Фокусировка ионного пучка по направлению

Наиболее важной характеристикой масс-спектроскопа является метод, которым осуществляется фокусировка ионного пучка. Эту характеристику очень удобно использовать при разделении приборов на отдельные типы. Фокусировка улучшает степень разделения соседних масс, увеличивает интенсивность измеряемого ионного пучка и, таким образом, делает измерение интенсивности и положения пучка более точным. Область применения того или иного масс-спектроскопа определяется в большой степени эффективностью фокусировки. Возможны следующие типы фокусировки, использующиеся для концентрирования ионов одинаковой массы в пучок фокусировка по направлению, в которой ионный пучок формируется из ионов, имеющих различное начальное направление, но одинаковую скорость, фокусировка по скорости, в которой ионный пучок формируется из ионов, имеющих различную скорость, но предполагает-гО ся, что все они обладали одним и тем же начальным направлением. В случае Р двойной фокусировки ионный пучок формируется из ионов, обладающих [c.17]

В масс-спектрографах Астона [71, 77, 85] так же, как и в приборе Коста [398], применяются последовательные электростатическое и магнитное поля. Астону [74] удалось осуществить фокусировку ионного пучка по скоростям при помощи устройства, схематически изображенного на рис. 1. Эта система полей не обеспечивает фокусировку по направлению, вследствие чего интенсивность и разрешение, хотя и повышены по сравнению с параболическим спектрографом, но все-таки не так высоки, как в приборах с двойной фокусировкой. [c.18]

Ионный источник состоит из камеры 2, в которую попадает анализируемый газ. От накального катода / в камеру, находящуюся относительно катода под положительным напряжением, идет пучок электронов, который ионизирует газ. Для фокусировки электронов вдоль направления их движения создают магнитное поле Н, вдоль линий которого электроны распространяются по спирали. Две диафрагмы 3 к 4 формируют направленный пучок ионов и разгоняют его благодаря разности потенциалов /о- Заряд ионов положительный, поэтому диафрагма 3 заряжена положительно относительно диафрагмы 4. Ионы разгоняются до одинаковой энергии, которая определяется формулой [c.83]

Приёмник ионов. Разделённые по массам (точнее по М/е) и сфокусированные ионные пучки необходимо принять каждый в отдельный, по возможности замкнутый, объём ( приёмный карман — 6, 7 на рис. 7.1.1), вход в который размещён в фокусе соответствующего ионного пучка. От приёмных карманов должно отводится выделяющееся тепло, необходима возможность контроля качества фокусировки ионных пучков, точности наводки масс-спек-тра на соответствующие карманы и его удержания в оптимальном положении в течение всего процесса накопления. Карманы должны быть сделаны с учётом интенсивного катодного распыления поверхностей, принимающих ионы, и защищены от загрязнения другими изотопами или не разделённым веществом. Все эти функции выполняет ионный приёмник — второй важный узел сепаратора. Приёмник обычно представляет собой жёсткий блок изолированных друг от друга (или не изолированных) карманов (коробок), смонтированный на платформе, способной перемещаться в направлении продольной оси прибора (указано стрелкой на рис. 7.1.1) для совмещения входов в карманы с фокусами ионных пучков. Реперные электроды 8 позволяют контролировать положение спектра, качество фокусировки, правильность наводки. [c.294]

При ускорении образующихся ионов разные частицы, даже имеющие одинаковую массу, приобретают несколько различные скорости, поэтому составляющие ионного пучка различаются пе только по массе и заряду, но также и по скорости и в известных пределах по направлению движения. Конструкция масс-спектрометра должна обеспечивать регистрацию частиц с заданным значением т е независимо от их скоростей или направлений движения. Эта задача решается системой фокусировки ионного пучка с помощью [c.175]

Магнитное поле обладает особенностью осуществлять фокусировку ионов по направлению. На рис. 1.6 представлена идеальная картина выхода ионов из ионного источника через щель S в наиравлении, параллельном ускоряющему электрическому полю. Часть ионов вылетает под некоторым небольшим углом к направлению поля, т. е. имеет место расходимость пучка ионов. Так, ион, вылетевший вертикально вверх, опишет полуокружность диаметром 5Л = - =2г. Другой нон, вылетевший под малым углом еВ [c.30]

