Магнетронный масс-спектрометр

/ 366 Н Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ИСА И БРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ исимое от авт. свидетельства явлено 12,Ч 11.1971 ( 1681856/26-25) б 01 п 27/6 В 01 д 59/4 вкисоединением сударстеенный камите авета Министрав СССР па делам изобретенийи аткрытий ПриоритетОпубликовано 10,Ч 1,1973. БюллетеньЗЗДата опубликования описания 19.Х 11.1973 К 621,384,8.08(088.8) Авторыпзобретени Г. А. Бакай и А зем аявите МЛГНЕтРОННЫЙ МАСС-СПЕКтрОМИР Изобретение относится к динамическим массспектрометрам. Предлагаемый масс-спектрометр может быть использован для химическогои изотопного анализа состава вещества, а также в качестве манометра для измерения давления в вакуумных системах.Известен масс-спектрометр магнетронноготипа, состоящий из источников ионов, двух(или более) полуцилиндрических коллекторов,аксиально расположенных в магнитном поле 10на разных расстояниях от оси симметрии системы, и регистрирующего устройства, измеряющего разность двух ионных токов. Г 1 ринципдействия этого масс-спектрометра основан натом, что при определенных значениях магнитной индукции и ускоряющего напряжения ионыизмеряемой массы попадают только на одинколлектор, расположенный ближе к оси симметрии системы. Ионы, масса которых меньшеизмеряемой, ни на один из коллекторов не 20попадают, а ионы, масса которых больше измеряемой, достигают обоих коллекторов. Величина ионного тока измеряемой компоненты,которая пропорциональна содержанию этойкомпоненты в анализируемой смеси, может 25быть определена как разность ионных токовв цепях обоих коллекторов,Известный масс-спектрометр имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются; 30 частичное использование ионов измеряемой массы, так как приемником ионов измеряемой массы служит только один из коллекторов, что существенно уменьшает чувствительность прибора;большая погрешность анализа из-за измерения разности двух малых ионных токов,Отличительной особенностью предложенного масс-спектрометра является наличие между ионным источником и коллектором модулирующего электрода, расположенного аксиально коллектору. Регистрация ионного тока осуществляется сплошным цилиндрическим коллектором с последующим усилением ионного тока по его переменной составляющей.На чертеже изображена принципиальная схема предложенного масс-спектрометра.Масс-спектр ометр состоит из источника ионов 1, модулирующего цилиндрического электрода 2 в виде спирали или сетки, цилиндрического коллектора д, расположенного аксиально модулирующему электроду и источнику ионов, вакуумной камеры 4, трубки 5 для ввода анализируемой смеси, Вакуумная камера помещена в поперечное магнитное поле, возбуждаемое магнитом или электромагнитом 6.Для ускорения ионов в пространстве между источником ионов 1 и коллектором 3 создается электрическое поле с помощью источника напряжения постоянного тока 7,3Между источником ионов 1 и модулирующим электродом 2 приложено, кроме того, импульсное напряжение определенной величины от генератора импульсов 8. Усиление ионного тока измеряемой массы осуществляется усилителем переменного тока 9.При наличии только ускоряющего ионы напряжения и магнитного поля, вектор индукции которого перпендикулярен вектору скорости иона, ионы различных масс движутся по криволинейным траекториям а, радиусы кривизны которых зависят от величины отношения массы иона к его заряду. Обозначим массу измеряемых ионов через тю, массы ионов, больших т - через т, а массы ионов, меньших т через т;, Тогда при определенных размерах колектора и источника ионов условие отсечки тока ионов измеряемой массы, как известно, определяется соотношением;22 О/ г,(1 -где Вр - индукция магнитного поля в теслах;0 - ускоряющее ионы напряжение ввольтах;е - заряд иона в кулонах;т, - масса иона в килограммах;г - радиус коллектора в метрах;ги - радиус источника в метрах.Иными словами, траектории ионов массы т, проходят вблизи коллектора, траектории ионов массы т;(тю - на значительном расстоянии от коллектора, а ионы массы т)т, попадают на коллектор.При подаче импульсного напряжения, которое добавляется к ускоряющему ионы напряжению, траектории ионов изменяются таким образом, что ионы массы тю попадают на коллектор, ионы массы т;(тю, незначительно увеличивая радиус кривизны, по-прежнему не попадают на коллектор, а ионы массы т) тю с несколько увеличенным радиусом кривизны достигают коллектора. Траектории ионов различных масс при наличии импульсного напряжения показаны на чертеже сплошными линиями б.Таким образом, при наличии импульсного 10 напряжения в цепи коллектора появляется переменная составляющая ионного тока, обусловленная только ионами измеряемой массы т При помощи усилителя переменного тока ионный ток массы тю можно усилить и изме рить. Меняя величину индукции магнитного поля или величину ускоряющего напряжения, можно изменять ионные токи различных масс.Предлагаемый масс-спектрометр имеет большую чувствительность вследствие полного использования ионов измеряемой массы, вышедших из ионного источника; позволяет обеспечить высокую точность анализа за счет применения системы регистрации ионного тока по переменной составляющей; позволяет опреде лить состав среды, быстро изменяющейся вовремени; имеет малые габариты и сравнительно просто реализуется.Предмет изобретения30Магнетронный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, масс-анализатор и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительностиразЗ 5 решающей способности и упрощения конструкции, в качестве регистрирующего устройства применен цилиндрический коллектор ионов, а между источником ионов и коллектором установлен модулирующий электрод, соединенный 40 с источником импульсного напряжения,оставите Корректор О. Тю рловск ак хред Тираж 755тета Совета Министров С ий и открытийая наб д, 4/5 ясно Типография, пр. Сапунова, 2 аказ 3399/12 Изд.918 ЦНИИПИ Государственного коми по делам изобретен Москва, Ж, Раушск