Маттауха—Герцога масс-спектрометр

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]

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)

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]

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]

Робинсон. Мы уделили много внимания искажениям, возникающим оттого, что ионный пучок пересекает границы магнитного поля, возможно потому, что это было нашим оригинальным вкладом. Единственными приборами, в которых не имеют места эти искажения, являются циклоидальный и 180°-ные масс-спектрометры, в которых границы магнитного ноля не пересекаются пучком ионов. Если сравнить прибор Маттауха — Герцога с нашими, то, судя по литературным данным, [c.73]

В продаже имеются масс-спектрометры высокого разрешения двух основных типов масс-спектрометр Маттауха—Герцога и Пира — Джонсона. В приборе Маттауха — Герцога (рис. 5-14) разделенные пучки всех ионов фокусируют на одну и ту же фокальную плоскость. На фотографической пластинке, помещенной в эту плоскость, одновременно регистрируются линии всех ионов, и при этом не возникает ограничений, связанных с разверткой. Такая регистрация спектров имеет особое преимущество в системах ГХ — МС, так как фотоэмульсия производит интегрирование ионного тока, изменяющегося в течение выхода разделенных соединений из газового хроматографа. Для юстировки спектрометра или для электрической регистрации спектра с помощью развертки при- [c.211]

Рис. 5-14. Схема масс-спектрометра высокого разрешения типа Маттауха — Герцога с ионным источником, специально приспособленным для соединения с газовым хроматографом [50].

Наиболее распространены два типа приборов с двойной фокусировкой. В одном из них, приборе геометрии Нира —Джонсона (рис. 22-9), между двумя 90-градусными секторами (анализаторами) расположена промежуточная щель. В приборе геометрии Маттауха — Герцога, изображенном на рис. 22-10, используют электростатический сектор с углом 31,83°. При такой величине угла все ионы входят в магнитное поле под прямым углом, и поэтому краевой эффект минимален. Магнитный сектор (анализатор) имеет угол 135°, что позволяет фокусировать каждую разновидность ионов на дальней границе поля. Важная особенность этой геометрии состоит в том, что все массы фокусируются одновременно в фокальной плоскости, что позволяет осуществить прямую фотографическую регистрацию. Этого удается достичь только при указанной геометрии масс-спектрометра. [c.460]

Рис. 22-10. Схема масс-спектрометра с двойной фокусировкой геометрии Маттауха — Герцога.

Рис. 81. Схема двойной фокусировки в масс-спектрометре Маттауха — Герцога

Одним из недостатков описанных в гл. 2 источников ионов служит то, что образующиеся в них ионы распределены в широком диапазоне кинетических энергий, поэтому необходимо применять масс-анализаторы с двойной фокусировкой. Бо всех выпускаемых масс-спектрометрах, предназначенных для работы с этим типом источников ионов, используются характерная конструкция и геометрия Маттауха—Герцога. [c.10]

В гл. 3 рассмотрено прохождение ионов через масс-спектрометры с двойной фокусировкой в общем случае и через масс-спектрометры с геометрией Маттауха—Герцога в частности. Описаны способы одновременной фокусировки ионов по энергиям и по углам при помощи электрических и магнитных полей или их комбинации. Представлены отклонения свойств реальных полей от параметров, рассчитанных по упрощенной теории первого порядка. Обсуждены критерии оценки основных параметров, а также характеристики выпускаемых приборов. Поскольку геометрия Маттауха—Герцога является по существу основной для масс-спектрометров с искровым источником и ей уделено главное внимание в гл. 3, написание этой главы вдвойне обоснованно. [c.10]

И наконец, когда угол между границами поля больше, чем угол отклонения пучка, наблюдается очень сильный эффект фокусировки в радиальном направлении, а в г-направлении происходит расфокусировка пучка. Этот случай реализуется в масс-спектрометрах с геометрией типа Маттауха—Герцога, если фотографическая пластинка располагается за полюсными наконечниками магнита. Поскольку расстояние между полюсными наконечниками магнита и фотографической пластиной невелико, этим влиянием краевых областей поля можно пренебречь. [c.69]

Если объект находится в первой фокальной точке, изображение образуется в бесконечности. Этот случай используется в масс-спектрометре типа Маттауха—Герцога. [c.73]

