Время-пролетный масс-спектрометр

 

!

ОЕ <1И

СОЮЗ СОВЕТСНИ)(ССЦ МЛИСТИЧНМИХ

РЕСПУБЛИН з(ю Н 01 J 4 40.- ° n;,, I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -

ГОСУДАРСТ8ЕННЬЮ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

0 7

Е .а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3363632/18-21

-(22) 09.12.81 (46) 07. 10.83. 6юл. И 37 (72) 6.А.Мамырин, М.А.Иванов и В.Г.Александров (71) Ордена Ленина физико-техни-. ческий институт им. А.ф.Иоффе

{53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 198034, кл. H 01 1 39/48, 1967.

2. Юмикк Д.В. Канд. дис., ФТИ AH СССР., Ленинград, 1974. с.155157 (прототип}. (54)(57) ВРЕМЯПРОЛЕТНИЙ МАСС-С11ЕКТРОМЕТР, содержащим ионный источник с ка. мерой- ионизации и электронной пушкой, включающей три параллельно расположенных плоских целевых электрода и ..нитевидный катод, пространство дрейфа и приемник ионов, о т л и ч а ющ и и а я тем, что, с целью повышения точности анализа газов, содержащих легкие компоненты, при сохра .,нении чувствительности к тяжелым ком. г понентам, разрешающей способности и . упрощения устройства, электронная пушка содержит три дополнительных плоских щелевых электрода, размещенных между тремя упомянутыми электродами и камерой ионызации, все,шесть электродов располагаются таким образом, что оси их щелей параллельны нитевидному катоду и находятся с ним в одной плоскости, перпендикулярной плоскостям всех этих электродов, причем нитевидный катод расположен посредине между наружным " первым и следующим и вторым электродами при условии, что

4,й hz, . 3,4 4,5 6;6

: а : ь : е4

4 42 ъ (4 6% 46

1 5: 1:1:2:2:1:1:1:1:3:3:0,5:0,5:

:0,5:2:2:2., где h - расстояние между 1-м и

Г+1-м электродами1

%4+4

4„ - ширина щели - t-го электрода;

0; - толщина I-ro электрода.

1046800

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к масс- спектрометрическому приборостроению, Известны времяпролетные массспектрометры с ионизацией электронным ударом, в качестве основных элементов содержащие ионный источник с электронной пушкой и камерой ионизации, дрейфовое пространство и приемник ионов t.E j ..

1О

Разрешающая .способность указанных спектрометров существенно зависит от геометрических параметров электронного пучка .в камере ионизаций. Контуры пучка образуют в камере ионизации шторку, толщина которой в целях полу." . чения максимального разрешения для, заданной длины дрейфового пространства не должна превышать 1 мм. . Для высокой чувствительности прИборов ток электронного пучка через камеру ионизации должен составлять

1 мА при энергии электронов 100 эВ.

Указанные масс-спектрометры, позволяющие получить электронный пучок с такими параметрами и основанные на применении магнитной фокусировки .электронного пучка, не. позволяют ана" лиэировать легкие массы.

Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометр, содержа" щий дрейфовое пространство, приемник ионов, ионный источник с камерой иони зации и электронной пушкой, включающей три параллельно расположенных плоских щелевых электрода и нитевид"

35 ный катод.

В приборе используется магнитная фокусировка электронного пучка, обес. печивающая высокую чувствительность

40 к тяжелым компонентам и максимальную разрешающую способность для заданной, длины дрейфового пространства 1 2) .

Недостатком известного масс" спектрометра является то, что под действием магнитного поля, используемого для фокусирбвки электронного пучка, ионы легких масс (например, Н»

Н, He+, Не ), пролетая дрейфовое пространство, отклоняются от детекто ра и по этой причине не регистрируют-® ся °

Таким образом, известный массспектрометр не дает возможности ана" лизировать газы, содержащие легкие 55 компоненты, начиная с массового числа 1, при сохранении чувствительнос" ти к тяжелым компонентам и максимального разрешения, Кроме того, создание магнитного поля, необходимого для осуществления фокусировки электронного пучка, в том числе и юетировка магнита на анализаторе, тех, нологически сложны.,При этом на конструкцию прибора накладываются дополt нительные требования.

Цель изобретения - обеспечение повышения точности анализа газов, содержащих легкие компоненты, начиная с массового числа 1, при сохранении чувствительности к тяжелым компонентам, повышение разрешающей способности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в времяпролетном масс-спектрометре, содержащем ионный источник с камерой ионизации и электронной пушкой, включающей трн параллельно распо" ложенных плоских щелевых электрода и нитевидный катод, пространство дрейфа и приемник ионов, в электронную пушку устанавливаются три дополнительных плоских щелевых электрода, размещенных между тремя упомянутыми электродами и камерой ионизации, все шесть электродов располагаются таким образом, что оси их щелей параллельны нитевидному катоду и находятся е ним в одной плоскости, перпендикулярной плоскостям всех этих электродов, нитевидный катод расположен посредине между наружнымпервым и следующим - вторым электродами при,условии, что

2Ъ 34 Ф5 56 1 à. Ъ << y dS.-dg f1 dg, dg g фД"=

=1,5:1:1:2 .2:1: E:1: E:3 :3:0,5: 0,5:

:0,5:2:2:2, где h„ - расстояние между i-м и .(1+1 (i+E) м электродами;

d - ширина щели i-го элек1 трода; .(f; - толщина i"го электрода.

В предлагаемом масс-спектрометре магнитная фокусировка электронного пучка заменена электростатической, которая обеспечивается введением в электронную пушку трех дополнительных щелевых электродов между тремя существовавшими и камерой ионизацйи, а также определенными геометрическими соотношениями между расположением всех шести щелевых электродов электронной пушки и нитевидного катода, их толщиной и шириной щелей.

3 1046

Все шесть щелевых электродов рас= полагаются таким образом,. что оси их щелей параллельны нитевидному катоду и находятся с ним в одной, плоскости.

Причем поскости всех шести электродов перпендикулярны ей, чем обеспечивается симметрия электронного пучка относительно этой плоскости.

Таким образом в предлагаемом массспектрометре обеспечена возможность 10 анализа газов, содержащих легкие компоненты, начиная с массового числа равного единице, при сохранении чувствительности к тяжелым KoHhoHBHTBH u максимальной разрешающей способности >s для заданной длины дрейфового пространства прибора.

На чертеже изображен предлагаемый масс-спектрометр.

Устройство включает в себя дрейфо- 20 вое пространство l, приемнмк 2 ионов, ионный источник 3, камеру 4 иониаации, электронную пушку 5, шесть плоских .щелевых электродов 6-11 и нитевидный катод 12 °,25

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый. газ напускается в камеру 4 ионизации, где часть атомов и молекул, из которых он состоит, ионн-зо зируется под действием электронов, ускоренных в электронной пушке 5.

Образовавшиеся ионы ускоряются в ионном источнике 3 и попадают B дрейфовое пространство 1, в котором летят35 к приемнику 2 ионов. По времени пролета ионов от начала их ускорения в ионном источнике 3 до попадания в приемник 2 ионов определяется отношение массы к заряду ионов, что в большом числе случаев позволяет судить о составе исследуемого газа.

Для оптимальной работы прибора по чувствительности и разрешению на электроды 6-11 электронной пушки 5 подаются определенные потенциалы. Нитевидный катод 12 нагревают для повышения электронной эмиссии, пропуская через него ток.

Пример. Прибор включает в себя дрейфовое пространство, длина которого равна 100 мм, приемник ионов типа ВЗУ-1А, ионный источник(40х40х

;х30 мм, состоящий из камеры ионизации (30х25х10) .мм и электронной пушВНЙИПИ Заказ 7738/50 ки, содержащей шесть - щелевых электродов и нитевидный катод из вольФрама.

Эти электроды располагаются таким образом, что оси их щелей параллельны нитевидному катоду и находятся с ним в одной плоскости. Плоскости всех шести электродов перпендикулярны этой плоскости. Нитевидный катод расположен посредине между наружным - первым и следующим - вторым электродами, Размеры геометрических параметров ЫTЫ« ушк

l! 1 1у ii 3 3! 0>5> ое,5> между i""ым и (i+1)-м электродами; д - ширина щели i-го электрода, Д „ - толщина i-ro электрода.

Для оптимальной работы массспектрометра на электроды 6-11 электронной пушки подаются потенциалы относительно камеры ионизации, начиная с первого электрода (поз.б), 1,4u„; о,ба ; -o,lu„; о; -4и„; о соответственно, где U - потенциал катода относительно камеры ионизации.

Ток накала нитевидного катода (проволока из вольфрама диаметром 0,15 мм) равен 2,8 А, Разрешающая способность прибора при этом составляет 120, чувствительность 2 10 торр no Ar

1о и 8 10 " торр по Н . Разрешающая. способность известного устройства с той же длиной дрейфового пространства равна 120, чувствительность по

Ar 2 10 торр. Однако известное устройство не позволяет регистрировать ионы с массовыми числами мень" ше 10.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравне!чию с известным обеспечивает анализ газов, содержа- щих легкие компоненты, начиная с массового числа 1, при сохранении чувствительности к тяжелым компонентам и максимальной(для данной длины дрейфового поостранства) разрешаю щей способности.

Кроме того, предлагаемое устройство конструктивно проще и экономически выгоднее, так как в нем не используется магнит дл» фокусировки электронного пучка.

Тираж 703 Подписное е Ю

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4