Очень важным достоинством циклотрона является обеспечиваемая им фокусировка ионного пучка. Электростатическая фокусировка в зазоре между дуантами совершенно аналогична той, что происходит в высоковольтных ускорительных трубках. Однако этот эффект становится ничтожно малым с возрастанием энергии ионов. Но при этом по мере передвижения ионов к периферии все в большей степени проявляются эффекты магнитной фокусировки. Это легко уяснить по виду магнитного поля, показанного на рис. 82. Вблизи краев полюсных наконечников силовые линии магнитного поля искривлены, и поэтому поле обладает горизонтальной компонентой, обеспечивающей силу, которая действует на ион в направлении медианной плоскости в том случае, если ион движется по орбите, находящейся выше или ниже этой плоскости. Подобная фокусировка [c.358]

Наиболее важной характеристикой масс-спектроскопа является метод, которым осуществляется фокусировка ионного пучка. Эту характеристику очень удобно использовать при разделении приборов иа отдельные типы. Фокусировка улучшает степень разделения соседних масс, увеличивает интенсивность измеряемого ионного пучка и, таким образом, делает измерение интенсивности и положения пучка более точным. Область применения того или иного масс-спектроскопа определяется в большой степени эффективностью фокусировки. Возможны следующие типы фокусировки, использующиеся для концентрирования ионов одинаковой массы в пучок фокусировка по направлению, в которой ионный пучок формируется из ионов, имеющих различное начальное направление, но одинаковую скорость, фокусировка по скорости, в которой ионный пучок формируется из ионов, имеющих различную скорость, но предполагается, что все они обладали одним и тем же начальным направлением. В случае двойной фокусировки ионный пучок формируется из ионов, обладающих различной начальной скоростью и направлением. За редкими исключениями, фокусирующие устройства, используемые в масс-спектроскопии, фокусируют ионные лучи лишь в одной плоскости, и потому они эквивалентны цилиндрическим линзам. Были описаны приборы, в которых применены все эти методы фокусировки первого и более высокого порядка. Известны также методы получения идеальной двойной фокусировки были сконструированы приборы, использующие подобные системы. Еще один важный метод фокусировки пучка > ионов — по времени пролета , используется в масс-спектрометрах, которые описаны позже. В этом методе все ионы с определенным отношением массы к заряду достигают коллектора в одно и то же время и могут быть отделены от ионов с иным отношением массы к заряду, которые попадают на этот же самый коллектор в иное время. [c.17]

Введение электростатического поля перед магнитным (двойная фокусировка) позволяет получать настолько высокое разрешение, что массы частиц могут быть найдены с точностью до трех или четырех десятичных знаков [1, 3—7, 10в, Юг]. На рис. 4а и 46 даны примеры схем таких приборов с двойной фокусировкой. В электрическом поле на положительный ион действует сила в направлении поля таким образом, путь иоиа, движущегося поперек поля, искривлен. В радиальном электрическом поле (всегда перпендикулярном к направлению полета ионов) радиус кривизны пути иона зависит от энергии иона и напряженности электрического поля. Электрическое поле является анализатором энергии, а не анализатором масс и предназначается для ограничения разброса энергии ионного пучка перед тем, как он войдет в магнитное поле. [c.28]

В отличие от масс-спектрографа Астона, в масс-спектрометре Демпстера осуществляется фокусировка ионного луча по направлению, а не по скоростям. В то время как отклоняющие поля Астона играли роль призм , Демпстер использовал магнитное поле как линзу . Рис. 3 иллюстрирует фокусирующее воздействие однородного магнитного поля на пучок ионов с одинаковой массой [c.19]

Таким образом, магнитное поле масс-анализатора выполняет две функции разделение ионов по массам и фокусировку по направлению составляющих ионного пучка, содержащих ионы одинаковой массы. [c.22]

Рис. И. Пример масс-спектрографа с полной двойной фокусировкой второго порядка в одной точке фотопластинки B 2= / 22 = 0)- Оба поля отклоняют ионный пучок в одном и том же направлении (см. табл. 8, № 2). ф .= 187,39°,ф, = 74,67 .