Если в масс-спектрометр с двойной фокусировкой входит пучок ионов с разбросом по скоростям р и угловым расхождением а, то размеры изображения будут функцией при могут быть выражены полиномом некоторой степени от этих величин. Первый коэффициент при р равен нулю в результате соблюдения условия фокусировки первый коэффициент при а также равен нулю, поскольку осуществлена фокусировка по направлениям.. Следовательно, в полиноме остаются только члены второго и более высоких порядков. Соответствующие коэффициенты достаточно сложно зависят от геометрии прибора, и привести их в этом обзоре не представляется возможным. Лучший способ-обеспечения фокусировки для широкого пучка с большим разбросом по скоростям—создать такие условия, при которых все коэффициенты обращаются в нуль. К сожалению, в общепринятой геометрии Маттауха—Герцога это невозможно, даже для коэффициентов второго порядка. Поэтому всегда приходится идти на некоторый компромисс между дефектами изображения,, описывающимися различными членами полинома. [c.89]

Большинство искровых масс-спектрометров — приборы типа Маттауха—Герцога, в которых ионы с любым отношением т/е фокусируются в плоскости, совпадающей с выходом из магнитного анализатора. Комбинирование электростатического и магнитного полей позволяет полностью устранить угловую и скоростную аберрации, обеспечивая фокусировку по направлениям и энергиям. Чтобы получить высокое разрешение (до 12 000 с помощью высокочастотного искрового источника), очень важно [c.255]

Двойная фокусировка заряженных частиц в масс-спектрометре типа Маттауха — Герцога дает возможность производить одновременную регистрацию на фотопластинку изотопов практически всех элементов, содержащихся в анализируемой пробе. В настоящее время установлено, что идентификация линий спектра с помощью фотопластинок вполне надежна, а почернение фотоэмульсии пропорционально величине ионного тока. [c.24]

В спектрометрах Маттауха — Герцога масс-спектр целиком регистрируют на фотопластинке необходимые данные получают затем в результате фотометрической обработки полученного изображения. Считается, что предварительный этап, связанный с подготовкой и проведением измерений на фотопластинке, неудобен и отнимает много времени, но, несмотря на это, метод достаточно популярен. Дезидерио [88] описал недавно метод прямого ввода данных обработки фотопластинки в вычислительную машину при помощи аналого-цифрового преобразователя. Этот метод позволяет обработать фотопластинку менее чем за 3 мин. [c.221]

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]

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]

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]

Максимальную информацию о структуре соединений, входящих в состав сложной смеси, получают, используя комбинацию хроматограф — масс-спектрометр высокого разрешения (рис. 13) [69]. Газовый хроматограф через гелиевый сепаратор присоединен к масс-спектрометру СЕС-21-110 с двойной фокусировкой и геометрией Маттауха — Герцога (разрешение 22 тыс. а. ё. м.). Точное измерение масс осуществляется с использованием калибровочного вещества (перфторалкан), которое непрерывно вводят в ионный источник параллельно исследуемому веществу. Использование фотопластинки имеет преимущество перед масс-спектрометрическим методом регистрации, так как в первом случае масс-спектр интегрируется во времени, что важно ввиду непрерывного изменения концентрации пробы, поступающей из хроматографа в ионный источник. Система позволяет делать до 60 снимков на одной пластинке. Автоматический микрофотометр с фотоумножителем после обработки фотопластинки выдает сигнал, который вводится в вычислительное устройство, преобразующее в цифровую форму выходные данные фотоумножителя, рассчитывает относительные расстояния центров линий и их плотность, превращает их в точные массы (с точностью до 0,002) и рассчитывает элементный состав. Запись полного ионного тока, попадающего на коллектор, введенный между электрическими и магнитными полями для отбора [c.41]

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]

Фотографический метод регистрации считается предпочтительным при работе с масс-спектрометрами типа Маттауха — Герцога с двойной фокусировкой, поскольку все массы полного спектра могут быть одновременно отмечены на фотопластинке. На каждой пластинке можно разместить до 30 спектров высокого разрешения. Проявленные пластинки затем фотометриру-ются. В работе [76] рассмотрена полностью автоматизированная система технической обработки фотопластинок с последующей передачей данных вычислительной машине. Результаты представляются в форме элементной карты с точным указанием массовых чисел, элементного состава и относительных интенсивностей для всех пиков в масс-спектре. [c.295]

Рис. 1.1. Принципиальная схема масс-спектрометра Маттауха — Герцога с нскровым ионным источником и двойной фокусировкой [24]

