История создания масс-спектрoметров

История создания масс-спектрометров, конструкции которых по-прежнему активно совершенствуются, представляет определенный интерес. До 1950 г. вакуум или низкое общее давление были необходимой средой для проведения различных процессов, например таких, как минимизация шлаков в вакуумной печи или снижение скорости окисления нитей в первых лампах накаливания или электровакуумных приборах. Другие процессы, такие как спектроскопия заряженных частиц, требуют низкого общего давления для того, чтобы обеспечивать достаточно большую длину свободного пути молекул, позволяющую собрать заряженный газ для анализа. Измерение состава и парциального давления газов, составляющих общее давление, первоначально представляло собой определенный интерес, но было недостижимым. В конце концов в силу того, что научные цели становились все более и более смелыми, инженеры и ученые начали активно разрабатывать методы идентификации газов. Например, нужно было знать фактический состав остаточных газов, обеспечивающих общее давление, чтобы понять, какие факторы ограничивают достижение еще более низких значений давления. Масс-спектрометры, разработанные в начале XX века, делали основной упор на физику процессов. Анализатор положительного луча Дж. Дж. Томпсона (1910 г.) и 180-гра- дусный магнитный секторный анализатор Демпстера (1918 г.) были первыми в своем роде. Однако в конце 1930-х гг. А. О. К. Ниер начал заниматься прикладными исследованиями в изучении атмосферы, прежде всего колебаниями состава и объема газов в зависимости от высоты над уровнем моря. Ниер добился многочисленных достижений в технологии масс-спектрометрии, особенно с уникальным ионным источником, обеспечивающим высокую разрешающую способность. Он использовал также магнитные секторные и квадрупольные анализаторы. Одновременно с работой Ниера интерес к пониманию химического состава сложных органических молекул, изучение изотопов и разработка аппаратуры, обеспечивающей более низкие значения общего давления, стали основными факторами прогресса технологии масс-спектрометрии. В конце 1950-х гг. хорошо финансируемая космическая программа придала новый импульс этому направлению. Работы Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) по изучению состава атмосферы в зависимости от высоты, остаточных газов в космическом пространстве, определение состава планетных атмосфер и имитация космического пространства послужили толчком для инновационных лабораторных экспериментов и экспериментов на борту космических кораблей. Экипажи Аполлона использовали масс-спектрометры для измерения атмосферы водорода на Луне, а космический аппарат Вайкинг занимался измерением атмосферы СO₂ Марса. Это только несколько примеров огромного объема информации, предоставленного масс-спектрометрами для понимания процессов в космосе. Финансирование, предоставляемое для изучения вакуумной техники, значительно сократилось после экспедиций и посадки на Луну, но масс-спектрометрия по-прежнему продолжала медленно развиваться, и виды применения масс-спектрометров быстро расширялись. В середине 1970-х гг. производство полупроводников стало основным локомотивом создания вакуумной аппаратуры, и развитие масс-спектрометров получило новый импульс. Эта работа продолжается по сей день в направлении совершенствования чувствительности, разрешающей способности и эффективности этих приборов, а также разработки более прогрессивного программного обеспечения.