Рис. 12. Пример масс-спектрографа с полной двойной фокусировкой второго порядка в одной точке фотопластинки [Вц = В 2= 822=0). Электростатическое и магнитное поля отклоняют ионный пучок в противоположных направлениях (см. табл. 9, № 4).

Параметры масс-спектрографов с полной двойной фокусировкой второго порядка в одной точке фотопластинки (Вц = Вх2 = В22 = 0) и электростатическим и магнитным полями, отклоняющими ионный пучок в противоположных направлениях [c.43]

Еще один фактор, не упомянутый выше, имеющий прямое отношение к величине тока на коллектор ионов, но не зависящий от объемного заряда, представляет собой эффективность собирания ионов. Обычно не пытаются сфокусировать ионный пучок в направлении, параллельном магнитному полю. В ряде случаев прохождение пучка ионов через краевое магнитное поле равносильно некоторой слабой фокусировке. В отсутствие этого эффекта ионы сохраняют в этом направлении компоненту скорости, с которой они покинули источник. Таким образом, расстояние, которое они проходят в этом направлении, пропорционально времени их пролета. Для масс-спектрометров с заданной конфигурацией поля время пролета ионов пропорционально величине т/В и не зависит от радиуса прибора. Это явление было рассмотрено в работе Берри [21]. [c.61]

Разделение ионов по скоростям и по направлениям (двойная фокусировка) осуществляется с помощью магнитного (2) и электростатического (17) анализаторов. Ионные пучки, содержащие ионы с одинаковым отношением массы к заряду, поступают в приемник ионов, а затем на усилитель постоянного тока 4) или электронный умножитель с передачей сигнала на ЭВМ [c.9]

Рис. 3.3. Влияние угла выхода пучка на фокусировку ионов в радиальном и 2-направлениях.

По сравнению с предыдущим случаем подобная комбинация обладает рядом преимуществ. Полная траектория имеет меньшую длину, поэтому расширение пучка меньше, что снижает дефекты изображения. Для заданного промежутка между цилиндрами, создающими электрическое поле, можно собрать пучок, имеющий большее угловое расхождение. Эффект частичной фокусировки в 2-направлении приводит к возрастанию чувствительности и снижению фона, обусловленного отраженными ионами. И наконец, пучок падает на фотографическую пластину более круто, поэтому поверхностный заряд на пластине оказывает на него меньшее влияние. [c.83]

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]

Некоторые ионы отражаются, соударяясь с металлической поверхностью. Обычно они составляют только небольшую часть входящего пучка, но при наклонном падении пучка на поверхность их влияние может стать заметным. Эти условия возникают на пластинах, создающих отклоняющее электрическое поле, и особенно на полюсных наконечниках, ограничивающих узкий промежуток, в котором создается магнитное поле. Отраженные ионы теряют очень малую долю своей энергии и вносят вклад в хвосты пиков. Они отрицательно сказываются на разделении дублетов, особенно в тех случаях, когда одна из линий имеет гораздо большую интенсивность, чем другая. Лучший способ подавления отраженных ионов — исключение падения ионов на поверхность под скользящим углом. Для этого необходимо сделать зазор между полюсными наконечниками достаточно широким и обеспечить фокусировку в 2-направлении. Если возможно, электрическому полю следует придать такую конфигурацию, чтобы на пластины не попадали даже ионы с энергией, максимально отличающиеся от средней. Если это нельзя осуществить (с некоторыми источниками ионов, характеризующимися большим разбросом по энергиям), пластины конденсатора следует обработать таким образом, чтобы их поверхность была неровной. Это приводит к исключению скользящих соударений. [c.90]

Влияние фокусировки в 2-направлении можно продемонстрировать рис. 3.12, на котором представлены некоторые типичные траектории ионов в трех различных комбинациях полей. Абсцисса измерена вдоль центральной траектории пучка. Предположим, что в источниках ионов образуются пучки с одинаковым диаметром 2г и угловым расхождением Линза образует [c.93]

