2.1.3. Спектр мас та його розшифрування

На рис. 2.2 наведено мас-спектрограму одного з мас-спектрометрів, на якій показано залежність вихідного сигналу приладу І_і від масового числа М деяких газів. Мас-спектрограму отримано при плавній неперервній розгортці по масам та неперервному запису вихідного сигналу.

Амплітуди піків іонних струмів, наведених на рис. 2.2 пропорційні парціальним тискам окремих компонентів, силі іонізуючого електронного струму та чутливості мас-спектрометра до відповідного компонента суміші газів:

(2.2)

де І_і – амплітуда піку; S_M – чутливість приладу по азоту; α_г – відносна чутливість; І_е – електронний іонізуючий струм; р – парціальний тиск компоненти суміші.

В мас-спектрометрах, наприклад, в омегатронному, піки іонних струмів певних масових чисел виділяються над рівнем фонового струму. Фоновий струм виникає завдяки таким чинникам: розсіяння іонів в камері аналізатора, недостатнє фокусування електронного та іонного променя, нестабільність джерел живлення, наводки та шуми в колі підсилення. Зрозуміло, що відлік піку робиться від середнього рівня фону.

Відносна чутливість мас-спектрометрів до різних газів пропорційна ймовірності іонізації газів та практично співпадає з відносною чутливістю іонізаційних манометрів. Існують загальні явища, які впливають на вигляд мас-спектрограми.

Рис. 2.2. Типовий спектр мас

Електронний промінь та розжарений катод викликають дисоціацію складних молекул газу на більш прості складові, які також іонізуються та дають в спектрі відповідні піки іонів. Наприклад, в спектрі СО₂ спостерігаються піки СО₂⁺, СО⁺, С⁺, О⁺, О₂⁺.

Пік з одним і тим же масовим числом може належати різним речовинам. Масове число 16 належить як метану СН₄⁺, так і атомарному кисню О⁺, масове число 28 – азоту N₂⁺ та окислу вуглецю СО⁺. Розрізняти їх можна лише за наявності в спектрі додаткових піків відповідних компонентів.

Органічні сполуки дають в спектрі велику кількість уламкових піків. У складних сполук переважають уламкові піки, за якими можна з певним ступенем наближення скласти лише уявлення про початкові продукти. Погане видалення органічних розчинників після промивання апаратури дає найбільший пік для етилового спирту і діетилового (сірчаного) ефіру в районі масових чисел 31, а для ацетону – в районі масового числа 43.

Мінеральні масла дифузійних насосів дають піки сполук, до складу яких входить вуглець, починаючи з метанових похідних до молекулярної маси самих масел.

Наявність кисню в спектрі залишкових газів герметичних вакуумних систем не є характерною. Кисень з завжди присутніми в приладі вуглецевими забрудненнями дає переважно СО (М=28) та СО₂ (М=44). Натікання в камеру атмосферного повітря через місце натікання дає паралельне зростання піків азоту (М=28), кисню (М=32) та аргону (М=40).

Після встановлення робочого режиму мас-спектрометра проводиться його градуювання – визначення чутливості приладу до різних газів. В систему з датчиком мас-спектрометра послідовно напускають ряд відомих газів. При декількох значеннях тиску напущеного газу визначається чутливість - відношення приросту вихідного сигналу мас-спектрометра до відповідного приросту тиску даного газу. Тиск газу в діапазоні 10^-4 – 10^-10 мм рт. ст. найбільш зручно визначати по іонізаційному манометру. Визначивши вказаним чином середню чутливість мас-спектрометра по одному газу, можна підрахувати його орієнтовну відносну чутливість для інших газів.

Одночасно відмічають місце піків іонів даного газу на мас-спектрограмі (хронотрон) або робочі параметри: наприклад, частоти для омегатрона, при яких на колектор цього мас-спектрометра потрапляють іони з даним масовим числом. Додатково треба відмітити положення або робочі параметри для деяких характерних піків іонів: пари води (масові числа 18 та 17) в непрогрітій системі, водню (масове число 2) в системі з паромасляними насосами. Знаючи місце розташування або робочі параметри приладу для піків іонів з відомими масовими числами, можна визначити місця або робочі параметри піків іонів з іншими масовими числами.