Способ масс-спектрометрического анализа газов и паров и накопительная ячейка для его осуществления

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >858147 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.11.79 (2l ) 2839141/18 25 с присоединением заявки Рй (23) П ркорктет

Опубликовано 23.08.81. Бюллетень М 31

Дата опубликования описания 23.08.81 (51)N. Кл.

Н 01Х 49/26

В 01 Э 59/44

G 01 И 27/62

1Ъвударетеекньй кокктвт сссе ао делам кзобретвннй и orapamsll (58) 3К 621.384 (088.8) В. И. Фаерман, И. Л. Агафонов и А. Е. фапульский

1 !

Научно-исследовательский институт хйми при

Горьковском государственном университете им. Н. И. Лобачевского (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СМЕСЕЙ

ГАЗОВ И ПАРОВ И НАКОПИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА

ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при проведении масс-спектрометрического аналйза газов и паров.

В настоящее время масс-спектрометриа является одним из наиболее чувствительных методов анализа газов и паров. Однако для развития радиоэлектроники, технологии получения веществ 1особой чистоты и методов контроля загрязнения окружающей среды необходимо дальнейшее повыше10 ние его чувствительности.

Одним из эффективных путей повышения чувствительности является предварительное обогащение пробы определяемым

М, компонентом. Line этой цели применяется вымораживание менее летучих компонен» тов смеси избирательная адсорбция, хроматографическое разделение (13. Однако

20 все эти методы требуют создания допол-. нительных установок и значительно усложняют и удлиняют процедуру проведения анализа.

Наиболее близким к предлагаемому гех.ническим решением является известный способ анализа, включающий концентрирование примесей иа адсорбенте, импульс ную десорбцию и ионизацию.

Способ состоит в том, что менее летучие компоненты адсорбируют на нити, помещенной иеносредственно в ионный источник, и находящейся в токе паров образца, направлаемых в область ионизация.

При быстром нагреве нити пропусканием электрического тока за короткое время производят десорбцию и постуцающий в область ионизация газ обогащаетса компонентами, накопленными на поверхности нити Г2 .

Недостатком этого метода является малая адсорбционная емкость поверхности гладкой нити и, вследствие этого, недостаточный эффект повышения чувствительности анализа.

Цель изобретения - повышение чувст» вительности масс-спектрометрического анализа.

858147

Поставленная цель достигается тем„ что в известном способе масс-спектрометрического анализа газов и паров, включаю %ем концентрирование примесей на agcppбенте, импульсную цесорбцию и следующую за ней ионизацию, исследуемое вещество пропускают между двумя электродами, расположенными непосредственно в ионном источнике, поверхность хотя бы одного из них покрыта микровыступами, на которых to адсорбируют примеси и затем десорбируют ик с помощью электрического разряда.

Накопительная ячейка для осуществле ния способа выполнена в виде плоского конденсатора, внутренняя поверхность хотя бы одной из пластин которого покрыта металлическими иглообразными микровыступами, длина которых в 2-20 раз меньше расстояния между пластинами, а пластины с двух противоположных сторон жестко соединены изолятором.

Особенностями предложенного, технического решения являются большее количество накапливаемого вещества и меньшее время цесорбции, что позволяет в несколько раз повысить чувствительность анализа, а также оригинальность конструкции накопительной ячейки.

На фиг. 1 и 2 приведена схема накопительной ячейки.

Ячейка содержит пластины конденсатора 1 с микровыступами 2, источник 3 высокого напряжения, переключатель 4, резистор 5.

Накопительная ячейка расположена между трубкой напуска ионного источника и ионизационной камерой (не показана), Исследуемый газ пропускают между пластинами конденсатора, одна из которык покрыта металлическими иглообразными микровыступами 2 длиною 50-200 мкм. Пос40 ле заполнения адсорбционного слоя на пластины конденсатора от источника высокого напряжения 3 с помощью переключателя 4 подают разность потенциалов в несколько кВ. Величина подаваемого напряжения, расстояние между пластинами, величина разрядного тока, регулируемого резистором 5, подбираются таким образом, чтобы под действием электронной бомбардировки и проходящего через усы электри- 50 ческого тока, их температура Т в течение времени . достигала величины, при которой адсорбированные вещества испарились бы полностью. Величина температуры Т определяется адсорбционными свойствами ss концентрируемого вещества, а время характеристиками применяемого масс-анализатора, Для приборов с магнитным массанализатором Y может быть в пределах от 0,01 до 0,1 сек, а с динамическим

10 -10 сек.

Параметры одной из испытанных накопительнык ячеек, давшей наилучший эффект, следующие.

Плошадь покрытая микровыступами, 600 мм; плотность расположения микрой. выступов 1 ° 10 см ; расстояние между6 пластинами 1 мм; средняя длина микровыступов 60 мкм; напряжение между пластинами при напуске гелия при давлении

-5

10 мм рт.ст. при разрядном токе 1 MA4,5 кВ; средний радиус закругления ост. рия усов 200 А.

Выбор основных параметров ячейки обусловлен следующим факторами.

Микровыступы должны иметь иглообразную форму (для того, чтобы можно было проводить разряд при минимальных напряжениях), равную длину (иначе более короткие не будут нагреваться в условиях разряда), достаточную электропроводность. Згим условиям удовлетворяют металлические нитевидные кристаллы, выращенные по механизму ПЖК.

Расстояние между пластинами ячейки должно быть минимальным, однако достаточно большим для избежания контакта наиболее длинных микровыступов с противоположной пластиной. Поэтому зазор между пластинами должен в несколько раз превышать среднюю длину микровыступов и быть одинаковым по всей площади.

Изготовление ячейки должно быть достаточно простым.

Так как выращивание нитевидных кристаллов по методу ПЖК проще всего провоцить на плоской металлической подложке, ячейка изготавливается в вице коро». бочки, цве противоположные грани которой металлические, а две выполнены из изолятора (керамики). Внутренняя поверхность одной или обеих металлических пластин покрыта микровыступами, а к внешней припаяны провоцники, служащие для подачи высокого напряжения. Керамические стенки коробочки обеспечивают ее крепеж, изоляцию металлических пластин, равномерную величину зазора между металлическими пластинами. Одна открытая сторона коробочки через изолирующую втулку соецинеиа с трубкой напуска, а другая — с ионизационной камерой ионного источника.

Испытание способа производилось на масс-спектрометре МИ 1305 на смеси бензол-гелий в соотношении 1:1000. Концентрирование бензола производилось адсорбцией его молекул на аноде конденсаI

8581

30 тора, покрытого иглообразными микровы6 ступами длиной 100 мкм; плотность 10 на см, закрепленного с помощью тефлоновых изоляторов между трубкой напуска и ионизационной камерой газового ионного источника. После установления постоянного газового потока исследуемого образца записывался пик молекулярных ионов бенэола (rn /е = 78) высотой И (фиг. 2). Затем масс-ецектрометр настра- 10 ивался на максимум этого пика, и на время, отмеченное на фиг. 2 фигурными скобками, производилась переключателем 4 (фиг. 1) подача высокого отрицательного напряжения на катод конденсатора. Вели- t5 чина пика бензола при этом достигала значения Н, что соответствовало понижению предела обнаружения бензола в Н/5 раэ, наибольщее значение этой величины было равно 5. 20

Результаты анализа смесей различных количеств бензола и гелия показали, что с уменьшением содержания коицентриру« емого компонента возрастает эффект увеличения чувствительности. Подбор оптимальных режимов десорбции и геометрии микровыступов позволит повысить чувствительность определения содержания в газах и парах менее летучих и сильно апсорбирующихся веществ на 1-2 порядка.

47 6

Формула изобретения, 1, Способ масс-спектрометрического анализа газов и паров, включающий кон-. центрирование примесей на адсорбенте, импульсную десорбцию ц следующую эа ней ионизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности анализа, исследуемое вещество пропус кают между двумя электродами, расположен ными непосредственно в ионном источнике, поверхность хотя бы одного иэ них покрыта микровыступами, на которых адсорбируют примеси и затем десорбируют их с помощью электрического разряда.

2. Накопительная ячейка для осуществления способа по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она выполнена в ви, де плоского конденсатора, внутренняя поверхность хотя бы одной из пластин которого покрыта металлическими at.ëooáðàçными Микровыступами, длина которых в

2-20 раэ меньше расстояния между пластинами, а пластины с двух противополож ,ных сторон жестко соединены изолятором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Успехи масс-сцектрометрии. Под реп. Дж. Уолдрена, М., "Иностранная ли« тература", 1963, с. 222.

2. Патент США Ж 3548180, кл. 250-41.9, 1970 (прототип).

Составитель И. Некрасов

Редактор H. Пушненкова Техред Л.Пекарь Корректор Е. Рошко

Заказ 7260/87 Тираж 784 Подписное

ВНИИЩ1 Государственного комитета СССР иб делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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