В масс-спектрографе с классической геометрией Маттауха— Герцога (1934) не осуществляется фокусировка в г-направлении. На рис. 3.12, а изображено расширение пучка, на которое не оказывает влияния ни цилиндрическое электрическое поле, ни магнитное поле. Расширение пучка, если он не ограничен диафрагмами, является характеристикой только источника ионов. Длина спектральных линий равна 2го, если она не ограничена шириной зазора между полюсными наконечниками. Уменьшение ширины зазора приводит только к укорачиванию спектральной [c.93]

Точные значения атомных масс экспериментально определяются с помощью масс-спектрометрической техники. Существуют различные типы масс-спектральных приборов. Как правило, отношение заряда положительно заряженных ионов к их массе определяется по величине отклонения ионного пучка в результате комбинированного действия магнитного и электрического полей. Различные системы приборов отличаются устройством, позволяющим осуществлять для ионов с данным отношением е М фокусировку либо по скоростям, либо по направлениям, либо по тому и другому. Приборы, в которых массовый спектр регистрируется на фотопластинке, называются масс-спектрографами, а приборы, где собирается и измеряется ионный ток,— масс-спектрометрами. [c.35]

Рядом исследователей изучалось неоднородное секторное магнитное поле [132]. Если напряженность поля изменяется с радиусом по закону г , где п немного меньше единицы, то дисперсия масс и разрешающая сила могут стать гораздо большими, чем в случае однородного поля [27, 531, 1985]. При этом на приборе с простой фокусировкой может быть достигнута разрешающая сила в несколько тысяч. Было показано [154], что, используя специальную формулу для получения магнитного поля определенного очертания, действующего в радиальном направлении, можно улучшить фокусирующие свойства 180-градусного спектрометра, которые позволят работать с гораздо более расходящимися ионными пучками [1123, 1208]. [c.29]

Фокусировка по направлению, которая должна была быть получена согласно оптической аналогии с системой линз, отсутствует действие полей аналогично действию ахроматической системы призм. Здесь в пучке, однородном по массе, но неоднородном по энергии, дисперсия, обусловленная электростатическим полем, приводит к спектру по скоростям. Эта дисперсия компенсируется магнитным полем. Линии фокуса ионов с различным отношением массы к заряду лежат в одной плоскости. Таким образом, для регистрации всего масс-спектра может быть использована фотопластинка. Позднее на основе прибора Астона были сконструированы масс-спектроскопы [1473, 1990] и другие устройства с фокусировкой по скорости [1760]. [c.18]

Приблизительно в то же время, когда Астон сконструировал свой первый масс-спектрограф, Демпстер [455] построил свой первый масс-спектрометр. В основу метода фокусировки пучков определенных масс Демпстер положил метод, открытый Классеном [348, 349] и использованный им для электронного пучка. Прибор Демпстера схематически изображен на рис. 2. Пучок ионов, ускоренных напряжением V, входит в постоянное магнитное поле, расположенное под прямым углом к направлению движения ионов. Ионы с массой т и зарядом е попадают в магнитное поле со скоростью V, причем, — [c.18]

Как показано па рис. 1, тороидальный конденсатор дает астигматическую фокусировку. Пучок ионов, обладающих определенной одинаковой энергией, выходит из точечной диафрагмы А и расходится как в радиальном ( ), так и в осевом (z) направлениях па одинаковую величину на одном и том же расстоянии (Z = er = ez) от диафрагмы А до конденсатора. [c.20]

Маэ и Вагнер (1967) описали различные типы ионных преобразователей, которые используются совместно с ионно-чувствитель-ными пластинами и значительно повышают чувствительность анализа. В их системе пучок ионов, разделенный в масс-спектро-метре с двойной фокусировкой, попадает на электрод вторичной эмиссии (2), как показано на рис. 4.9. Вторичные электроны, собранные магнитным полем, ускоряются по направлению к чувствительной пластине, где они образуют затемненные линии. Чувствительность можно увеличить почти в 3 раза с помощью ионного преобразователя, который имеет повышенную чувствительность по отношению к электронам (почти в 4 раза), и снижением [c.134]

В течение ряда лет после опубликования оригинальной статьи Демпстера было сконструировано большое число приборов с использованием метода фокусировки по направлению с магнитом, вызывающим 180-градусное отклонение ионного пучка [947—951, 1894, 1986]. В числе этих приборов были и промышленные образцы. Интересная модификация обычного магнита была предложена Блэкни [222], который для получения необходимого однородного магнитного поля использовал соленоид, охлаждаемый водой. [c.21]

