Учебное пособие Нижний Новгород 2015 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное

Масс-спектрометрические газоанализаторы

Принцип работы масс-спектрометрических газоанализаторов основан на ионизации анализируемого газа и разделении ионов на пучки по компонентам, отличающимся соотношением массы иона к его заряду.

В зависимости от способа разделения ионов масс-спектрометрические га- зоанализаторы подразделяются на магнитные, в которых разделение ионов про- исходит в магнитном поле; времяпролетные с разделением ионов по времени их пролета от источника до коллектора ионов; радиочастотные – разделение ионов происходит под воздействием высокочастотных электрических полей.
Рассмотрим схему работы масс-спектрометра с разделением ионов в од- нородном магнитном поле (рис. 4.13 [41]). Исследуемый газ направляется в ва- куумную камеру 4. Катодом 1 испускает электроны, что приводит к образова- нию ионов, которые при помощи фокусирующей системы 3 направляются в магнитное поле электромагнита 5. Ионы разных компонентов, обладающие от- личной массой m_i, под действием магнитного поля разделяются на отдельные пучки, описывающие траектории с различными радиусами r_i, м:


r_i  , (4.19)

где B – магнитная индукция магнитного поля, Тл; U – ускоряющее напряжение, В; e – электрический заряд, Кл.

В результате изменения магнитной индукции или ускоряющего напряже- ния пучки ионов с одинаковой массой направляются к коллектору ионного тока 6, напряжение которого через усилитель 7 подается на регистратор 8.
Запись показаний регистратора имеет вид кривой с характерными пиками, соответствующими ионам с определенной массой. Высота отдельных пиков про- порциональна ионному току, проходящему через активное сопротивление, и ха- рактеризует концентрацию компонентов в газовой смеси.
Во времяпролетных масс-спектрометрах ионы приобретают разную ско- рость и разделяются на отдельные пучки, создающие импульсы тока, соответ- ствующие отдельным компонентам анализируемого вещества.

Рис. 4.13. Схема масс-спектрометрического газоанализатора: 1 – катод; 2 – корпус; 3 – фокусирующая система; 4 – магнит; 5 – вакуумная камера; 6 – коллектор ионного тока; 7 – усилитель сигнала; 8 – регистратор

3.