Квадрупольный масс-спектрометр

Этот прибор имеет ряд преимуществ по сравнению с описанными выше анализаторами и получает все большее распространение для контроля газовой среды в вакуумных системах. Прибор способен анализировать парциальный состав газов до давления 10^-1 Па при достаточно высокой разрешающей способности (до 100 и более).

Рис. 19. Принципиальная схема квадрупольного масс-спектрометра: 1 – ионизирующий пучок электронов; 2 – раскачиваемый ион; 3 – коллектор ионов; 4 – нераскачиваемый ион; 5 – коллектор электронов

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 19. Исследуемый газ ионизируется в источнике ионов и выталкивается в виде ионного пучка через диафрагму в пространство анализатора. Отфильтрованные в анализаторе ионы определенной массы дают в цепи коллектора 3 ток, пропорциональный давлению.

В анализаторе прибора разделение ионов по массам происходит за счет действия квадрупольного электрического поля, создаваемого четырьмя параллельными цилиндрическими стержнями, к которым приложены переменное напряжение вида и постоянное напряжение При этом в области поперечного сечения, близкой к продольной оси прибора z, создается гиперболическое электрическое поле.

Заряженная частица, двигающаяся вдоль оси прибора z, будет раскачиваться высокочастотным полем, причем амплитуда колебаний зависит как от массового числа ионизированной частицы, так и от напряжения на стержнях. Ионы, амплитуда колебаний которых остается меньше r₀, могут беспрепятственно проходить через квадрупольное поле. Можно подобрать параметры поля так, что в зависимости от подаваемого напряжения через фильтр будут проходить ноны одной определенной массы. При условии, что соотношение амплитуд

массовое число М прошедших через фильтр ионов определяется как

,

где r₀ — расстояние от оси z до вершины гиперболы (до стержня).

Чувствительность прибора определяется эффективностью ионизации газа в источнике, выходом ионов из источника в анализатор и его фильтрующими свойствами. Все эти факторы взаимно связаны. Разрешающая способность возрастает с массой иона таким образом, что разрешение ΔM по всему диапазону масс остается постоянным. Установка вторичного электронного умножителя за отверстием приемника ионов увеличивает чувствительность и скорость индикации ионного тока.

Рис. 20. Схема квадрупольного масс-спектрометра

Ионы прошедшие весь путь и пропущенные квадруполем попадают на активную поверхность детектора и генерируют электрический сигнал. Активная поверхность детектора, называемая динод, испускает электрон всякий раз, как об нее ударяется ион. Далее электрон попадает в систему умножения сигнала. Каскад электронов нарастает, пока не образуется измеримый сигнал. В системе подсчитывается количество ударов ионов о динод. Так же детектором может служить ячейка Фарадея.

Рис. 21. Компактный квадрупольный масс-спектрометр На1100, смонтированный на фланце диаметром 70 мм

Дата добавления: 2015-08-20