Циклоидальный масс- спектрометр (трохотрон)

В циклоидальном масс-спектрометре разделение ионов по массовым числам происходит в анализаторе прибора во взаимно перпендикулярных магнитном и электрическом полях.

Принцип действия прибора показан на рис. 4.21. Прибор состоит из источника ионов И, приемника ионов П и анализатора А с равномерным электрическим полем Е, созданным серией параллельных и изолированных друг от друга пластин Б.

Рис. 4.21. Принципиальное устройство датчика циклоидального масс- спектрометра

Молекулы анализируемого газа ионизируются в ионном источнике электронным лучом и в виде узкой ленты вытягиваются в анализатор. В анализаторе ионы двигаются по циклоидальным траекториям, параметры которых зависят от массового числа ионов и величин электрического и магнитного полей Е и Н.

В циклоидальном масс-спектрометре используется двойная фокусировка, при которой ионы фокусируются как по энергиям, так и по углам выхода из источника. Ионы, обладающие разными скоростями и углами выхода из источника, вначале расходятся, а затем опять сходятся в фокусе, где и помещена входная щель коллектора. Выходная щель источника ионов и входная щель коллектора находятся в одной плоскости, а расстояние b между щелями равно:

$$b=x_{1}=2 \pi a, (4.16)$$

где а - радиус окружности циклоиды:

$$a= \frac{m}{e} \cdot \frac{E}{H_{2}} (4.17)$$

Развертка спектра масс может быть осуществлена изменением электрического или магнитного поля. Массовое число М:

$$M= \frac{2 \pi b}{m'/e} \cdot \frac{H_{2}}{E}. (4.19)$$

где m' - масса атома водорода.

Фронты пиков ионов у циклоидального масс-спектрометра почти вертикальны. Благодаря этому достигается высокая разрешающая способность в широком диапазоне анализируемых масс. Двойная фокусировка позволяет также использовать ионный источник высокой эффективности с определенным угловым и энергетическим разбросом ионов, что обеспечивает повышение чувствительности прибора к парциальным давлениям.

Датчик циклоидального масс-спектрометра с разрешающей способностью 150 содержит шесть пластин (четыре большие и две малые), предназначенных для создания равномерного электрического поля. Полюсы магнита имеют эмпирически подобранную форму, обеспечивающую создание равномерного магнитного поля напряженностью 3300 э. Угол расхождения ионного пучка на выходе из источника в анализатор составляет приблизительно 6°. Эффективность улавливания ионов колеблется от 4 до 20 % в зависимости от начальной энергии частиц, их массы и других причин.