Масс-спектрометры с однородным магнитным полем

Период обращения ионов в масс-спектрометре ). Принцип действия масс-спектрометра основан на том, что циклотронная частота спирального движения в однородном магнитном поле не зависит от начальной скорости иона. На практике специальное устройство создает короткий импульс ионов и с помощью электронного приспособления измеряется время, в течение которого ионы этого импульса совершают один или большее число оборотов. [c.177]

Рис. 3. Схема статического масс-спектрометра с однородным магнитным полем S , S — щели ионного источника и приёмника ионов треугольник — область однородного магнитного поля В, перпендикулярного плоскости рисунка тонкие сплошные линии — границы пучков ионов с разными т/е г — радиус центральной траектории ионов.

Масс-спектрометры с однородным магнитным полем [c.9]

Опубликовано много работ, например [1 —12], посвященных светосиле и разрешающей способности масс-спектрометров с однородным магнитным полем. Однако авторы этих работ не нашли эффективных решений. Это объясняется тем, что существенные улучшения этих параметров достигаются главным образом за счет увеличения габаритов и веса масс-спектрометра- Так, например, при линейном увеличении рабочего радиуса отклонения ионных пучков вес диспергирующего магнита растет приблизительно пропорционально третьей степени. В некоторых случаях необходимые параметры прибора достигаются лишь при весе магнита в несколько тонн. [c.33]

Разрешающую силу масс-спектрометра с однородным магнитным полем возможно повысить, увеличив радиус отклонения частиц или уменьшив ширину щелей у источника и приемника ионов. Первое приводит к конструктивным затруднениям, так как магнит отклоняющего поля становится слишком громоздким, а вакуумные системы слишком сложны, второе связано с уменьшением светосилы прибора. [c.33]

Уже отмечалось, что использование неоднородного магнитного поля с коэффициентом неоднородности 0,8— 0,9 позволяет увеличить дисперсию масс-спектрометра. Однако создание прибора, предназначенного для измерения изотопов тяжелых элементов, связано с большими трудностями. Например, при радиусе отклонения ионов г = 200 мм и коэффициенте неоднородности га = 0,9 для системы отклонения на 180° согласно уравнению (2.6) длина траектории пути ионного пучка равна - 2500 мм, что почти в четыре раза больше, чем у прибора с однородным полем. В этом примере источник и приемник ионов удалены от поля приблизительно на 1 м. Расширение пучка ионов в поле при угловой апертуре 2—3° составляет около 100 мм, следовательно, ширина плоской части трубы и полюсных наконечников, создающих поле, должна быть не менее 150 мм. Все это увеличивает габариты трубы и магнита спектрометра, а также сильно усложняет конструкцию вакуумной части прибора. Напомним, что повышение дисперсии и разрешающей силы прибора за счет увеличения длины траектории ионного пучка неизбежно приводит к ослаблению светосилы прибора, так как допустимая плотность ионного тока в пучке обратно пропорциональна квадрату длины ионного пути. [c.38]

Другим важным применением однородных полей является масс-спектроскопия (определение отношения заряда к массе для различных ионов в пучке). В масс-спектрометрах обычно применяется сочетание статических электрических и магнитных полей. В простейшем случае как те, так и другие поля однород- [c.52]

В первых масс-спектрометрах использовались однородные электростатическое и магнитное поля. Знаменитый метод параболы Томсона [56] сводится к отклонению частиц в однородных электростатическом и магнитном полях, параллельных друг другу. Пусть ось X декартовой системы координат направлена параллельно напряженностям обоих полей, а заряженная частица входит вдоль оси г в область поля. Отклонения на малые углы в направлении х обусловлены электростатическим полем, а в направлении у—магнитным полем. Отклонения определяются для разных скоростей частиц уравнениями (2.117) и (2.150) соответственно. В случае малых отклонений соответствующие эффекты независимы. Исключая ускоряющий потенциал из обоих уравнений, получим [c.58]

Анализируя уравнения (1.8) — (1-11), нетрудно заметить, что в масс-спектрометре с однородным магнитным полем секторного типа дисперсия мабс-спектра не зависит от угла поворота ионов в поле, а является функцией только радиуса траектории ионов. С увеличением радиуса дисперсия растет линейно. Это означает, что для увеличения дисперсии, например, в два раза необходимо соответственно увеличить в два раза радиус отклонения ионов, что, в свою очередь, удлинит ионный путь вдвое и приведет к увеличению веса электромагнита приблизительно в восемь раз. Следовательно, увеличение дисперсии классических масс-спектрометров с однородным магнитным полем достигается ценой увеличения размеров и веса прибора, причем линейные его размеры растут пропорционально первой, а вес —третьей степени. [c.13]

Для практических целей неоднородное магнитное поле было впервые применено в 1946 г. Зигбаном и Сватхолмом [29] для р-спектрометрии. Они выбрали коэффициент неоднородности 0,5, что дает фокусировку при отклонении пучка ионов в магнитном поле на угол п 2. Позднее, в 1952 г., Фишер [15,16] предложил масс-спектрометр со скрещенными полями — радиальным электрическим и неоднородным магнитным. Прибор также имел коэффициент неоднородности 0,5 и обладал фокусировкой ионных пучков по направлению и скоростям. Разрешающая способность этого прибора была лишь в два раза выше, чем у аналогичного прибора, использующего однородное магнитное поле. [c.34]

Анализ выражений (2.4), (2.5) и (2.9) показывает, что при л = 0 и Ь = оо имеем случай фокусировки в однородном магитном поле, а при га=1 и 6 = 0 ), и / равны бесконечности, следовательно, поле теряет фокусирующие свойства. Варьируя коэффициентом неоднородности между нулем и единицей, можно получить дисперсию любой величины, но при этом, согласно выражению (2.6), меняется /. Следует отметить, что если фокусировка исчезает. Если д-э-О и f- 0, получаем ионную оптику масс-спектрометра с однородным магнитным полем с отклонением ионного пучка на 180°. Обычно выбирают коэффициент п = 0,85-н0,9. Для этих значений фокусное расстояние получается в четыре-пять раз больше радиуса равновесной траектории ионов. Например, для прибора, описанного в работе [14], г = 350 мм, = 0,87, фокусное расстояние равно 1400 мм. Чрезмерное возрастание фокусного расстояния ограничивает использование пучка ионов с большим углом раствора, так как при этом потребуются широкие полюсные наконечники, что создает большие затруднения в выполнении конструкции отклоняющего магнита. [c.37]

Несмотря на некоторый проигрыш в светосиле из-за пучка с малым углом раствора, описанный масс-спектрометр позволяет получить дисперсию намного большую, чем в приборах с однородным полем. Так, например, прибор с указанными параметрами имеет дисперсию 27 мм на 1 % разности масс. Для аналогичного прибора с однородным магнитным полем дисперсия была бы 3,5 мм, т. е. почти в восемь раз меньше. Используя неоднородное магнитное поле с относительно высоким коэффициентом неоднородности, Н. Е. Алек-сеевский и др. [36] построили малогабаритный масс-спектрометр высокой разрешающей силы для анализа легких газов. [c.37]

Мы уже рассмотрели один путь йспользования однородного магнитного поля для отклонения частиц (разд. 2.7.2.2) и его применение для массового анализа (разд. 2.7.3.1). Следующим подходом является применение в качестве траектории полуокружности. Такое устройство называется я-спектрометром (рис. 163). Частицы с различными энергиями и (или) различными массами движутся по разным окружностям. Энергетический или массовый спектр можно получить, двигая детектор вдоль горизонтальной линии или меняя наяряженность магнитного поля. Если, однако, рассмотреть траектории частиц с одинаковыми массами н энергиями, но входящими в поле под углами, различие которых пренебрежимо мало, то увидим, что все они вернутся к горизонтальной линии приблизительно в одних точках. Хотя фокусировка несовершенна, мы, несомненно, имеем кроссовер, по крайней мере, по азимутальной координате я, который допускает некоторый конечный разброс угла а. [c.595]

Действие масс-спектрометра МХ-1308 состоит в следующем. Пробу 4 (рис. 1) исследуемого вещества помещают в полость эффузионной камеры 3 испарителя 1 и нагревают до рабочей температуры. Выделяющаяся при этом мощность рассеивается на поверхности водяной рубашки 2. В полости эффузионной камеры создается равновесное состояние между твердой (или жидкой) и газовой фазами испаряющегося вещества. Эффундирующая в отверстие камеры струя пара 5 коллимируется диафрагмой 15 я в виде узкого молекулярного пучка проходит сквозь ионизационную камеру 12 источника ионов 14, после чего конденсируется на ловушке 13. При прохождении через ионизационную камеру молекулы исследуемого вещества ионизуются электронным ударом. Образовавшиеся ионы вытягиваются через щель 8, формируются электродами 11 я 10 в ионный пучок 9 и поступают в магнитный анализатор, действие которого основано на разделении пучка ионов в однородном магнитном поле на составляющие, отличающиеся отношением массы ионов к заряду. Необходимые составляющие направляются на приемную щель путем изменения напряженности магнитного поля. Последовательная регистрация линий масс-спектра [c.429]

В последние годы масс-спектрометрическая техника пополнилась большим количеством новых времяпролет-ных, радиочастотных, омегатронных, импульсно-резонансных и других масс-спектрометров без громоздких магнитных отклоняющих систем. Однако параметры этих новых моделей во многих случаях еще не достигли уровня классических масс-спектрометров, использовавщих для отклонения ионов поперечное магнитное поле. Кроме того, в связи с разработкой теории и новых приборов с неоднородным магнитным полем и некоторых новых усовершенствованных моделей с однородным полем классические магнитные масс-спектрометры в настоящее время продолжают все шире проникать в различные области науки и техники. [c.3]

Независимость основных параметров ионнооптической схемы. В отличие от законов для приборов с однородным полем в рассматриваемом поле фокусное расстояние ионнооптической системы не зависит от радиуса отклонения ионных пучков в магнитном поле. В масс-анализаторе с неоднородным магнитным полем, меняющимся обратно пропорционально радиусу отклонения ионов, угол поворота ионов в поле, радиус траектории, фокусное расстояние, форма поперечного сечения ионного пучка и, наконец, угол расходимости ионного пучка можно выбрать, исходя из конкретных требований, предъявляемых к прибору. При конструировании можно независимо друг от друга варьировать величины этих параметров. Таким образом, особенности неоднородного поля облегчают выбор наиболее оптимального варианта геометрии отклоняющей системы масс-спектрометра. [c.52]

Блок-схема типичного масс-спектрометра (рис. 3.2) содержит все главные функциональные части, являющиеся структурной рсновой масс-спектрометров, использующих отклоняющие системы с однородными и неоднородными магнитными полями. [c.60]

СНЕКТРОМЕТР, устройство, в к-ром для разделения ионов по отношению массы к заряду используется движение узкого пакета ионов, сформированного в модуляторе, в однородном магн. поле. Ионы, циклотронная частота к-рых совпадает с частотой перем. напряжения, приложенного к электродам модулятора, дополнительно ускоряются и после неск. оборотов по расширяющимся траекториям попадают на коллектор. М. м.-с. используется для прецизионных измерений масс ионов, а также для изотопного анализа. См. Масс-спектрометр. МАГНИТОСТАТИКА, раздел теории эл.-магн. поля, в к-ром изучаются св-ва стационарного магнитного поля (поля пост, электрич. токов или поля пост, магнитов). Для расчёта этих полей часто пользуются понятием магнитного заряда, позволяющим применять в М. ф-лы, аналогичные ф-лам электростатики. Формально это возможно благодаря теореме эквивалентности поля магн. зарядов и поля пост, электрич. токов (см. Ампера теорема), хотя в природе свободных магн. зарядов не существует (см. Магнитный монополь). [c.383]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...