Приборы ГХ — МС, в которых анализатор масс имеет высокую разрешаюш ую способность, обладают несколькими преимуществами. Во-первых, в этих приборах стандартное соединение для калибровки шкалы масс можно вводить одновременно с исследуемым образцом. Это не затрудняет анализ, так как на спектре линии стандартного соединения разрешены от линий образца. Во-вторых, линии спектра, соответствующие ионам неподвижной жидкой фазы колонки (испарение жидкой фазы) и ионам образца, также обычно разрешены друг от друга благодаря различному элементарному составу этих ионов. В-третьих, можно разрешить и линии примесей, даже таких, молекулярный вес которых сравним с молекулярным весом исследуемого образца, при условии, конечно, что элементарный состав этих примесей отличается от элементарного состава образца. И наконец, если спектры регистрируют на фотопластинке, то любые изменения ионного тока, связанные с изменением концентрации хроматографически разделенного соединения, 1штегрируются. Некоторые из этих преимуществ приборов ГХ — МС высокого разрешения видны из рис. 5-23. На этом рисунке в увеличенном виде показана часть изображения спектра на фотопластинке, соответствующая диапазону значений величины т/е 280—295 (масс-спектрометр СЕС-21-110 типа Маттауха — Герцога). Каждый из показанных спектров (с номерами от 16 до 23), полученных при последовательных экспозициях, представляет собой горизонтальный ряд отчетливых вертикальных линий. Расстояние между линиями спектра определяется разностью квадратных корней из массовых чисел соответствующих ионов. Для выбранных характеристических ионов на спектрах указаны соответ- [c.236]

Полученные газо-хроматографическим методом сведения по идентификации примесей в треххлористом мышьяке подтверждены результатами анализа на масс-спектрометре типа JMS-01SB с двойной фокусировкой типа Маттауха — Герцога, со специально разработанной для треххлористого мышьяка системой напуска. [c.178]

Во всех описанных до сих пор приборах для фокусировки частиц использовались только отклоняющие поля. Герцог (1943) сконструировал масс-спектрометр, в котором фокусировка осуществлялась аксиальными электрическими ускоряющими полями и не была связана с дисперсией по массам и по энергиям. Кель-ман и др. (1969) описали масс-спектрометр, в котором используются отклоняющие поля, действующие только как призмы с фокусировкой по скоростям, и электростатические линзы с аксиальной симметрией, обеспечивающие фокусировку по направлениям. При этом для полей меньших размеров достигается более высокое разрешение. Либл (1969) указал на преимущества, которые дает введение нормальных линз до и после электрического поля. Это позволяет регулировать интервал значений Э независимо от пределов а, что нельзя осуществить в случае обычной геометрии Маттауха—Герцога. В данном случае можно пожертвовать чувствительностью для увеличения разрешения. Помимо этого, линзы можно использовать просто для точной юстировки прибора. В новом устройстве сохраняются преиму- [c.84]

Для более полного изучения вопроса целесообразно рассмотреть кратко историю развития метода. В 30-х годах, работая над проблемами создания ионно-оптических систем с хорошими характеристиками для точных измерений масс и для образования ионов из трудных веществ, Маттаух, Герцог и Демпстер заложили основы современной масс-спектрометрии с искровым источником ионов. Маттаух и Герцог (1934) разработали ионнооптическую систему, которая позволяет использовать фотопластину, а Демпстер (1935, 1936)—искровой источник ионов, в котором на электроды подается высокочастотное напряжение. Демпстер (1946) продемонстрировал также потенциальные возможности масс-спектрометрии с искровым источником ионов в аналитической химии. В конце 40-х — начале 50-х годов несколько исследователей построили приборы этого типа, предназначенные для аналитических целей. В 1959 г. появились первые выпускаемые промышленностью приборы, и в последующие годы наблюдалось бурное развитие этого метода. [c.140]

Все приборы собраны по схеме Маттауха—Герцога (рис. 4) и основаны на базе спектрометра Ханнея [58]. Радиус электростатического анализатора 20—64 см, максимальный радиус в магнитном анализаторе 20—30 см, минимальный 2,5—5 см. Разрешающая способность с фотографической регистрацией порядка 3000. Диапазон масс М-35М для одной установки поля. Искровой источник — типа высокочастотной искры. Твердые пробы (0,2 х 0,2 х X 1,2 см) помещают в зажим, находящийся в источнике. Искра получается при помощи импульсов (1 мгц) в диапазоне 10—100 кв. Для выбора оптимальных условий работы можно менять напряжение, продолжительность импульса и скорость следования импульсов. Ускорение ионного луча перед входом в анализатор достигается напряжением 2—20 кв. Напряжение на конденсаторе составляет одну десятую от напряжения ускорителя и должно быть стабилизировано по крайней мере с точностью до 0,001% во всем интервале экспозиций. На входе в магнитный сектор помещают монитор, перехватывающий часть ионного пучка . Измерение мгновенных и интегральных интенсивностей ионного пучка осуществляется при помощи интегрирующего усилителя постоянного тока. Мгновенное значение ионного тока помогает найти оптимальную величину пропускания ионов интегральная интенсивность служит мерой экспозиции. [c.340]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология