Магнетронный масс-спектрометр

Сфюэ Советскик Социалистических Респубпнк(51)М, КН 01 Х 49/30С О 1 й 27/62 В 01 О 59/44 Госуарствеиный комитет СССР во дедам изобретениИ и открытий(54) МАГНЕТРОННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР Предлагаемое изобретение относится к масс-спектрометрам, в частности к магнетронным масс-спектрометрам,и может быть использовано для анализа молекулярного и изотопного состава газов и паров, а также в качестве манометра для измерений парциальных давлений газов и паров в вакуумных системах.Известен магнетронный масс-спектрометр, содержащий источник ионов, размещенный на оси симметрии массспектрометра, и два полуцилиндрических коллектора ионов с различными радиусами (1 .Известен также магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, анализатор масс, модулирующий электрод и коллектор ионов. Источник ионов расположен на оси анализатора масс, а модулирующий электрод - между источником ионов и коллектором(23,Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения по совокупности общих существенных признаков является магнетронный масс-спектрометр, содержащий анализатор масс и расположенный на оси симметрии анализатора коллектор ионов, которые размещены между полюсами магнита, и источникионов, содержащий дна электрода, расположенный снаружи анализатора масси подключенный к средствам генерирования модулирующего напряжения 3 .В этом масс-спектрометре энергияионов, идущих от источника, модулируется путем периодического изменения величины ускоряющего напряжения 10 от специального источника переменного напряжения. Ионный ток регистрируется по переменной составляющейв цепи коллектора.Недостатком этого масс-спектромет ра является относительно малая чувствительность, ограничивающая разрешающую способность прибора при анализе малых примесей н газах.Целью изобретения является повы шение чунстнительности магнетронногомасс-спектрометра.Указанная цель достигается тем,что внутренний электрод источникаионов выполнен н ниде электрически 25 изолированных друг от друга частей,каждая из которых подключена к одному иэ двух источников модулнрующегонапряжений различных частот.На фиг. 1 схематически изображен 30 один из возможных вариантов предлагаемого масс-спектрометра (в разрезе); на фиг. 2 - разрез А-А.Масс-спектрометр содержит анализатор масс 1 с наружным сетчатым эле .тродом 2, коллектор ионов З,расположенный на оси симметрии анализатора масс 1, магнит 4, источник ионов 5 и источники модулирующего напряжения 6 и 7, служащие средствами генерирования модулирующего напряжения, Источник ионов 5 состоит иэ кольцевой ионизационной камеры 8 с прямоугольным сечением, в торцах .которой имеются круговые щели 9 и 10, катода 11 и коллектора электронов 12. Ионизационная камера 8 состоит из наружного сплошного электрода 13 и внутреннего сетчатого электрода 14, разделенного на две части изоляторами 15, Анализатор масс 1, коллектор ионов 3 и источник ионов 5 находится внутри корпуса 16, служащего вакуулной камерой. Наружный электрод ионизационной камеры 13, катод 11 и коллектор электродов 12 подключены к источнику питания 17, Электрически изолированные друг от друга части внутреннего электрода 14 ионизационной камеры 8 подключены к тому же источнику питания 17 через источники 6 и 7 модулирующего напряжения соответственно. Коллектор 3 подключен к регистрирующему устройству 18,Масс-спектрометр работает следующим образом.Электроны, эмиттируемые катодом 11, проходят через ионизационную камеру 8 и попадают на коллектор электронов 12 Молекулы газа в ионизационной камере 8 ионизируются электронами. Образующиеся ионы под действием ускоряющего электрического поля, которое создается источником 17 между ионизационной камерой 8 и наружным сетчатым электродом 2 анализатора масс 1, ускоряются и двигаются в направлении коллектора 3 по криволинейным траекториям под влиянием магнитного поля, создаваемого магнитом 4. Все ионы, попадающие в анализатор масс 1 из источника ионов 5 имеют одинаковую энергию. Поэтому ионы с различными массами двиГаются по траектории с различной кривизной.При модуляции с частотой И ускоряющего напряжения, которое подается от источника питания 17, все ионы модулирукрся по энергиям и то попадают, то не попадают на коллектор 3. создавая в измерительной цепи переменный токтой же частоты Я .При подаче на одну часть разделен ного изоляторами 15 электрода 14 модулирующего напряжения частотой Я от источника 6, а на другую - модулирующего напряжения частотой Я 2 от источника 7, в камере анализатора масс 11 образуются два промодулированных по энергиям потока ионов, ко 1 20 25 30 35 40 45 50 55 60 б 5 торые создают в измерительной цепи коллектора 3 токи с частотами 02,0 д 2 и И - Ы 2.Наличие в измерительной цепи коллектора 3 тока разностной частоты(Я,И 2 ) позволяет испольэовать в качестве регистрирующего устройства 18 высокочувствительный избирательный усилитель.Таким образом, разделение ионного потока на два (или несколько) и модуляция этих потоков напряжением с двумя разными частотами позволяет устранить в измерительной цепи коллектора 3 влияние модулирующих напряжений с частотами и и,и тем самым, существенно (в 50-500 раз) повысить чувствительность масс-спектрометра,Высокая технико-экономическая эффективность предлагаемого магнетронного масс-спектрометра характеризуется сочетанием широкого диапазона измерений по массам и высокой чувствительности, что обеспечивает возможность одновременной раздельной регистрации большого числа компонентов анализируемой газовой среды.Большое значение будет иметь применение предлагаемого масс-спектрометра при геофизических исследованиях, особенно при поиске полезных ископаемых по наличию у поверхности земли различных газов. Для этой цели в настоящее время используются комплексы газоанализаторов, включающих несколько специализированных приборов, каждый из которых предназначен для определения только одного компонента. Габариты и стоимость переносного масс-спектрометра во много раз (в 10 и более) меньше соответствующих показателей для комплекса газоаналитических приборов. Формула изобретенияМагнетронный масс-спектрометр, содержащий анализатор масс, коллекторионов и расположенный на оси симметрии анализатора и содержащий дваэлектрода источник ионов, расположенный снаружи анализатора масс и подключенный к средствам генерированиямодулирующего напряжения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения чувствительности, внутренний электрод источника ионов выполнен в виде электрически изолировавных друг от друга частей, каждая изкоторых подключена к одному из двухисточников модулирующего напряженияразличных частотИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент, США Р 3162760,кл. Н 01 У 39/40, 1965.2. Авторское свидетельство СССРР 393661, кл. С 01 М 27/62, 1970.3, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2450240/18-25,кл. С 01 М 27/62, 1977,