Фокусировка ионного пучка по скорости

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]

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]

Идея фокусировки ионов по скоростям впервые была выдвинута Фаулером и осуществлена Астоном и Фаулером (1922). В то время обычно использовали газоразрядные источники ионов, в которых образовывались заряженные частицы с широким разбросом энергий. Чтобы получить масс-спектр, необходимо при помощи отклоняющего электростатического поля предварительно выделить ионы одной энергии, а затем этот моноэнергетический пучок анализировать по массам в магнитном поле. Поскольку линии масс-спектра должны быть четкими, диапазон энергий для анализа приходится предельно сужать. К сожалению, это приводит к резкому снижению интенсивности. Астон и Фаулер открыли принцип фокусировки по скоростям, позволяющий преодолеть эту трудность. В этом случае можно значительно увеличить диапазон энергий для анализа, не вызывая расширения спектральных линий. Единственное требование заключается в том, что большее отклонение медленных ионов в электрическом поле необходимо компенсировать их ббльшим [c.75]

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]

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]

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]

Метод масс-спектрального анализа основан на том, что поскольку молекулы или атомы различных веществ имеют и различный вес, то, обладая одинаковым зарядом, они по-разному отклоняются от прямолинейного пути, если проходят через электрическое или магнитное поле. Наличие несколько отличных скоростей у двигающихся частиц и различное отношение их заряда к массе осложняют задачу выделения отдельных пучков лучей, где собирались бы одинаковые ионы какого-либо вещества. Для решения этой задачи применяется специальная фокусировка ионов. [c.204]

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]

Разность потенциалов между электродами Е и Е , составляла 150 в. Ускоряющий ионы потенциал был меньше, так как они производились в области между электродами. Истинная величина ускоряющего потенциала была получена из расстояния между осью, проходящей через диафрагмы D, и электродом Е , в предположении линейного падения потенциала между электродами. Это — наиболее слабое место во всей процедуре, поэтому задавалась широкая полоса при определении отклонения в расчете, что ускоряющий потенциал мог отличаться на 10% от того, который дается геометрической длиной пути ионов между электродами, и соответствовал падению потенциала в 90 в. Пучок ионизующей радиации фокусировался с помощью флюоритовых линз через кварцевое окно в центре пучка на уровне отверстия в электроде Е . Резкая фокусировка соответствовала коротким ультрафиолетовым длинам волн, производящим фотоионизацию. Преимущество ионизации светом по сравнению с другими частицами состоит в том, что место образования ионов может быть точно локализовано. Измерение распределения ионов по скорости не было сделано, так как введение сеток на их пути должно значительно уменьшать ток. Для некоторых целей дополнительные диафрагмы между Е ж В были вырезаны. В результате этого ионный пучок был слабо коллимирован, но выигрыш в интенсивности был значительным. [c.312]

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]

При использовании такого прибора Федоренко исследовал, например, процессы обдирки электронов, электронного захвата и диссоциации при прохождении пучка ионов через газ при низком давлении, а также определение сечения этих процессов как функции энергии ионов. Используя две диафрагмы для коллимирования ионного пучка, находящегося под углом 0, Федоренко [630] исследовал рассеяние, характеризуя его массами рассеиваемых и рассеивающих частиц и энергией ионов. Он рассматривал случаи, в которых не происходило изменения отношения массы к заряду и такие, в которых изменялась масса (например, а иногда имело место изменение заряда (Ва+-> Ва + в криптоне). Последний процесс вполне вероятен благодаря сближению частиц. Наблюдаемые столкновения были неупругими вследствие взаимного проникновения электронных оболочек. При использовании для анализа положительных ионов масс-спектрометра с фокусировкой по скоростям может быть установлена относительная потеря энергии для сталкивающихся частиц, рассеивающихся под малыми углами 1631]. [c.456]

Ионизационная камера и камеры ускорения. Из натекателя газовый поток поступает в ионизационную камеру, в которой давление поддерживается на уровне 10- —10 мм рт. ст. и подвергается в ней бомбардировке под углом 90° электронным пучком, испускаемым горячим катодом. Положительные ионы, образующиеся при взаимодействии с электронным пучком, пропускаются через первый ускоряющий электрод с помощью слабого электростатического поля между выталкивающим и ускоряющим электродами. Сильным электростатическим полем между первым и вторым ускоряющими электродами ионы разгоняются до их конечных скоростей. При прохождении пучка ионов между ускоряющими электродами достигается его дополнительная фокусировка. Для получения спектра к трубе анализатора прикладывается магнитно доле или же варьируется разность потенциалов между первым [c.368]

Поскольку энергия воздействия на частицы в источнике ионов обычно очень высока, образующиеся ионы могут иметь разные энергетические характеристики. Поэтому скорость, которую приобретают ионы, может и не быть напрямую связана только с их зарядом и массой. В связи с этим для ослабления влияния разброса по энергиям применяют так называемые масс-спектрометры с двойной фокусировкой, в которых пучок ионов проходит через систему электрических и магнитных полей специальной конфигурации. [c.374]

Существует много других модификаций масс-спектрометров — приборы с циклоидальной фокусировкой, или приборы, в которых пучок ионов проходит через ряд сеток, на которые подается пульсирующий высокочастотный сигнал. При заданной частоте напряжения на сетках через эту систему могут пройти только частицы с определенной скоростью, таким образом осуществляется разделение ионов. [c.206]

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]

Важным преимуществом источников рассматриваемого типа является то, что ионизация сложных молекул может осуществляться с диссоциацией или без нее кроме того, количество и типы осколочных ионов могут изменяться в зависимости от энергии ионизирующих электронов, и с помощью масс-спектров могут быть получены сведения относительно структурной формулы ионизируемых молекул. Ионы, образующиеся в источнике с электронной бомбардировкой, характеризуются одинаковой энергией в пределах 0,05 эв. Вследствие большой разницы в массах электрона и бомбардируемой молекулы последняя будет получать при электронном ударе незначительную кинетическую энергию. Так как пучок ионизирующих электронов узкий, ионизационная камера представляет собой область, практически свободную от полей, и ионы образуются на более или менее эквипотенциальной поверхности, то они будут получать одинаковую энергию от ускоряющих полей. Благодаря тому что образующиеся ионы имеют небольшие различия в энергиях, источники с электронной бомбардировкой особенно пригодны для масс-спектрометров с простой фокусировкой, без фокусировки по скоростям. [c.116]

Интересно влияние на пучок электронов его собственного пространственного заряда. При движении такого пучка в вакууме отрицательный пространственный заряд, созданный электронами пучка, приводит к некоторому рассеянию электронов, выражающемуся в увеличении поперечного сечения пучка по мере его продвижения вперёд. При больших скоростях пучка это действие компенсируется электродинамическим притяжением движущихся параллельно электронов. Рассеяние пучка электронов наблюдается в газе при образовании электронных лавин, вызванных единичными электронами. В тех случаях, когда в объём, занятый газом при напряжённости продольного электрического поля, равной нулю или очень малой, поступает пучок быстрых электронов, пространственный заряд созданных пучком мало подвижных положительных ионов препятствует рассеянию электронов пучка. При определённых условиях это действие особенно сильно и приводит к так называемой газовой фокусировке пучка электронов. [c.298]

Для правильной работы нужно, чтобы прибор был точно фокусирован, т. е. чтобы все ионы данного сорта, покидающие выходную щель а ионного источника. собирались у входной щели b коллектора. Как видно из рисунка, в трубку D попадает расходящийся пучок ионов, что вызвано как геометрическими условиями, так и тем, что ионы имеют неодинаковые скорости последние зависят не только от напряжения ускоряющего электрического поля, но и от собственной скорости попадающих в него ионов. Хорошая фокусировка должна свести расходящийся пучок в одну точку у щели Ь. Лишь в этом случае в ловушку попадают только ионы одного сорта и интенсивность их пучка пропорциональна содержанию данного компонента в анализируемой смеси. [c.106]