Параметры масс-спектрометров с двойной фокусировкой второго порядка (Вц = В 2 22 = ) ялрчтростатическим п магнитным полями, отклоняющими ионный пучок в одном II том же направлении. Границы магнитного поля прямые [c.32]

Параметры масс-спектрометров с двойпой фокусировкой второго порядка = = 522 = 0) п электростатическим и магнитным полями, отклоняющими ионный пучок в одном и ЮМ же направлении. Границы магнитного поля [c.33]

На рис. 77 представлено устройство фокз сирующей системы. Электронный пучок, направленный вдоль магнитного ноля, проходит через ионизатор, а образовавшиеся ионы начинают двигаться под действием электрического ноля наирян снием до 2— 3 тыс. в, имеющегося между электродами Л и 4. Для фокусировки [c.216]

Чтобы обойти эту трудность, к отклоняющему магнитному полю добавляют отклоняющее электростатическое поле. Главная цель такой комбинации полей — добиться компенсации отклонений от центральной траектории, вызванных небольшим изменением энергии частиц в пучке. В таких приборах осуществляется фокусировка ионов как по направлению, так и по энергии, поэтому они называются масс-спектрометрами с двойной фокуси- [c.65]

Более совершенный прибор подобного типа, приводящий к выигрышу в интенсивности более, чем на порядок величины, сконструирован Зауэрманом и Эвальдом (1959). Расширение пучка для этой комбинации полей изображено на рис. 3.12, в. В этом случае достигается полная фокусировка в 2-направлении, осуществляемая тороидальным полем, которое образует 2-изображение входной щели примерно в середине магнитного поля. Длина спектральной линии 221 фактически не зависит от длины входной щели, но пропорциональна угловому расширению пучка. Аналогично случаю, приведенному на рис. 3.12, а, плотность пучка и чувствительность пропорциональны длине входной щели до тех пор, пока она полностью освещается источником ионов, а расстояние между полюсными наконечниками больше, чем длина изображения входной щели. При выполнении этих условий чувствительность не зависит от ширины зазора между полюсными наконечниками. Поскольку при неизменной конфигурации входящего пучка длина спектральных линий уменьшается от 2го до 2г , соответственно увеличивается чувствительность. [c.95]

При осуществлении первоначальной юстировки трубки был обнаружен интересный экспериментальный факт, заключающийся в том, что сдвиг пучка ионов поперек щели контролхшого коллектора, осуществленный путем изменения ускоряющего напряжения на отклоняющих пластинах, смещал конечное изображение в направлении пучка ионов более того, это изменение можно было осуществить без сколько-нибудь значительного влияния на фокусировку по энергиям. Поэтому было решено разработать на основе этого явления простой метод для поддержании [c.83]

Как уже указывалось в предыдущем разделе, достижимая разрешающая способность магнитного секторного поля тем меньше, чем больше диапазон энергий разделяемых ионов. Для достижения особо высокого разрешения комбинируют секторное и электрическое поля таким образом, чтобы дисперсия энергии магнитного поля точно скомпенсировалась дисперсией энергии электрического поля (фокусировка по энергии). При этом важно обеспечить постоянство действия фокусирующих линз обоих полей на расходящийся пучок ионов (фокусировка по направлению). Масс-спектрометр с такой системой разделения ионов называется масс-спектрометром с двойной фокусировкой. Разрешающая способность приборов этого типа лежит в области порядка 30 000, а в специальных случаях может быть еще выше. [c.290]

Для изучения фокусировки по скоростям можно использовать тот же способ размещения небольшого отверстия в плоскости р-щели и наблюдения за смещением пика при изменении положения этого отверстия. Для этой операции необходим пучок ионов с большим разбросом по энергиям. Чтобы его получить, можно наложить на ускоряющий потенциал переменное пилообразное напряжение. Точной юстировки также можно добиться, перемещая р-щель в радиальном направлении. Другой метод настройки масс-спектрографов рассмотрен в работе Эвелинга и Венде (1957). [c.98]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология