Часопролітний мас-аналізатор

Робота часопролітного мас-спектрометра базується на принципі розділення іонів різної маси за часом прольоту в вільному від електричного та магнітного полів просторі. Часопролітний мас-спектрометр часто називають також імпульсним мас-спектрометром або хронотроном. Принципова схема будови камери-датчика хронотрона наведена на рисунку 6.9.

Джерело іонів видає в аналізатор пакети іонів. Пакет іонів можна отримати як імпульсною іонізацією електронним потоком шляхом подачі імпульсу тривалістю 10^-7 – 10^-8 с та частотою до 10 кГц, так і подачею на виштовхуючий електрод або витягаючу діафрагму (4) імпульс напруги тієї ж тривалості при постійному електронному потоці.

Рисунок 6.9 – Принцип роботи хронотрона:

1 – колектор іонів; 2 – антидинатронна сітка;

3 – супресорна сітка; 4 – витягуюча сітка;

5 – прискорююча сітка; а- іони масою М₁;

б – іони масою М₂; в – іони масою М₃;

Д – джерело іонів; П – приймач іонів;

А – аналізатор; К – катод; КЕ – колектор електронів

Пройшовши прискорюючу напругу, яка подається на сітку (5), іони рухаються в аналізаторі в бік колектора іонів 1 за інерцією, при цьому швидкість v руху окремих іонів залежить від їх енергії та масового числа. Час прольоту іонів t від джерела іонів Д до приймача іонів П вздовж всього простору дрейфу А довжиною l визначається з рівняння:

В аналізаторі, рухаючись від джерела до колектора (1), іони розділяються на групи у відповідності з їх масовими числами. Першими на колектор іонів прийдуть іони легких газів, а за ними послідовно групи іонів більш важких газів. Попадаючи на колектор іонів 1 пакети іонів створюють в його колі струм, пропорційний кількості іонів, тобто парціальному тиску. Приймачем іонів служить вторинний електронний помножувач. Тривалість імпульсу, що створює мас-спектр, дуже мала (0,1 мкс), а частота може сягати 10 кГц. Помножувач зв’язаний з широкополосним підсилювачем, вихідний сигнал якого подається на вертикально відхиляючі пластини осцилографа, частота розгортки якого синхронна з частотою повторювання іонізуючих імпульсів. Як правило в приймачі іонів перед колектором (1) встановлюється система сіток, найближча з яких є антидинатронною (сітка (2)). Інші сітки дозволяють при необхідності із всього потоку іонів вибирати та пропускати на колектор (1) тільки іони з певним масовим числом або діапазон масових чисел. Це здійснюється подаванням на сітки відкриваючих та закриваючих імпульсів.

Супресорна сітка (3) не пропускає на колектор розсіяні іони, енергія яких нижча за енергію іонів в пакеті. Роздільна здатність час-пролітного мас-спектрометра визначається за формулою:

де ∆t – час, протягом якого іони однієї маси приходять на колектор.

Цей час визначається шириною пакета іонів біля колектора, тривалістю іонізуючого або витягуючого імпульсів та розходженням початкових швидкостей іонів, її збільшення пов’язане з необхідністю зменшення ∆t.

Роздільна здатність часпролітного мас-спектрометра 10 – 100, діапазон мас, що реєструються – 1 – 600 а.о.м., діапазон робочих тисків – 10^-4 – 10^{-9 мм рт. ст. Недоліком такого мас-спектрометра є велика довжина простору дрейфу –} l ≥ 0,5 м. Час-пролітний мас-спектрометр знайшов широке застосування для аналізу складу газів в високовакуумних системах, де він швидко змінюється. Суттєвою перевагою цього приладу є відсутність магнітного поля.

Література

1. Грошковский Я. Техника высокого вакуума. – М.: Мир, 1975.-265 с.

2. Кучеренко Е.Т. Справочник по физическим основам вакуумной техники. К.: Вища школа, 1981.–264с.

3. Эшбах Г.Л. Практические сведения по вакуумной технике. М.: Энергия, 1966.–296 с.

4. Королев Б.И. Основы вакуумной техники.–М.: Энергия, 1981.–416 с.

5. http://www.vacuum.ru/vacuum.html#n_

Дата добавления: 2014-01-06