элементов, в частности не со всеми элементами, используемыми в качестве химических стандартов. [c.43]

Относительные плотности потемнения фотопластинки, вызываемые двумя типами ионов, не позволяют получить непосредственно значения относительной распространенности. Ионы с различными массами проходят через спектрограф с различными скоростями и обладают различной проникающей способностью, а следовательно, и различно воздействуют на фотопластинку 1109]. Ширина изображения, образованного различными ионами в спектре, изменяется вдоль фотопластинки. В спектрографе Маттауха ширина изображения пропорциональна корню квадратному из массы. В других спектрографах, где двойной фокус получается лишь в одном месте фотопластинки, ширина изображения представляет собой сложную функцию расстояния от этой точки. Так как в аналитической работе постоянно используется прибор с геометрией Маттауха, то могут быть вычислены соответствующие поправки при регистрации на одной пластинке широкого диапазона массовых чисел (от 1 до 200) поправки становятся слишком большими. Благодаря тому что воздействие положительных ионов ограничено поверхностными слоями фотографической эмульсии, наблюдается тенденция к ускорению проявления, и это может вызвать ошибки, связанные с равномерностью проявления. В качестве примера Астон [87] указывал на значения, полученные для относительной интенсивности линий изотопов никеля 61 и 64, относительная распространенность которых, установленная в настоящее время, равна соответственно 1,25 и 1,16%. Он 183] приписал линию, наблюдаемую при значении массы 64 (по крайней мере ее большую часть) примеси, так как интенсивность этой линии, казалось, уменьшилась в течение эксперимента. Джир и Зееман [741] установили, что. [c.72]

Фотографический метод пригоден для использования в сочетании с такими источниками, как искровой и другие, выход которых изменяется случайным образом в процессе измерения, от метод также широко используется в приборах с геометрией Маттауха — Герцога [873, 1326], где двойная фокусировка достигается по всей шкале масс, и часто полный масс-спектр, включающий до 200 а.е.м., получается при одной экспозиции. Длительная экспозиция может быть использована для обнаружения очень слабых ионных пучков. Применяя для регистрации спектра различную продолжительность экспозиции, можно сравнивать интенсивности ионных пучков, отличающиеся на величину 10 по относительной интенсивности. Для ионов с массой 200 и энергией 10 ООО эв минимальный обнаруживаемый сигнал соответствует менее 10" кулонЫм , т. е. ионному току 5-10" а в сечении 1 мм при выдержке 30 мин. Чувствительность такого порядка была получена еще на первых приборах, что обеспечивало высокое разрешение и точность измерения масс, достигаемые при использовании узких щелей. [c.204]

Многозарядные ионы элементов в больших количествах образуются в высокочастотном искровом источнике, обычно используемом в приборе Маттауха для анализа твердых веш,еств (гл. 4). Относительное содержание ионов, несущих п зарядов, приблизительно равно (0,2) от распространенности однозарядных ионов [416. В спектре, содержащем подобные ионы, наблюдаются различного рода процессы переноса заряда [416, 827]. Предположим, например, что ион М обменивается с ионом М" при столкновении. Тогда, если перенос заряда имел место между электростатическим и магнитным анализаторами, на фотографической пластинке у значения массы пМ1т появится резкая линия если этот процесс произошел в электростатическом анализаторе, то наблюдается континиум в направлении меньших масс от маСсы пМ1т наконец, для обмена в магнитном анализаторе наблюдается континиум в сторону больших масс от М/т. [c.290]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология