4. Масс-спектрометр мх-7304

Рис. 4. Блок-схема масс-спектрометра МХ-7304

Масс-спектрометр МХ-7304 является масс-спектрометром динамического типа, принцип действия которого основан на том, что при прохождении ионов анализируемого вещества в поперечном гиперболическом высококачественном электрическом поле ионы имеют ограниченную амплитуду колебаний, в то время как амплитуда колебаний остальных ионов неограниченно возрастает со временем. Эти ионы попадают на поверхности электродов и там ионизируются. Ионы с ограниченной амплитудой колебаний собираются коллектором, и их интенсивность регистрируется. Блок-схема масс-спектрометра представлена на рис. 4.

Превращение молекул ионизируемого вещества в ионы происходит в источнике ионов, где молекулы подвергаются бомбардировке электронами и ионизируются. Сфокусированный в источнике ионов пучок ионов поступает в поле анализатора масс.

Анализирующее поле создается системой электродов, состоящей из заземленного углового электрода и цилиндрического стержня, установленного внутри углового электрода на изоляторах. При подаче на стержень относительного углового электрода переменного напряжения ( + cos t) в пространстве между электродами образуется поле, потенциал которого в декартовой системе координат x и y приближенно описывается уравнением

. (5)

В таком электрическом поле ионы, влетевшие вдоль оси z, описывают сложную траекторию, имеющую в плоскости yz форму полусинусоиды с периодом, зависящим от массы ионов, на которую наложены высокочастотные колебания с переменной амплитудой.

Уравнение движения ионов в поле анализатора запишется в следующем виде:

, (6)

, (7)

где ; ; .

Развертка по массе осуществляется изменением амплитуды высокочастотного напряжения V при постоянном отношении .

Анализ показывает, что при достаточно “длинном” вдоль оси поле и при определенном отношении на коллектор поступают только однозарядные ионы:

, (8)

где М – массовое число; V – амплитуда переменного напряжения; q – безразмерная постоянная, зависящая от отношения ; r₀ – кратчайшее расстояние от стержня до вершины углового электрода анализатора, см; f – частота переменного напряжения, МГц.

Экспериментальным путем устанавливается оптимальный режим работы анализатора и чувствительность. Этот режим соответствует и q = 0.624; при с расширением диапазона массовых чисел и увеличением чувствительности ухудшается разрешающая способность. Изменение разрешающей способности можно осуществить регулировкой режима работы источника ионов, уменьшение ускоряющего напряжения ведет к улучшению разрешающей способности. Напряжения ионизирующее и отражателя в источнике ионов служат для формирования электронного пучка.

Коллектором для ионов, выходящих из анализатора, является первый динод вторично-электронного умножителя (ВЭУ). Ионы выбивают с поверхности первого динода умножителя электроны, которые, пройдя несколько ступеней умножителя, попадают на коллектор (анод) умножителя.

Ток электронов в цепи анода усиливается предварительным усилителем и усилителем постоянного тока (УПТ). Величина коэффициента усиления ВЭУ зависит от напряжения его питания, которое может изменяться в пределах от – 2 до – 4 кV.