Способ масс-спектрометрического определения состава газовой смеси

(51)5 Н 0 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛ ЬСТ К АВТОРСК ограниченном количестве, идущем на анализ, Использование изобретения позволяет уменьшить количество исследуемого газа, идущего на анализ, повысить чувствительность и точность и информативность за счет более полного использования смеси, подвергаемой анализу. Сущность изобретения: в начальный период напуска газа в ионный источник интенсифицируют его поток путем увеличения количества отверстий в диафрагме напуска, многократно производят развертку масс-спектров, при регистрации масс-спектров регистрирую время появления каждого пика, экстраполируют величи- . ны интенсивностей ионных токов каждого компонента к моменту напуска, на основании зависимости величин потока каждого компонента при напуске от времени по экспоненциальному закону и по величине сред.- них ионных токов каждого компонента, соответствующих моменту напуска, судят о составе газовой смеси. 3 ил. С точности и инфполного испольИзобретендующего при(смесь гелий 3,95 102 мпаемом 1 10 мрез диафрагмуфольги толщинями диаметромныйисточник мМногократнмасс-спектры споявлений кажд Изоб ретение ии,вч ому ана етение ля газ эеров, онике м чувств ава газа идущем И СЛ ской кими метричес Изобр для контро ментов ла роэлектр необходироль сост личествеГОСУДАРСТВЕНЯЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Отделение физико-химии и технологии горючих ископаемых института физической химии им. Л,В.Писаржевского(54) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СМЕСИ(57) Использование; изобретение относится к аналитической химии и может быть применено для контроля тазовой среды активных элементов лазеров, Ь микроэлектронике и там, где необходим чувствительный и точный контроль состава газа при его относится к аналитичеастности, к масс-спектролизу состава газов.может. быть использовано овой среды активных эледля контроля газов в мики особенно там, где ительный и точный контпри его ограниченном кона анализ. Таким образом, целью изобретения является уменьшение количества исследуемого газа и повышение чувствительности,ормативности эа счет более зования исследуемой смеси, ие будет понятно из слемера: анализируемый газ Зфнеон) в количестве из резервуара напуска обьмолекулярным потоком ченапуска, в виде золотой ой 3 10 м а 48-ю отверсти б 10 м подавался в ионасс-спектрометра МХ 1321. о (6 раз) регистрировались точной фиксацией времени ого из пиков(каждой компо 1830556ненты), прошедшего с момента пуска газа в ионный источник, Результаты приведены в табл.1,Величины Р/Ч, необходимые для экстраполяции, были найдены по спадам ионных токов компонент без применения развертки, Длй гелияР/Ч=3,8833 10 4 с 1, а для неонаР/Ч=1,5040 10 с . Как видно, величина (г/Ч 1 фд и для гелийи длй неонаравна 6,7261 104 с .Результаты экстраполяции интенсивностей каждого из пиков (ионных токов, табл.1) и результаты статистической обработки приведены в табл. 2,Таким образом, было получено отноше-. ние ионного тока гелияк ионному току неона, равное 7,2716. Для нахождения отношения парциальных давлений компонент смеси необходимо это отношение умножить на коэффициент относительной чувствительности (КОЧ) масс-спектрометра для этих. компонент,Результаты этого анализа для наглядности представлены в виде графиков: для гелийна фиг,1 и для неонана фиг,2, где показано изменение интенсивности пиков (ионных токов) компонент в процессе напуска газа (при шести развертках масс-спектра) и кривые экстраполяции интенсивности каждого иэ пиков к моменту пуска газа в ионный источник, Масштабы по оси времени для обоих графиков одни и те же. В реальном представлении графики должны быть совмещены, но из-за большого различия в интенсивностях пиков гелияи неонаони приведены раздельно, при этом масштабы по оси интенсивности ионного тока взяты различными.Для контроля воспроизводимости и точности способа были проделаны в течение недели на масс-спектрометре МХ 1321 анализы той же смеси гелий+неон, В каждом эксперименте было использовано одно и то же количество смеси газа равное 3,95 10 м Па. Получение отношения ионного тока гелияк ионному току неонаи среднее значение приведены в табл,З.