Наилучшие результаты достигаются в масс-спектрографах с двойной фокусировкой, где в одной точке фокусируются не только ионы с разными скоростями, но и с разными направлениями. Это избавляет от необходимости ограничивать ширину пучка рядом щелей, что значительно снижало светосилу прибора. Не останавливаясь на деталях разных конструкций современных масс-спектрографов [2, 57, 83, 87, 103, 330], ограничимся для [c.124]

Еще проще определяются величины средних энергий и коэффициентов собирания при изучении составляющей скорости методом отклонения вдоль щели в случае сильной дискриминации средняя энергия прямо пропорциональна, а коэффицие ,нт собирания обратно пропорционален квадрату щирины ли< ии на высоте, в е раз меньшей высоты в максиму . 1е линии (е — основание натуральных логарифмов), если экспериментальную кривую можно описать законом Максвелла. Для большинства осколоч ых ионов органических молекул это приближение не вносит существенных ошибок. Чтобы не исказить начальное распределение ионов по энергии фокусировкой ионного пучка, создан прибор с плоским электрическим полем в области ионизации. Такая конструкция позволяет применить точный расчет для определения начальной энергии ионоз и коэффициентов собирания, тогда как в приборах с фокусировкой ионного пучка можно получить лишь относительные или приближенные результаты, как это обычно и имело место. [c.16]

Наилучшие результаты достигаются в масспектрографах с двойной фокусировкой, где фокусируются не только ионы с разными скоростями, но и с разными направлениями. Это избавляет от необходимости ограничивать ширину пучка рядом щелей, что значительно снижало светосилу прибора. Не останавливаясь на деталях разных конструкций современных масспектрографов [9, ограничимся для примера общей схемой одного из них, построенного Маттаухом (1936). Она дана на рис. 10. Пучок ионов разных скоростей проходит через щель К и отклоняется в радиальном электрическом поле Е на 32" , где он разделяется на параллельные пучки [c.39]

Для того чтобы заряженная частица (ион водорода или гелия) не попала на крышку дуанта и не выходила, таким образом, из ионного пучка, частицы должны двигаться в средней плоскости дуантов. Это достигается электростатической и магнитной фокусировкой. Источником ионов является небольшая электрическая дуга, горящая в центре циклотрона в особой полости, к которой подводится ионизуемый газ, например водород. В камере циклотрона поддерживается давление 10- —мм рт. ст. в полости, где горит дуга, давление примерное 100 раз больше. Возможности ускорения частиц в циклотроне ограничены. Начиная с некоторой скорости, период обращения частицы в магнитном поле делается зависимым от ее скорости. Условие синхронизации вращения и перемены полюсности дуантов при этом нарушается. [c.246]

Одновременная коррекция двух аберраций. В масс-сиектрографах с двойной фокусировкой первого порядка для ионов всех масс можно также получить одновременную коррекцию двух аберраций в одной точке фотопластинки. Практическое значение представляют здесь те случаи, в которых скорректированными оказываются либо две аберрации, зависящие от угла расхождения а, либо две аберрации, зависящие от разброса скоростей р. Приборы, скорректированные этим способом, могут фокусировать либо широко расходящиеся пучки ионов, либо пучки ионов с относительно большим разбросом по скоростям. [c.37]

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]

Анодные лучи, пройдя через каналы катода и через закатодное пространство, выходят из трубки. Пройдя через направляющие щели Н, Н, они попадают в электрическое поле конденсатора К, К, где в силу своей различной скорости развертываются веером в сторону отрицательно заряженной пластинки. Это — первая фокусировка (выделение частиц с одинаковыми скоростями). Из этого веерообразного пучка частиц диафрагма Д пропустит частицы с близкими друг к другу скоростями в сильное магнитное поле М, устроенное так, что частицы в нем, меняя свое направление, снова свертываются в узкий поток, направляемый на фотопластинку Ф. Если все ионы испытуемого газа одинаковы по массе и заряду (что наблюдается у без-изотопного элемента, то есть с атомами одинаковой массы), то на фотопластинке получится одна отчетливая черная линия. [c.193]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология