Магнетронный масс-спектрометр

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл,Н 01 3 49/30 В 01 0 59/44 С 01 М 27/62 Государственный комитет СССР во делам изобретений отнрцтн:".(53) УДК 621. .384(088.8) Дата опубликования описания 30. 01. 81,Ик" 54) МАГНЕТРОННЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТ агаемому спектрой между масс, а, зацентрал ускоря 25 3 Изобретение относится к масс-спе ктраметрии, 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 измерения парциальных давлений газов и паров в вакуумных системах.1Известен магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, размещенный на оси симметрии масс-спектрометра, и два полуцилиндрических коллектора ионов с различными радиусами 11.1Известен также магнетронный массспектрометр, содержащий источник ионов, модулирующий электрод и коллектор ионов, Источник ионов расположен на оси анализатора масс, а мо 2 дулирующий электрод между источником и коллектором 2. Наиболее близким к пред является магнетронный масс метр, содержащий размещенн полюсами магнита анализато состоящий из полого цилинд крытого с торцов крышками ными отверстиями, источник ющего напряжения, стержневой коллектор ионов, укрепленный на оси анализатора, и источник ионов, расположенный снаружи анализатора. В масс-спектрометре энергия ионов, идущих от источника, размещенного снаружи анализатора масс, модулируется путем периодического изменения величины ускоряющего напряжения от специального источника питания3.Недостатком этого масс-спектрометра является относительно малая чувствительность, ограничивающая применение прибора при анализе малых примесей в газах. Недостаток обусловлен наличием вертикальной расходимости сходящегося кольцевого потока ионов, так что значительная часть их, двигающихся по краям потока, уходит на .торцовые крышки и не достигает коллектора. Вертикальная расходимость создается силами объемного заряда ионного потока, так что ионы приобретают составляющую скорости, направленную вдоль оси симметрии анализатора. Этот эффект является препятствием для дальнейшего увеличения чувствительности масс-спектрометра в связи г20 25 40 45 50 55 60 65 тем, что потери ионов в анализаторе масс эа счет ухода на крышки возрастают пропорционально величинеионного тока.Цель изобретения - повышение чувствительности магнетронного массспектрометра путем уменьшения потерь ионов н области анализаторамасс.Укаэанная цель достигается тем,что полый цилиндр и торцовые крышки анализатора масс электрическиизолированы друг от друга и подключены к клеммам соответственно отрицательной и положительной полярности дополнительного источника питания. Это обеспечивает отталкивание ионов от торцовых крышек, сводяк минимуму потери заряженных частиц.Для обеспечения высокой разрешающейспособности анализатора масс торцовые крышки могут быть выполнены ввиде усеченных конусов, вершины которых направлены к центру анализатора,На чертеже изображен масс-спектрометр.Устройство сОдержит размещенныймежду полюсами магнита 1 осесимметричный анализатор 2 масс, состоящийиэ полого цилиндра 3, закрытого сторцов крышками 4 и 5 с центральными отверстиями, укрепленный на осианализатора 2 масс стержневой коллектор б ионов и размещенный снаружи анализатора источник 7 ионов,Полый цилиндр 3 и торцовые крышки4 и 5 изолированы друг от друга,например, с помощью изолирующихпрокладок 8 и 9 и соединены с клеммами соответственно отрицательнойи положительной полярности источника 10 питания,Масс-с; ектрометр работает следующим образом,Под действием ускоряющего напряжения (источник которого на чертежене показан), гриложенного междуанализатором 2 масс и источником7 ионов, ионы двигаются в направлении коллектора б круговым сходящимся потоком по криволинейным траекто.риям, радиус кривизны которых зависит.от скорости и массы иона ивеличины магнитного поля, создаваемого магнитом 1. При модуляции ускоряющего напряжения (источник которого на чертеже не показан) траектории ионов изменяются таким образом, что ионы заданной массы то попадают, то не попадают на коллектор6, создавая в его измерительной цепипеременный ток, пропорциональныйколичестну ионов данной массы н источнике ионов, а, следовательно, иконцентрации анализируемого компонента газовой смеси,Силы объемного заряда нызываютрасплывание потока ионов в осевом направлении, причем по мере приближения к оси анализатора за счет увеличения плотности заряда в потокеувеличиваются и расталкивающие силы.Вертикальная фокусировка сходящегося ионного потока в масс-спектрометре осуществляется за счет электростатических сил, возникающих при подаче положительного потенциала наторцовые крышки анализатора относительно полого цигиндра, Напряжениеисточника 10 питания подбирается таким образом, чтобы достичь максимального значения тока коллектора, обеспечив минимальные потери ионов в анализаторе, что особенно важно при определении малых концентраций примесей,Возрастание расталкивающих силпо мере движения от источника ионовк коллектору дополнительно можетбыть скомпенсировано выполнениемторцовых крышек в виде усеченныхконусов, направленных вершинамик центру анализатора. Такая формакрышек обеспечивает увеличение фокусирующих электростатических силпри приближении к коллектору. Уголконуса подбирается таким образом,чтобы крайние ионы потока все время двигались в плоскости, перпендикулярной оси. Нулевые вертикальныескорости ионов позволяют при повышении величины пропускаемых токовдобиться не только повышения чувствительности масс-спектрометра,но и сохранить его разрешающуюспособность,Высокая технико-зкономическаяэффективность масс-спектрометрахарактеризуется сочетанием широкого диапазона измерений по массам и высокой чувствительности, чтообеспечивает возможность регистрации большого числа компонентованализируемой газовой смеси. Проведенные эксперименты подтверждаютувеличение чувствительности до 30в предлагаемом масс-спектрометрепо сравнению с известным при токеколлектора 10 А, Техническое решение позволяет создать простые приборы для газового анализа с порогомчувствительности вплоть до 10 . Формула изобретения 1. Магнетронный масс-спектрометр, содержащий размещенный между полюсами магнита анализатор масс, выполненный в виде полого цилиндра, закрытого с торцов крышками с центральными отнерстияжи, источник ускоряющего напряжения, стержневой коллектор ионов, укрепленный на оси анализатора, и источник ионов, расположенных снаружи анализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,801139 Составитель И.Тех ед Ж. Кастел едактор Е. Л иннц аз 10 44/72 ВНИИПИ по д 113035, Тираж 795 осударственного ком лам изобретений и о Москва ЖРаушс т т я Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 с целью повышения чувствительности, цилиндр и крышки электрически изолированы друг от друга и подключены к клеммам соответственно отрицательной и положительной полярности дополнительного источника питания.2. Магнетронный масс-спектрометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что торцовые крышки анализатора выполнены в виде усеченных конусов, вершины которых направленык центру анализатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3162760,кл. Н 01 3 39/40, 1965.2. Авторское свидетельство СССР9 393661, кл. 6 01 Н 27/62, 1970.3Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2450240/18-25,кл, Н 01 Э 39/34, 1977. екрасоввич КорректПодписноеСССРйб., д. 445