Магнитные секторные масс-анализаторы

Как показывает уравнение (I), ионы со скоростью v в перпендикулярном магнитном поле В будут ускоряться в направлении, перпендикулярном как у, так и В, таким образом описывая круглую траекторию радиуса г.

$$\frac{Mv^{2}}{Qr}=vB, (5)$$

Ионы приобретают свою начальную скорость у посредством ускорения во время пролета через электрическое поле Е. таким образом:

$$\frac{Mv^{2}}{2}=QE. (6)$$

Из этих двух уравнений получаем «уравнение магнитного масс-спектрометра»:

$$\frac{M}{Q}= \frac{B^{2}r^{2}}{2E}. (7)$$

Поскольку источник и коллектор обычно находятся в фиксированных положениях, двумя вариантами «сканирования» являются следующие: изменение радиуса ионного луча в зависимости от М/Q заключается либо в варьировании напряженности магнитного поля В (с помощью электромагнита), либо в использовании фиксированного магнита и варьировании силы ускоряющего электрического поля Е (сканирование напряжения). И в том и в другом случае

соотношение между M/Q и сканирующей переменной является нелинейным, в результате чего получается нелинейная ось массы. (Пространство между пиками меньше (спектр «сжат») на высоком конце по сравнению с более низким концом M/Q.)

Для того чтобы предотвратить попадание ионов с сильно отличающимися углами вектора скорости (и энергии) в спектрометр, используется входная прорезь, уменьшающая отдачу ионного источника, которая определяет размер луча. Для соответствующей разрешающей способности используется выходная прорезь, позволяющая входить в детектор только сфокусированным ионам. (Магнитный секторный анализатор данного типа обеспечивает одинарное фокусирование - ионы равной M/Q и энергии, но разного направления скорости на входе сфокусированы на выходной прорези.) Для наибольшей чувствительности ширина входной прорези (S1) должна быть максимально возможной. Ширина выходной прорези (S2) должна быть еще больше на ΔS, чтобы обеспечивать более широкий луч, вызываемый аберрацией в силу изменения первоначальных направлений (S2 = S1 +S). В этом случае разрешающая мощность будет составлять [156]

$$\frac{M}{\Delta M}= \frac{r}{2S_{2}}, (8)$$

Направленное фокусирование может быть достигнуто с различными углами отклонения луча. В приборе типа Демпстер луч ионов отклоняется в поле 180-градусного сектора, таким образом луч ионов является параллельным во входной и выходной прорезях, но движение осуществляется в противоположных направлениях. Источник ионов и детектор находятся внутри магнитного поля в этой конфигурации.

Для облегчения доступа и устранения помех с умножителями может возникать потребность удалить источник и детектор из магнитного поля. Это возможно, если использовать поля сектора 30, 60 или 90°. Для обеспечения фокусирования входная и выходная прорези должны находиться на линии, перпендикулярной оси симметрии магнита, при этом линия помещается в точку, где пограничные линии поля пересекаются (рис. 6). Данная схема предусматривает эффект однократного (направленного) фокусирования.

напряженность поля

Рис. 6. Схема магнитного секторного масс-анапизатора с одинарным фокусированием (угол сектора 60°)

Центровка магнита, как правило, является более критической в данной компоновке, поэтому после его снятия (например для термической обработки) может потребоваться перекали- бровка.

Данные спектрометры одинарного фокусирования отделяют ионы в зависимости от M/Q из моноэнергетического ионного луча. Поскольку имеет место неизбежная разница в уровне энергии, только дополнительное электростатическое отклонение может обеспечить направленное и энергетическое фокусирование. Такой прибор двойного фокусирования для анализа парциального давления былописан Ниером [157].

Во всех случаях для оказания влияния на чувствительность и разрешающую способность необходимо менять механические детали (входную и выходную прорези). По сравнению с квадруполями (изменение электронной настройки) частые замены могут представлять собой ограничение, но могут быть и преимуществом с точки зрения стабильности и повторяемости результатов в зависимости от вида применения. Разрешающая сила М/ AM является постоянной на протяжении диапазона массы, а типичные скорости сканирования составляют порядка нескольких а. е. м/с.

Подсоединение анализатора магнитного сектора (90 градусов) к источнику электронов типа Ниера было изучено Вернером [ 110]. При низких токах эмиссии (менее 50 рА) и низких значениях давления (менее 10-6 мм рт. ст. или приблизительно 10 4 Па) можно пренебречь магнитным полем источника, первоначальной тепловой энергией, а также эффектами отрицательного и положительного пространственных зарядов. При более высоких значениях тока эмиссии и низких значениях давления отрицательный пространственный заряд, а при высоких значениях давления положительный пространственный заряд могут оказывать влияние на потенциалы, приводя к колебанию энергии иона. Дискриминация массы во время сканирования напряжения может объясняться уменьшением размера области формирования ионов и увеличением угловой расходимости в силу уменьшения ускоряющего напряжения. При низком ускоряющем напряжении (соответствующем более высоким массовым числам) ионные траектории продемонстрировали большую расходимость и концентрации на выходной прорези. В противовес этому при более высоком ускоряющем напряжении (2 кВ) ионы концентрируются вдоль оси (более высокая передача при более низких массовых числах).

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.