Источник ионов дуговой

Первый масс-спектрометр (МС), который был разработан для анализа неорганических веществ, описан в 1950-х гг. в нем в качестве источника ионов использовалась радиочастотная искра. Пределы обнаружения уже тогда были в диапазоне миллионных долей. Впервые использование плазмы в качестве ионного источника описано Греем в 1975 г. Была использована капиллярная дуговая плазма постоянного тока. Пределы обнаружения для этого прибора были уже на уровне менее 10 . Использование индуктивно-связанной плазмы (ИСП) приходится на середину 1980-х гг. Оно дало подъем растущему рынку неорганической масс-спектрометрии. Большое число компаний, производящих приборы для ИСП-МС, является доказательством интереса к этому методу. Неорганическая масс-спектрометрия полезна не только для определения эле-ментов в разнообразных пробах, но и для измерения распространенности природных изотопов, а также в методе изотопного разбавления. [c.132]

В начале 40-х годов стала весьма актуальной проблема разделения изотопов урана. К этому времени принципы электромагнитного метода разделения изотопов были разработаны глубже, чем других, поэтому в США и СССР началась бурная подготовка к строительству (и, почти одновременно, и само строительство) именно электромагнитных сепараторов для разделения изотопов урана. Это дало сильный толчок для развития целого ряда разделов физики и техники. Токи ионных пучков в установках предстояло увеличить на 7-10 порядков величины по сравнению с масс-спектрометрами. Получить необходимые величины ионных токов можно было только из плазмы. Поэтому были предприняты обширные исследования по многим вопросам физики газового разряда и низкотемпературной плазмы. В итоге были созданы пригодные для промышленных масштабов разделения источники ионов на основе мощного дугового разряда в магнитном поле с накалённым катодом [4]. Для понимания процессов в сепарационных установках потребовалось значительное расширение знаний в области атомных столкновений, были нужны точные значения эффективных сечений ионизации, перезарядки, других процессов. Необходимы были исследования взаимодействия потоков ускоренных частиц с поверхностью катодного распыления, вторичной ионной и электронной эмиссии. [c.290]

Здесь а — величина ускоряющего зазора в см, j выражается в А/см . Поскольку практически невозможно поддерживать в источнике ионов электрическое поле больше 10 В/см и довольно трудно сделать а < 0,3 + 0,4 см, то нельзя надеяться на j > 2,7 М А/см . При этом (7.1.5) описывает идеальный случай плоских электродов, а практически j ещё меньше. Что касается площади щели, то она ограничена прежде всего длиной разрядной камеры. В мировой практике не известны источники ионов с длиной дугового разряда существенно превышающей 20 см. Увеличение ширины щели больше, чем до 0,3 см, наталкивается на проблемы с фокусировкой пучка. Таким образом, значение 5" составляет максимум 3 + 5 см . [c.294]

Распространённая причина нарушения компенсации и роста потенциала пучка выше допустимого — возникновение колебаний плотности объёмного заряда. Их первопричина — колебания в дуговом разряде в источнике ионов. Как следствие возникших колебаний в пучке развивается динамическая декомпенсация объёмного заряда, которая может привести к полному исчезновению разрешения масс-спектра на приёмнике. Это весьма суш,ественное для практики явление подробно изучено в [12-14] и других работах. Динамическая декомпенсация — еш,ё одно (и существенное) ограничение токов ионных пучков. Но даже при отсутствии колебательных процессов слишком большое Те (при малых по = 10 ° см ) приводит к росту потенциала пучка и ухудшению разрешения изотопных линий. Потому-то и существует упомянутый выше довольно узкий интервал оптимальных давлений в сепарационной камере (2 + 10) 10 мм рт. ст. [c.300]

Практически спектр какого-либо элемента представляет собой излучение нейтральных атомов и ионов. Спектры нейтральных атомов принято называть дуговыми, а спектры ионизированных атомов — искровыми (независимо от характера источника возбуждения). Принадлежность линии к атому или иону (дуговому или искровому спектру) обозначается в таблицах числовым индексом рядом с химическим символом элемента. Например, Fe I означает нейтральный атом, Fe И, Fe П1 и т. д. означает однократно, двукратно и т. д. ионизированный атом железа. [c.222]

В масс-спектрометрии для получения ионов используются только две последние фазы высоковольтный и дуговой разряд. Широко используемая высокочастотная искра состоит из повторяющихся серий отдельных высоковольтных пробоев, ответственных за образование ионов. Некоторые типы источников низковольтного разряда используются для получения ионов дуговым способом, например вибратор , дуга, индуцированная лазер- [c.24]

НЫМ импульсом, И дуговой разряд, модулированный высоковольтными импульсами. Наконец, в триггерном источнике ионов применяются как ионы высоковольтного пробоя, так и ионы дуговой фазы. [c.25]

Несмотря на широкое распространение, высокочастотной искровой источник имеет ряд недостатков по сравнению с низковольтным дуговым источником ионов в течение импульса высокочастотная искра образует не непрерывный ионный ток, а серию отдельных ионных пакетов (сгустков). Плотность ионов в таких пакетах резко изменяется от пробоя к пробою. Направление разряда меняется статистически, приводя к переносу распыленного материала между электродами и, следовательно, к опасности фракционного испарения материала. [c.48]

Большой разброс ионов высокочастотной искры по кинетическим энергиям иллюстрируется рис. 2.3 и 2.4. Обладая такими свойствами, высокочастотный искровой источник, казалось, должен быть хуже низковольтного дугового источника ионов. Но существует одно большое преимущество высокочастотной искры этот вид разряда можно использовать в случае полупроводящих электродов и изоляторов, тогда как дуга может возникать только между хорошо проводящими электродами. [c.48]

Рис. 2.9. Схема модулированного низковольтного дугового разряда, используемого в качестве источника ионов (Хениг и др., 1964).

Рис. 2.15. Примеры масс-спектрограмм, полученных при использовании низковольтного дугового источника ионов (масс-спектрограф АЕ1 М5-7). Объектная щель была расширена, чтобы получить разрешение Я не более 600.

Для появления линий ионов необходимо затратить большую энергию на ионизацию атома, а затем на его возбуждение. Ионизация атомов большинства элементов происходит в источнике света с высокой температурой — искре, где линии ионов имеют наибольшую интенсивность. В другом источнике — дуге — температура ниже там возбуждаются, главным образом, линии нейтральных атомов. Поэтому обычно линии ионов называют искровыми, а нейтральных атомов — дуговыми (рис. 20). [c.40]

Поскольку плазма не находится в равновесии, ее характеристики отвечают лишь определенным стационарным процессам. Непрерывно происходит ионизация и нейтрализация зарядов, выделение энергии внутри плазмы и охлаждение вследствие взаимодействия с окружающей средой. При этом наиболее трудно происходит обмен энергией между ионами и электронами, что обусловлено большим различием в их массах. Поэтому отсутствует термическое равновесие между ионами и электронами, а также и нейтральными частицами (молекулами). Энергию от электрических источников (например, дуг) непосредственно получают электроны. Вследствие этого 7 а>7 и>7 м, где Тэ, Ти, 7 м — температуры электронов ионов и молекул (или атомов). В газоразрядных трубках Гэ имеет порядок 10 С, а Та и Ты лишь (1—2)-10 °С. В дуговом разряде, где плотность газа выше и число столкновений больше, величины Та, Тя и Та сближаются. При этом Т и Тм достигают около 6000° С. [c.357]

Ионы также могут быть источником ионизации, но так как их масса по крайней мере в 2 000 раз больше массы электронов, а электрические заряды их равны, то их скорости много меньше скоростей электронов. Поэтому хотя в некоторых случаях ионы могут приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных частиц, в дуговых разрядах их участие в ионизации газа невелико. [c.22]

После перехода напряжения источника через нуль электроды изменяют свою полярность и новый катод начинает испускать электроды. После этого в дуговом промежутке идут два процесса остывание катода, вызывающее уменьшение термоэлектронной эмиссии, и нарастание напряжения на дуговом промежутке, обусловливающее ускорение движения вылетающих из катода электронов. Это приводит к увеличению степени ионизации газа и появлению новых положительных ионов, повышающих при падении на катод его температуру. Если второй процесс идет быстрее первого, то дуга вновь зажигается и режим горения устойчив если же деионизация дугового промежутка идет быстрее, чем нарастает напряжение, то дуга окончательно погасает. [c.37]

Хотя такая система сравнительно проста по устройству, для обеспечения оптимальной эффективности должен тщательно контролироваться градиент температуры между интерфейсом и ионным источником Этот интерфейс может использоваться и с магнитными секторными и с квадрупольными прибора ми, хотя модификация для квадрупольных масс спектрометров обычно проще так как в этом случае постоянное напряжение в источнике низкое и нет опасности возникновения дугового разряда [c.37]

При исследовании пространственно-временной развертки искрового спектра обнаружены резкие изменения свечения искры в процессе ее развития. В первые несколько микросекунд, когда основным источником излучения служит канал искры, наблюдаются линии главным образом ионов газов атмосферы. Средняя температура газа в канале около 40 ООО °К [368, 369]. Материал электродов за это время не успевает испариться. Этот период характеризуется интенсивным фоном сплошного спектра. В дальнейшем свечение канала прекращается и начинается свечение факела, который представляет собой струю раскаленных паров вещества электрода или пробы (температура факела не превышает 10 ООО— 12 ООО °К). Фон ослабевает. С течением времени температура облака еще более снижается и характер спектра приближается к дуговому. Спектр, зарегистрированный в промежутке 20—30 мксек после пробоя, практически совпадает с дуговым спектром [370]. [c.142]

Большая ловушка с магнитными пробками Огра была построена в Институте атомной энергии в 1958 г. Вакуумная камера изготовлена. из нержавеющей стали. Длина камеры 19 м, внутренний диаметр 1,4 м. К концам камеры присоединены вакуумные агрегаты, включающие ртутные диффузионные и сорбционно-ионные насосы. Внутри камеры расположены титановые распылители. Средний диаметр обмотки, создающей магнитное поле, 1,8 м. Для получения интенсивного пучка молекулярных ионов водорода используется дуговой источник с поперечным магнитным полем. Давление в камере при введенном пучке поддерживается на уровне 10 мм рт. ст. В отсутствие пучка поддерживается давление 10" мм рт. ат. Молекулярный ион, инжектированный в ловушку, проходит длинный путь, многократно отражаясь от пробок, и в конце концов ударяется об инжектор. [c.363]

Поскольку параметры плазмы дуги — Т и Пе, общая концентрация п частиц (атомов и ионов) элемента и интенсивность /(г) излучения линии меняются с изменением г, то регистрируемая интегральная интенсивность линии зависит не от какого-то одного значения Г и Ле, а от всего набора значений Т г) и Пе г), характерного для столба данного конкретного дугового разряда. Аналитическое выражение этой зависимости будет весьма сложным для его получения необходимо в каждом конкретном случае точно знать радиальное распределение Т(г) и Пе г). Однако во многих случаях параметры столба дуговой плазмы и, следовательно, условия возбуждения линий можно в первом приближении удовлетворительно описать с помощью некоторых средних , единых для данного конкретного источника, так называемых эффективных значений температуры Тдф, электронной концентрации и радиуса Яэф столба, которые достаточно просто установить экспериментально [244, 980]. [c.101]

При дуговом разряде большое количество электронов получается за счет высокой температуры катода независимо от ионной бомбардировки, и катодное падение в этом случае мало ). Нагревается катод до высокой температуры или в процессе разряда, или током о,т отдельной цени накала. Потери энергии на воспроизводство первичных электронов при дуговом разряде меньше, чем при тлеющем, и дуговые лампы, как правило, являются более эффективным (экономичным) источником излучения. [c.99]

Так как атомы и ионы одного и того же элемента имеют разные электронные структуры, они образуют и разные спектры. Линейчатые спектры бывают дуговые и искровые. Эти названия связаны с источниками света, применяемыми для возбуждения [c.23]

Метод основан на бомбардировке исследуемой поверхности газообразными ионами и масс-спектрометрическом анализе выбиваемых поверхностных ионов. Достоинство метода — его высокая чувствительность, применимость ко всем элементам и значительное пространственное разрешение ( 1 мкм), дости- гаемое при использовании тонко сфокусированного пучка ионов. Полученные данные обобщены Соха [106] и Кейном и Ларраби [107]. Источник ионов представляет собой двойной плазмотрон [108, 109], в котором создается сжатый магнитным полем дуговой разряд газа при давлении около 2—3 Па 0,02. мм рт. ст.) образующиеся ионы выходят через узкую диафрагму в аноде. После ускорения и дополнительной фокусировки ионы падают на образец. Выбиваемые ионы имеют значительную кинетическую энергию, и для их анализа обычно применяют масс-спектрометр с двойной фокусировкой. [c.430]

Рассмотрение больших приборов, используемых для промышленного разделения изотопов, не входит в круг вопросов, обсуждаемых в настоящей монографии. Можно сослаться, например, на работу Дакворта [538], где перечислены приборы, применяемые в настоящее время. В ранних приборах Смайта [1898, 1899] использовались специально сконструированные магнитные линзы, которые могли фокусировать ионы из широкой области на коллекторную щель. В современных приборах применяются дуговые источники ионов со щелями длиной порядка 30 см. Необходимое разрешение, несмотря на наличие дефокусирующего воздействия рассеяния, разброса по энергии и обычного заряда, достигается применением больших магнитов (с радиусом около 1,2 м) и высокого ускоряющего напряжения (обычно 35 кв). Проблемы, возникающие при собирании пучков ионов, будут кратко рассмотрены в гл. 6. [c.40]

До настоящего времени отсутствуют данные по измерению кинетической энергии ионов, накопленной ими за период единичного акта высоковольтного пробоя. Измерения кинетических энергий проводились исключительно для ионов, полученных в двух источниках ионов короткоимпульсном триггерном и высокочастотном искровом, в обоих случаях на энергию ионов могут влиять процессы, следующие за пробоем, и разброс ионов по энергиям можно изменить, используя селективность некоторых источников ионов специальной конфигурации. Двухмйкро-секундный короткоимпульсный триггерный источник позволяет получить ионы с разбросом энергий на единицу разряда около 500 В на 10%-ной высоте пика> в то время как соответствующий разброс ионов по энергиям в высокочастотном искровом источнике впятеро больше (Вулстон, Хениг, 1964). Однако ионы короткоимпульсного триггерного источника могут быть смешаны с ионами низкой энергии последующей дуговой фазы, а ионы высокочастотной искры могут быть дополнительно ускорены при возрастании напряжения после пробоя (Францен, 1963). Поэтому истинные значения разброса по энергиям ионов, образующихся в процессе пробоя, составляют 0,5—2,5 кВ. [c.36]

Рис. 2.13. Схематическое изображение низковольтного дугового источника ионов (Францен, Шуи, 1967).

Ховик и сотр. (1965) при изготовлении электродов для анализа непроводящих веществ использовали другой прием. Диэлектрик сначала размельчали в тонкую пудру и распределяли по поверхности узкой медной ленты. Затем гидравлическим прессом вещество вдавливали в поверхностный слой меди. Эта лента служила одним из электродов, а второй был изготовлен из тонкой медной проволочки высокой чистоты. Использовался источник ионов типа вакуумный вибратор , причем в возбуждении и поддержании дугового разряда трудности не возникали. Таким методом были исследованы различные материалы ЗЮг, MgO, AI2O3, силикатные минералы, а также кремний, легированный бором. [c.309]

Интересная ситуация встречается в случае взаимодействия калиевого производного енолят-иона ацетофенона и различных ароматических субстратов. Этот нуклеофил не вступает в фото-инициируемые реакции с иодбензолом [45] и 2-бромпиридином [37] при облучении в обычных условиях [реакция (42)]. Но при использовании в качестве источника света дуговой ртутной лампы среднего давления фирмы Напоу1а, установленной в гнезде обычного аппарата для облучения, в реакции иодбензола с енолят-ионом ацетофенона был получен с 67%-ным выходом продукт замещения [46]. В этих случаях, по-видимому, может происходить гомолиз иодбензола. [c.126]