Второй пример использования изобретения заключался в следующем. При том же объеме резервуара напуска, что и в первом примере, проводимость отверстий диафрагмы напуска (их число) была увеличена так, что для гелияР/Ч было равно 6,798 10 с 1 и для неонаГ/Ч=2 634 10с 1. Газ (смесь гелий+неон) в количестве 6,59 10 з м Па (т,е. в 6 раэ меньшем, чем в первом примере) подавался из резервуара напуска в ионный источник, Результаты анализа и экстраполяции интенсивностей каждого изпиков (ионных токов) компонент и статистической обработки приведены в табл. 4,В результате получено отношение ион 5 ного тока гелияк ионному току неона,равное 8,8070. Гаэ был взят из другого баллона, чем в первом примере.Результаты этого анализа также представлены в виде графика на фиг,З, где пока 10 зано изменение интенсивности пиков(ионных токов) компонент в процессе напуска газа (при шести развертках масс-спектра) и кривые экстраполяции ионных токовгелияи неонак моменту пуска газа в15 ионный источник,Как видно из сравнения результатов. первого и второго примеров анализа газовпри одном и том же объеме резервуара напуска, но при увеличении проводимости от 20 верстий диафрагмы в 17,51 раза позволилоуменьшить количествогаза для анализа в 6раз при сохранении точности анализа.Преимущество предложенного способаможет быть также понято из следующего25 сопоставления, В приведенных экспериментах при точности анализа примерно в1(включающей погрешности эа счет самого масс-спектрометра, системы регистрации ионных токов и т.п.) для получения30 информации о составе газовой смеси полез.но (информативно) использовано 427 ь и87,4 гелияи 14,5 и 56 неона, соответственно в первом и втором примерах,от взятого для анализа количества газа, в то35 время как по прототипу при погрешности в1только за счет спада давления (без погрешности самих измерений) используетсятолько 1 газа, а основная его часть (997 ь)выбрасывается.40 Использование изобретения позволяетпроводить определения состава газовойсмеси с высокой точностью при малых кОличествах газа идущего на анализ.Формула изобретения45 Способ масс-спектрометрического определения состава газовой смеси,по которому осуществляют напуск исследуемойсмеси в ионный. источник в молекулярномрежиме через диафрагму с отверстиями,50 разделение ионов по отношению массы кзаряду и регистрацию масс-спектра, о т л ич а ю щи й с я тем, что, с целью уменьшения количества исследуемого газа и повышения чувствительности, точности и информативности путем более полного использования исследуемой смеси, интенсифицируют поток газа в ионный. источник в начальный период напуска путем увеличения количества отверстий в диафрагме, многократно производят развертку масс-спектров, при1830556 Таблица 1 регистрации масс-спектров дополнительно регистрируют время появления каждого ника, экстраполируют величины интенсивностей ионных токов каждого компонента к моменту напуска на основании зависимости величин потока каждого компонента при напуске от времени по закону:о)1)9 е ч,где ) - индекс компонента смеси;- номер масс-спектра;1 О - величина ионного тока )-го компонента, соответствующего моменту пуска газа в ионный источник, А;1). - величина ионного тока )-го компонента в момент времени момент регистрации), А; е - основание натуральных логарифмов; Е - проводимость отверстий диафрагмы для )-го компонента, м /с;при этОм Р 1 1 Я =Г 2 1 ==Г я =сопзт, 5. где М - массовое число атома (молекулы)соответствующего )-го компонента;- время с момента пуска газа в ионный источник до момента регистрации ионного тока )-го компонента 1-го масс спектра, с;Ч - объем резервуара напуска, м,эи по величине средних ионных токов каждого компонента, соответствующих моменту напуска, судят о составе газовой 15 смеси.1830556 10 Таблица 4 ф. с 5 О 5 5 У 5 Я 5 7Время с тнвива начава капуска (с 1Фиг, 1 Значение отброшенное при стат,отке по 1-критерию при а =95(с 1 ЛЮ па щпуска Гсо д Время с иооеее фиг. 3,Составитель Г. Чедж Техред М.Моргентал м С. Кулако Реда ректор Л, Фил аказ 2524 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5 оизводственно 262 Эе 2," 310 ф "я ф 2 Ю 1ЛР Я льский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101