Ионные источники вакуумно-искровые

Масс-спектрометр с искровым ионным источником позволяет проводить многоэлементный химический анализ с высокой абсолютной и относительной чувствительностью [1]. Не менее важны и другие достоинства этого прибора, в частности, отсутствие влияния третьих элементов и хорошая линейность. Калибровочный график метода вакуумной искры в широком диапазоне концентраций представляет собой прямую, проходящую под углом 45° к осям координат [2]. Поэтому для количественного анализа достаточно определить значения коэффициентов относительной чувствительности Ki, которые определяют сдвиг калибровочных прямых, соответствующих различным примесям. [c.204]

Разброс энергии в ионном пучке, получаемом в искровом источнике, достигает величины 1 кэв. При такой неоднородности пучка нельзя использовать масс-спектрометр с фокусировкой только по углу, так как при этом предполагается применение ионного пучка, однородного по энергии [40]. Этот факт послужил тем препятствием, которое задержало применение метода вакуумной искры для химического анализа. [c.121]

Итак, рассмотрены три типа ионных источников с электрическим пробоем в вакууме искровой, вибрационный и низковольтный. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и может быть использован для решения определенного круга аналитических задач масс-спектрометрическим методом. В искровой масс-спектрометрии наибольшее распространение получил ионный источник с высокочастотным вакуумным разрядом. [c.23]

Развитие искровой масс-спектрометрии основано на последних достижениях ионной оптики, электроники, физики вакуумного разряда, материаловедения, вакуумной и электронно-вычислительной техники и применении высокочувствительных устройств для регистрации ионных токов. Основным достоинством элементного анализа при помощи масс-спектрометров с искровым источником ионов и двойной фокусировкой являются, с одной стороны, высокая абсолютная г) и относительная 10 %) чувствительность, а с другой — возможность одновременной регистрации на фотопластине нескольких десятков элементов-примесей— от лития до урана. Этим методом осуществляется анализ проводящих, полупроводящих и непроводящих компактных материалов, а также дисперсных, легкоплавких и замороженных жидких веществ. [c.5]

Главными достоинствами искрового ионного источника и масс-спектрометра с двойной фокусировкой является высокая абсолютная чувствительность — до 10 2 г, практически равновероятная ионизация всех атомов анализируемого вещества, одновременная регистрация на фотопластинку элементов от лития до урана включительно с относительной чувствительностью до 10 ат. % при расходе на проведение анализа нескольких миллиграммов пробы. Нестабильность вакуумного искрового разряда и соответственно ионных токов долгое время являлась причиной применения фоторегистрации заряженных частиц. Фотопластинка в данном методе выполняла роль интегрирующего элемента. В последние два-три года в искровой масс-спектрометрии фотопластинки успешно заменяются элект-рорегистрациен. [c.5]

В искровом ионном источнике происходит высоковольтный пробой вакуумного промежутка между электродами, в результате которого исследуемое вещество, нанесенное на электроды, распыляется и частично ионизируется (рис. 7.5) [48]. Электроды соединены со вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора, на первичную обмотку которого подается напряжение от генератора высокой частоты. Ионы, образующиеся при пробое вакуумного промежутка, ускоряются напряжением в 15-25 кВ и, пройдя систему коллимирующих щелей, попадают в масс-анализатор. Мощность искры в значительной степени зависит от изменения частоты следования и продолжительности запускающих импульсов. Амплитудное значение напряжения в искре выбирается в зависимости от природы анализируемого вещества и находится в пределах от 20 до 100 кВ. [c.850]

Вакуумно-искровой источник ионов [c.127]

И частоты повторения. Описано несколько масс-спектроскопов, использующих вакуумно-искровой источник ионов [416, 466, 776, 826, 827, 1829]. [c.128]

При решении аналитических задач на масс-спектрометре с искровым ионным источником важную роль играют вакуумные условия в анализаторе. Успехи вакуумной техники позволили оснастить приборы высокопроизводительными масляными насосами, дающими возможность получать вакуум в анализаторе 5 10 мм рт. ст. [c.16]

Отметим существенные недостатки искрового ионного источника во-первых, ионный ток по самой природе вакуумной искры чрезвычайно нестабилен во-вторых, высокое напряжение, при--лол<енное к электродам, приводит к большому разбросу ионов по энергиям, достигающему 1,5—5 кэв [39—41]. Эти свойства искрового источника делают невозможным применение его в масс-спектрометрах с одинарной фокусировкой. Большой раз- брос ионов по энергиям диктует необходимость фокусировки ионов по скоростям, а нестабильность ионного тока вынуждает применять интегральный метод регистрации спектра масс. Во всех приборах с искровым источником масс-спектр, как правило, регистрируют на фотопластинку или используют электрический детектор. Выбор фотографического способа регистрации был обусловлен его простотой, нечувствительностью к колебаниям ионного тока и возможностью одновременной регистрации с высокой чувствительностью широкого диапазона элементов, содержащихся в анализируемой пробе. [c.18]

При пробое вакуумного промежутка между электродами,, помещенными в искровой ионный источник, исследуемое вещество распыляется и частично ионизируется. Электрический искровой разряд в вакууме представляет собой сложное взаимодействие энергии с веществом. Ионы образуются одновременно-по нескольким механизмам, среди которых можно выделить катодное распыление, автоионную эмиссию, взаимодействие распыленных частиц с плазмой и термоионную эмиссию. В настоящее время, однако, невозможно разделить эти явления и установить, какой вклад вносится каждым из них в полный ионный ток. [c.31]

По характеру переведения твердых веществ в атомный пар ближе всего к взрыву тонких проволочек стоит вакуумный искровой разряд, применяемый в масс-спектрометре в качестве источника ионов. Однако этот источник не обеспечивает равновероятной ионизации распыленного вещества, хотя, возможно, атомизация твердой пробы и равновероятна [4]. [c.45]

Поскольку концентрация Л й главным образом зависит от содержания нейтралей в плазме, резкое снижение выхода многоатомных ионов в первой фазе пробоя свидетельствует о практически полной атомизации распыленного вещества. Это же было подтверждено и весовыми измерениями расхода анализируемой пробы при наборе экспозиции в 1000 нк. Они соответственно оказались равными 2 мг при использовании всех трех стадий разряда (см. рис. 1) и 0,2 мг — только одной стадии — инициирования разряда. Произведенные измерения показали, что глз бина образуемых кратеров в первоначальной стадии разряда достигает величины, меньшей 0,1 мк. Это обстоятельство будет играть важную роль при разработке методов послойного анализа тонких пленок без применения проводящих покрытий. Проведенные исследования показали также, что искровой вакуумный разряд может быть одновременно использован и в качестве ионного источника для масс-спектрометрии и как универсальный атомизатор при атомно-абсорбционном анализе твердых веществ. [c.46]

Нестабильность ионного тока устраняется двумя путями использованием фотографических пластин [41—43] или применением регистрирующей системы, в которой фиксируются отношения разрешенного и неразрешенного ионных пучков вместо величины одного разрешенного пучка. В искровом источнике анализируемый образец полностью распадается и наблюдаемый масс-спектр представляет собой сумму масс-спектров индивидуальных элементов, из которых состояло твердое вещество. Метод вакуумной искры не может дать информации для идентификации сложных соединений он применяется главным образом для анализа металлов, сплавов, полупроводниковых материалов и т. п. [c.121]

Когда требуется дать быстрый ответ о составе образца, нужно рассмотреть работу аналитической лаборатории в нескольких аспектах. Поскольку большинство лабораторий имеют только один масс-спектрометр с искровым источником, расписание его работы должно быть составлено таким образом, чтобы допускать включение срочных анализов. Для этого нужно иметь связь с заказчиками, образцы которых должны быть проанализированы в первую очередь. Во всяком случае, время, необходимое для подготовки образца, его закрепления в держателях, введения в источник ионов и создания вакуума, нельзя значительно сократить. Некоторый выигрыш во времени можно получить, помещая в источник ионов сразу несколько образцов либо используя для их ввода вакуумный шлюз. Для нормального помещения одного образца в масс-спектрометр с искровым источником ионов минимальное время операций составляет 15 мин. После этого в принципе можно немедленно начинать сканирование или переключение пиков, но желательно перед получением аналитических результатов произвести обыскривание электродов. Учитывая возможность использования автоматических устройств, действительное время, расходуемое на получение аналитических данных, можно сократить. Это положение относится главным образом к тем случаям, когда заказчик требует ответа немедленно, так как опыт работы в лаборатории авторов свидетельствует о том, что при этом обычно определяются лишь несколько примесей. [c.176]

Масс-спектрометрия с искровым источником ионов используется для анализа широкого круга веществ. Если материал электропроводен, вакуумный разряд осуществляется непосредственно между электродами, изготовленными из самого образца. Для анализа изоляторов их обычно измельчают, смешивают с порошком чистого серебра или графита и прессуют электроды. [c.248]

Исследованию основных аналитических характеристик метода вакуумной искры — чувствительности и точности получаемых данных — посвящена больщая часть публикаций. Пределы точности масс-спектрометрических результатов зависят от чувствительности эмульсии на различных участках фотопластинки, режимов работы искрового источника, характера образования ионов исследуемого вещества в искровом промежутке, структуры спектра масс, вариаций фона фотопластинки и условий ее проявления, соответствия индивидуальных ионных токов элементному составу анализируемых веществ, распределения примесей в пробе и т. д. [c.6]

Хотя в качестве ионного источника можно использовать дугу (разд. 8.1), промышленно, выпускают только искровой источник [8.5-1]. Масс-спектрометры с искровым источником (ИИМС) появились в 1960-х гг. Используют искру высокого напряжения (разд. 8.1). Была использована искра постоянного тока, но в производимых приборах применяют импульсное поле с частотой 1 МГц, чтобы получить цуг коротких импульсов через межэлектродный промежуток. Поскольку длительность импульса (20-200 мкс) и частоту повторения (1Гц -10 кГц) можно изменять довольно широко, можно оптимизировать условия ионизации в соответствии с типом пробы. В противоположность искровым источникам для атомно-эмиссионной спектрометрии, которые работают обычно при атмосферном давлении, искровой источник для МС функционирует в условиях вакуума. Электроды расположены в искровом кожухе, который также соединен с высоким напряжением. Электрическое соединение не дает большинству ионов сталкиваться со стенками вакуумной системы, что могло бы привести к распьшению материала кожуха. [c.136]

ХОЛОДНОЙ штамповкой. Для гидростатического прессования были изготовлены миниатюрные контейнеры, показанные на рис. 9.1. Контейнер тщательно очищали и наполняли порошком высокой чистоты, затем закрывали резиновой пробкой и откачивали через медицинскую иглу. Использовали хорошие вакуумные системы для того, чтобы избежать загрязнения во время откачки. После удаления иглы отверстие закрывали авиационной замазкой или второй резиновой пробкой. После того как образец был откачан и закрыт, его помещали в запаянный контейнер и подвергали гидростатическому давлению - 2700 атм. Если давление было ниже, образцы рассыпались в источнике ионов под действием искрового разряда. Размеры электродов после прессования диаметр 0,5 см, длина 2,5 см. Горячее прессование проводили в атмосфере кислорода в течение 0,5 мин при 100 °С давление составляло 1000 атм пуансоны были изготовлены из AI2O3 или SI . [c.304]

Анализ высокопроцентных содержаний примесей с помощью искровой масс-спектрометрии имеет мало преимуществ по сравнению с рентгеноспектральным методом, результаты которого отличаются высокой точностью и воспроизводимостью. Рентгеноспектральный метод неэффективен для измерения легких элементов Ве, Li, Не, Н, которые могут быть определены методом вакуумной искры. В этом, пожалуй, единственное преимущество масс-спектрометра с искровым ионным источником при анализе прнмесей, содержащихся в больших концентрациях. Чувствительность электрической регистрации ионных токов составляла 10 а. В настоящее время имеются приемники ионов, позволяющие детектировать токи с чувствительностью до 10 а, т. е. теоретически можно легко достигнуть предельной чувствительности фотографического метода регистрации порядка 10 —10 % и даже превысить ее. На практике с помощью электрической регистрации такая чувствительность теперь реализуется на приборах с устройствами для стабилизации ионного тока, оснащенных необходимыми детектирующими приставками [20, 21]. [c.115]

Харингтон и др. [44] предложили конструкцию криогенного насоса (рис. 1.4), размещенного непосредственно в ионном источнике, что позволило создать благоприятные вакуумные условия в области искрового разряда. [c.19]

Спектры масс, полученные с помощью источника типа вакуумный вибратор , отличаются от спектров искрового источника более интенсивными многозарядными ионами, во всяком случае, интенсивности двухзарядных ионов превосходят 1штен-сивность однозарядных. Существенный недостаток вибрационного ионного источника — трудность получения коротких экспозиции. [c.21]