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]

Наиболее детальные и полные сведения о спектрах атомов многих элементов можно найти в различных справочных изданиях (см., например, [1]). В Советском Союзе наиболее широко распространено справочное издание Зайделя [2], в котором приведены таблицы спектральных линий, содержащие полную информацию о положении спектральных линий и их относительных интенсивностях для атомов и ионов практически всех элементов периодической системы. Отметим, что данные таблицы составлены по спектрам, возникающим при использовании для их возбуждения дугового или искрового раз))яда. Использование иных источников возбуждения может привести к появлению других линий и к другому соогиошению интенсивностей. [c.16]

Энергию в основном от электрических источников получают электроны. Из-за большого различия их масс и масс ионов они плохо передают энергию ионам, В результате 7 злектронов Т иопов Т атомов ( э и а) ТаК, В ГаЗО-разрядных трубках Гэ составляет десятки тысяч градусов, а Та и T a — лишь одну — две тысячи. В дуговом разряде из-за большого числа частиц в единице объема столкновения происходят чаще, и Т ближе к и Га. Примерно при той же Тэ величины Г,, и Га достигают 6000 °С. Для плазмы в целом характерна электронейтральность. В то же время в малых объемах электронейтральность ие имеет места. Пространственное расположение зарядов, как п в случае электролитов, определяется ближним порядком. Как и в теории сильных электролитов, в плазме целесообразно ввести понятия радиуса ионной атмосферы (де-баевский радиус). [c.677]

Разряды низкого давления —это источники излучения, в которых испускание света происходит за счет электрического разряда между двумя электродами при давлениях менее 100 кПа. Анализируемая проба обычно служит катодом. Вещество испаряется в течение разряда путем атомной и ионной бомбардировки. Это явление называют катодным распылением. Вблизи катода образуется тлеющий разряд. Его размер и интенсивность зависит от силы тока. В качестве источников излучения использованы разряды нескольких типов, включая дуговые разряды, лампы Гейсслера и лампы с полым катодом. В конце 1960-х Гримм разработал новый вид тлеющего разряда, в котором плоская проба служила катодом (рис. 8.1-6). Таким образом, пробу можно легко помещать в лампу [8.1-19-8.1-20]. [c.23]

Дуговой разряд характеризуется протеканием сильного тока (порядка амперов) при сравнительно невысокой разности потенциалов (несколько десятков вольт). Раскаленный катод служит в качестве источника термоэлектронной эмиссии. Выделенные электроны значительно ускоряются в электрическом поле между электродами и при ударах с атомами и молекулами в межэлектродном пространстве ионизируют их, причем выделяются новые электроны, которые также участвуют в этом процессе. Полученные и ускоренные электрическим полем ионы при столкновении с катодом выбивают из него новые электроны. [c.359]

Энергия разряда определяется величиной разрядного промежутка и емкостью. Как правило, хотя известны и исключения [25 ], во внешних слоях кольца возбуждаются спектральные линии с большей энергией возбуждения, чем во внутренних слоях. Поэтому кольцевой разряд оказывается полезным в работах по классификации спектров [255-238] дает возможность одновременно наблюдать линии, принадлежащие нормальным и ионизованным атомам. Если спроектировать изображение светящегося кольца на щель стигматического спектрографа, то получаются снимки с длинными линиями — дуговыми и короткими — искровыми. При увеличении разрядного промежутка искровые линии, принадлежащие однозарядному иону, удлиняются, и появляются короткие линии дважды ионизованных атомов. Возможность одновременного наблюдения спектральных лииий, которые требуют различной энергии возбуждения, указывает на целесообразность использования этого источника для спектрально-аналитических задач и, в частности, для анализа газов, где основная трудность и заключается именно в том, чтобы заставить одновременно светиться два компонента смеси с сильно отличаюищмися нотенциала.ми ионизации. [c.54]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология