Динамические масс-анализаторы
ДИНАМИЧЕСКИЕ МАСС-АНАЛИЗАТОРЫ
где sb s2 — соответственно ширины выходной щели источника ионов и входной щели коллекторного устройства.
Преимуществом масс-анализаторов с циклоидальной фокусировкой по сравнению с другими статическими масс-спектрометрами, используемыми для измерения парциальных давлений, является довольно большая разрешающая способность ( — 100) при сравнительно небольших габаритах и более низкий порог чувствительности (Ю~п—10“12 мм рт. ст.). Кроме того, конструктивные особенности прибора позволяют использовать его для анализа молекулярного состава газов и легкоконден-сирующихся веществ с молекулярным весом от 12 до 150 а. е. м.
масс-анализатор (омегатрон)
Принцип работы омегатрона основан на использовании особенностей движения ионов различных масс под действием взаимно перпендикулярных (скрещенных) статического магнитного Н и переменного электрического Е полей (рис. IV.4). Когда частота вращения ионов в магнитном поле ^циклотронная частота) е— совпадает с частотой изменения электрического поля о, то имеет место так называемый циклотронный резонанс и происходит разделение ионов по массам. В этом случае «резонансные» ионы движутся по спиральным траекториям, удаляясь от центра, и при подходящих условиях попадают на коллектор.
Схематическое устройство датчика омегатронного масс-анализатора показано на рис. 1V.5. Пучок электронов /, ускоренный до энергии в несколько сот электроно-вольт и сфокусированный осевым магнитным полем, попадает в камеру ионизации. Над и под пучком электронов находятся две пластины 2, к которым приложено переменное высокочастотное напряжение. Резонансные ионы, образованные на пути электронного пучка (вдоль оси прибора), двигаясь по спиральным траекториям, попадают па коллектор 3.
Если собственная частота вращения ионов отлична от частоты переменного напряжения, то они могут получать или отдавать свою энергию высокочастотному полю (в зависимости от начальной фазы). При этом ионы будут то удаляться, то приближаться к центру анализатора и на коллектор не попадут. Плавно изменяя частоту генератора, можно создавать условия резонанса для ионов различной массы. В этом случае величина ионного тока на коллектор будет зависеть от парциального давления отдельных компонентов остаточного газа в вакуумной системе.
Омегатронный
Разрешающая способность омегатронного измерителя парциальных давлений определяется по формуле
Из выражения (IV.12) видно, что разрешающая способность омегатрона прямо пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля и обратно пропорциональна напряженности высокочастотного электрического поля и массе ионов. Практически величина Н не изменяется (используются постоянные магниты) и выбирается равной нескольким тысячам эрстед. В этом случае типичная зависимость разрешающей способности и тока резонансных ионов Д от напряженности высокочастотного поля Eq имеет вид, показанный на рис. IV.6.
Полная длина пути L резонансного иона до попадания на коллектор определяется из выражения
При разрешающей способности ~20 и расстоянии от центра до коллектора ионов г0= 1,5 см путь L достигает 60 см. Поэтому омегатрон устойчиво работает только при давлениях ниже 10-5 мм рт. ст., когда средняя длина свободного пути иона Хг— превышает величину L. При более высоких давлениях могут иметь место столкновения
ионов с атомамй остаточного газа, приводящие к рассеиванию ионов и искажению показаний прибора. Нижний предел измеряемых омегатронами парциальных дав
лений отдельных газов в условиях хорошего вакуума достигает 10”12 мм рт. ст., а разрешающая способность может быть доведена до 100.
Типичный спектр масс остаточного газа, полученный с помощью омегатрона, показан на рис. IV.7. Как видно из рисунка, омегатрон иногда регистрирует ложные пики на массах М/2. Например, пары воды Н2О+,
кроме пика 18, дают пик 9. Для отделения ложных пиков используют их монотонную зависимость от амплитудного значения высокочастотного напряжения, в то время как истинные пики зависят от EQ резонансно.