Таким образом, при исследовании относительного выхода ионов для получения результатов, характеризующих поведение различных материалов, необходимо исключить потери электрической энергии на соиротивлеппях образца и контакта металл— полупроводник. В нашем случае, когда одним из образцов была пластина из полупроводникового материала, на поверхность кремния был нанесен в вакуумной установке алюминиевый слой толщиной 1 мкм. Обеспечив меха[[ический контакт алюминиевой пленкн с держателем образца, удалось полностью исключить влияние проводимости пробы на условия ис-крообразования. Благодаря этому ири постоянных режимах работы искрового ионного источника, и перемещении образца относительно сканирующего электрода со скоростью около 2 мм/мин (во избел анпе локального перегрева алюминиевой пленки) для отношения ионных токов были получены значения, [c.44]

Анализ работ по применению искровой масс-спектрометрии для определения газов и углерода в твердых веществах позволяет сделать заключение о принципиальной возможности использования этого метода для решения таких задач. Однако имеющиеся данные свидетельствуют и о том, что предельная чувствительность определения кислорода, азота и углерода методом вакуумной искры не превышает возможности других методов анализа газов. В то же время сложность анализа этих прнмесей на масс-спектрометре с искровым источником ограничивает его широкое распространение в будущем. Эти трудности усугубляются низкой производительностью метода, так как перед проведением анализа необходим многочасовой прогрев ионного источника, что не всегда гарантирует правильность получаемых данных для этих примесей. Возможность метода также ограничивается природой исследуемых веществ и особенностями их спектров масс, так как во многих случаях аналитические линии газов бывают перекрыты линиями много-зарядных ионов. [c.133]

В связн с определением состава тонких слоев наряду с из-вестпыми аналитическими характеристиками искровой масс-спектрометрии (диапазон регистрируемых примесей, чувствительность, правильность и точность результатов) большое значение приобретает пространственное разрешение. Минимально возможная толщина слоев, которые могут быть проанализированы с помощью искрового ионного источника, определяет возможность применения масс-спектрометрического метода вакуумной искры к послойному анализу тех или иных объектов. [c.158]

С целью уменьшения глубины эрозии пробы Хикэм и Суини [12] предложили оригинальный метод, в котором анализируемая поверхность перемещалась с большой скоростью относительно противоэлектрода. Образец в форме пол рованного диска диаметром около 2 см закрепляли в ионном источнике на оси электромотора и во время анализа ириводили во вращение со скоростью 1750 об мин. Неподвижный золотой электрод, изготовленный в виде иглы, устанавливали вблизи края диска на расстоянии менее 25 мкм от поверхности пробы и между ними возбуждали искровой вакуумный разряд (рис. 5.4). [c.160]

Эти источники кратко описаны в разд. П,Л,4. Несмотря на то что в настоящее время появился значительный интерес к низковольтным источникам постоянного тока, опубликовано сравнительно немного статей по их аналитическим применениям [26, 156, 157]. Халлиди и др. [26] выполнили сравнительные исследования с искровым источником и с дугой постоянного тока на масс-спектрометре типа AEI MS7. Найдено, что применение дуги постоянного тока ограничено проводящими пробами, но этот источник полезен также и для определения труднолетучих материалов с высокой температурой кипения, так как ионные токи дугового источника иногда на порядок выше токов искрового источника. Для полуколичественных определений дуга постоянного тока менее подходит, чем искра, из-за большой интенсивности многозарядных ионов, а также из-за большого фона. Для оценки возможностей применения дуги постоянного тока при определении следов элементов еще предстоит большая работа. Копцемус и Свек [170] недавно описали пьезоэлектрический источник ионов типа вакуумного вибратора. Авторы применили бинластинку цирконата-титаната свинца, питаемую переменным током, для возбуждения колебаний движущегося электрода. У этого источника наблюдались большие ионные токи (З-Ю" а), а разброс энергий ионов значительно меньше разброса энергий радиочастотных источников. [c.368]

При анализе труднолетучих неорганических веществ наиболее часто лрименяют искровые источники ионов. На рис. 13.2 приведена схема искрового источника ионов. Два электрода — анализируемый образец ) и дисковый электрод 2 —соединены с вторичной обмоткой источника переменного напряжения 5 радиочастотного диапазона ( - 1 МГц). Вакуумную искру получают при приложении напряжения между электродами и 2. Если напряжение достаточно для получения электрической искры (20—40 кВ), то на электроде 1 вследствие нагрева твердое вещество испаряется и поступает в пространство между электродами. В этом пространстве при бомбардировке электронами, появляющимися при разряде, образуются ионы. Ионы с помощью фокусирующего электрода 4 направляются на входную щель 5 масс-анализатора, где они в соответствии с отношением массы к заряду т/е разделяются. В приборах с двойной фокусировкой разделение ионов по массам достигается комбинированным воздействием электрического и магнитного полей. [c.222]

Труднее всего обнаружить низкие концентрации при анализе так называемых газообразующих примесей водорода, углерода, азота и кислорода. Мешающими факторами здесь являются фон остаточных газов в источнике ионов и загрязнения поверхности образцов. Использование специальных приемов анализа (прогрев источника ионов, откачка высокопроизводительными вакуумными насосами и т. д.) позволяют снизить предел обнаружения этих элементов с помощью искрового зонда до (мол.), что иримерно соответствует возможностям других методов определения газообразующих примесей. Эти процедуры достаточно сложны, и их применение оправдано в основном полнотой анализа, так как одновременно с газообразующими примесями определяются и другие элементы. Но существуют и специальные масс-спектрометрические методы для анализа газообразующих примесей с помощью электронного либо лазерного зонда. В последнем случае применяют лазер, работающий в режиме свободной генерации. Он служит для испарения вещества (атомизации), а ионизацию проводят пучком электронов, как при анализе паров. [c.215]

Масс-спектральный метод вакуумной искры начал с 1954 г. применяться для определения примесей в полупроводниковых веществах [1]. Описание конструкции промышленного масс-анализатора с двойной фокусировкой, искровым источником ионов, фотографической регистрацией спектра масс и метод анализа некоторых твердых веществ при помощи этого прибора изложены в работе [2]. О конкретных применениях метода вакуумной искры для анализа ультрачистых веществ, сплавов, непроводящих материалов, химических элементов с низкой температурой плавления и микропримесей в жидкостях говорится в работах II—6]. [c.104]

При давлении 10 мм рт. ст., подавая поджигающее напряжение, возбуждают скользящую искру на поверхности изолирующего слоя между угольным противоэлектродом (катодом) и вспомогательным анодом (рис. 3.9). Образовавшиеся в результате этого ионы и электроны инициируют главный искровой разряд между круглым угольным электродом и анализируемой пробой (анодом). Маломощная плазма вспомогательной поджигающей искры практически не загрязняет основной источник излучения. Благодаря низкой концентрации паров и высокой плотности многократно ионизированных атомов в плазме создаются условия для эмиссии атомов трудновозбудимых элементов. При таких условиях чувствительность определения будет наивысшей в том случае, если внешняя электронная оболочка ионов подобна оболочке атомов щелочных металлов, т. е. если при возбуждении ионов осуществляются переходы между термами з я р. Слабая вспомогательная искра расположена далеко от оптической оси спектрографа (расстояние между электродами порядка нескольких вантиметров) и экранируется круглым угольным электродом. Поэтому ее излучение не проявляется на аналитическом спектре. Этим методом по линиям 0111 — О VI и N IV — NV в области вакуумного ультрафиолета (ниже 1000 А) определяли в титановых образцах кислород и азот в интервалах концентраций 0,01—1,0 и [c.104]

Вакуумную искру получают при приложении высокого радиочастотного напряжения между образцом и диском. Если напряжение достаточно для получения вакуумной искры, то вследствие нагрева твердое вещество на электродах испаряется и поступает в пространство между электродами. Здесь, в результате бомбардировки электронов, появляющихся при разряде, образуются ионы. Интенсивная ионизация происходит вследствие соударения этих ионов с электродами. Механизм образования ионов в искровом источнике подробно рассмотрен Чупахиным и Гланиным [71]. [c.120]

Перенос ионов из источника к приемнику в масс-спектрометре с двойной фокусировкой зависит от ряда факторов, в частности от энергии, заряда частиц и геометрии прибора. Энергия ионов, образуемых в вакуумном разряде, изменяется в широких пределах, особенно для легколетучих компонентов. Из геометрических факторов большую роль играет величина межэлектродного зазора. Вулстои и Хониг [25] отмечают, что в искровом источнике разброс ионов по энергиям возрастает с увеличением зазора между электродами и ростом импульсного напряжения. [c.116]