Динамический панорамный масс-спектрометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от а детельства М Заявлено 13,7,1965 ( 1003120/26-2 вкиисоединениев риоритетпубликовано 13.Х 1,1967. Бюллетеньата опубликования описания 24,1.1968 Комитет по делам изобретений и откры при Совете Министр СССРвторыобретения М, И, Меньшиков, Л. М. Блюмкин, Л. Н, Линник, Г, Ф. Ивановский,Л. К. Пятибоков, В, И. Виноградов, С. В. Ципарин, и М. 3. Тамаркин аявител АМИЧЕСКИЙ ПАНОРАМНЫЙ С-СП ЕКТРОМЕТ Изобретение относится к измерительным устройствам, применяемым для анализа парциальных давлений в вакуумных системах.Известен масс-спектрометр, содержащий масс-спектрометрический датчик, приемный и модулирующий тракты, детектор и осциллографический индикатор.Описываемый масс-спектрохтетр обладает повышенной чувствительностью измерительного тракта, увеличенными разрешающей способностью и помехоустойчивостью, позволяет исключить регистрацию ложных пиков и шумового фона ионов несинхронных масс, а также обеспечивает возможность количественного анализа тарциальных давлений и непосредственную расшифровку спектра масс на экране прибора с помощью калибровочного сигнала, Для этого приемный тракт содержит широкополосны и и узкополосный усилители, между которыми расположен сигнальный смеситель. Узкополосный усилитель соединен через детектор с осциллографическим блоком, модулирующий тракт содержит соединенные между собой кварцевый гетеродин и модулирующий смеситель, который через выходной усилитель связан с модулирующим электродом датчика. Частотно-модулированный гете- родин соединен с сигнальным и модулирующим смесителями, управляющий блок - с осциллографическим олоком и частотно-модулированньтм гетеродином, а генератор калибровочного сигнала - с сигнальным смесителем.На чертеже представлена блок-схема описываемого устройства,5 Масс-спектрометрический датчик 1 состоитиз катода 2, модулирующего электрода 3, сетчатого анода 4, набора электродов 5 пространства дрейфа ионов и сигнального электрода б. Приемный тракт 7, генератор 8 калиб 10 ровочного сигнала, детектор 9, осциллографический индикаторный блок 10, блок управления 11, частотно-модулированный гетеродин 12и модулирующий тракт 13 составляют электронно-измерительную схему масс-спектромет 15 ра.Приемный тракт содержит широкополосныйусилитель 14, сигнальный смеситель 15 и усилитель 1 б промежуточной частоты. Модулирующий тракт 13 состоит из модулирующего20 смесителя 17, усилителя 18 выходного сигналаи фиксированного гетеродина 19,Электроны, эмитируемые катодом 2 датчика1, проходят сквозь модулирующий электрод 3 25 и в силу выбранного распределения потенциалов, колеблются около сетчатого анода 4 (анод 4 заземлен, катод 2 находится под напряжением 100 в по отношению к аноду 4, на модулирующий электрод 3 подано напряжение ЗО с частотой, меняющейся в пределах 1,7 -О,1 лсгсс, модулирующее по интенсивности ионизирующии электронный ток).Ионы, возникающие в результате понизации исследуемого газа справа от анода 4, колеблются в электрическом поле, которое представляет собой потенциальную яму в пространстве дрейфа, образованном системой электродов 5. Пакеты ионов, образующиеся при ионизации, в процессе колебаний распадасотся на элементарные пакеты ионов одинаковых масс, колеблющихся с частотами, определяемыми удельными массами ионов, 1(аждьсй из колеблсощихся пакетов индуцирует на сигнальном электроде б переменное напряжение, частота которого равна частоте колебаний соответствующей массы. Частота сигнального напряжения однозначно определяет удельную массу колеблющихся ионов при фиксированном распределении электрического поля в пространстве дрейфа.Анализ ионов по массам осуществляется узкополосным приемным трактом 7 с меняю.щейся резонансной частотой путем измерения частот сигнальных напряжений, индуцированных колеблющимися ионами на сигнальном электроде б, При совпадении резонансной частоты приемного тракта с частотой колебаний ионов определенной удельной массы происходит регистрация переменного сигнального напряжения, соответствующего этой массе, Сигналы, индуцируемые при этом другими массами не регистрируются, так как их частоты в каждый фиксированный момент времени лежат вне полосы пропускания приемного тракта, настроенного в этот момент на частоту регистрируемой массы. При изменении резонансной частоты приемного тракта в диапазоне 1,7 - 0,1 лсгц, охватывающем частоты колебаний масс регистрируемого диапазона, происходит последовательный анализ всех масс.Для повышения чувствительности прибора осуществляется ионизация исследуемого газа с частотой, синхронной с частотой колебаний регистрируемой массы. При этом происходит суммирование элементарных пакетов ионов синхронной массы и увеличение амплитуды сигнала, индуцируемого регистрируемой массой на сигнальном электроде б. С этой целью частота модулирующего напряжения, вырабатываемого трактом 18, меняется синхронно; резонансной частотой приемного тракта и в каждый момент времени остается равной этой частоте.Сигнал, снимаемый с датчика 1, усиливается широкополосным усилителем 14 и подается на сигнальный смеситель 15. В смеситель 15, кроме сигнала с датчика 1 в диапазоне 1,7 - 0,1 лсги, подается отстоящее от частоты сигнала на величину промежуточной частоты (5 мгсс) синусоидальное напряжение с частотно-модулированного гетеродина 12, меняющееся в диапазоне частот 6,7 - 5,1 мгсс. После смесителя 1 б напряжение сигнала выделяется и усиливается на промежуточной частоте 5 лсгсс узкополосным усилителем 1 б. Затем сигнал 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 етексруется олоком .9 и огибасощая сигссала поступает на вертикальный вход индикаторного блока 10, на экране которого 50 раз в секунду возникает изобракение спектра масс,В смесителе 17 модулирующее напряжение, синхросшое с регистрируемой частотой, получается путем вычитания частоты (5 лсгсс) кварцевого фиксированного гетеродипа 19 из частоты гетеродинного блока 12. Частота модулирующсго напряжения после смесителя 17 выделяется фильтрами выходного усилителя 18, с выхода которого модулирующее напряжение поступает на электрод масс-спектрометрического датчика 1. Управление частотой гетеродинного блока 12 по специальному закону, определяемому условиями равноправного накопления ионов различных масс, осуществляется управляющим блоком 11. Блок 11 управляет также горизонтальной разверткой осциллографического индикатора 10.Для расшифровками спектра масс измеряются частоты регистрируемых сигналов путем сопоставления их с известной частотой генератора 8 калибровочного сигнала. Напряжение генератора 8 с частотой, подсграиваемой вручную в пределах 1,7 - 0,1 лсгсс, подается в сме. ситель 15, где смешивается с напряжением гетеродинного блока 12 и выделяется на про- . межуточной частоте усилителем 1 б. На экране индикаторного блока 10 при этом образуется калибровочный пик, передвигающийся по оси абсцисс при изменении частоты генератора 8, Если частота сигнала неизвестной массы равна известной частоте генератора 8, калибровочный пик совпадает с пиком этой массы. Предмет изобретенияДинамический панорамный масс-спектрометр, состоящий из датчика, содержащего катод, модулирующий электрод, анод, электроды пространства дрейфа и сигнальный электрод, приемного и модулирующего трактов, гетеро- дина, детектора и осциллографического блока, отлссчасосциссся тем, что, с целью повышения чувствительности, разрешающей способности и помехоустойчивости, устранения регистрации ложных пиков и шумового фона ионов несинхронных масс, обеспечения условий количественного анализа и непосредственной расшифровки спектра масс, приемный тракт содержит широкополосный и узкополосный усилители, между которыми расположен сигнальный смеситель; узкополосный усилитель соединен через детектор с осциллографическим блоком, модулирующий тракт содержит связанные между собой кварцевый гетеродин и модулирующий смеситель, который через выходной усилитель соединен с модулирующим электродом датчика; частотно-модулированный гетеродин соединен с сигнальным и модули рующим смесителями, управляющий блок - с осциллографическим блоком и частотно-модулированным гетеродином, а генератор калибровочного сигнала - с сигнальным смесителем.ппографип, пр, Сапунова,Заказ 42431 Тираж 535ЦИИИПИ Комитета по делам изобретепиш и открытии при СовеМосква, Центр, пр. Серова, д. 4 ПодписноеМинистров СССР