Резонансный радиочастотный масс- спектрометр (омегатрон)
В омегатроне (рис. 4.23) используется разделение ионов газа по массовым числам во взаимно перпендикулярных высокочастотном электрическом и постоянном магнитном полях. Ионизация газа происходит в тонком электронном луче, направленном от термокатода 1 через два сквозных отверстия в улавливающих пластинах 2 на коллектор электронов. Образовавшиеся ионы под воздействием высокочастотного электрического поля, приложенного между пластинами 3, и постоянного магнитного поля начинают движение по окружности в плоскости, перпендикулярной магнитному полю И. Частота вращения ионов w равна:
$$w= \frac{H}{m/e}, (4.22)$$
Рис. 4.23. Принципиальная схема омегатрона: 1 - термокатод; 2 - улавливающие пластины; 3 - пластины; 4 - коллектор ионов
Часть ионов, собственная частота вращения которых совпадает с приложенной между высокочастотными пластинами 3 частотой переменного напряжения, на каждом обороте приобретает дополнительную энергию от высокочастотного поля, за счет чего радиус траектории их движения увеличивается. В результате ионы, обладающие частотой вращения, совпадающей с частотой высокочастотного напряжения, движутся по спирали. Это продолжается до тех пор, пока ионы не попадут на расположенную поперек их движения пластину коллектора ионов 4. Ионы других массовых чисел, собственная частота которых отличается от частоты приложенного напряжения, затормаживаются при вращении и рекомбинируют на улавливающих пластинах 2. По току в цепи коллектора ионов 4 можно судить о парциальном давлении резонансной массовой компоненты газа. Изменяя частоту высокочастотного напряжения, получают данные о парциальном составе всей смеси газов.
Между величиной разрешающей способности р и массовым числом анализируемого газа М имеет место гиперболическая зависимость
$$ \rho= \frac{M}{\Delta M} = \frac{1}{M m'/e} \cdot \frac{rH^{2}}{2E} (4.23)$$
или
$$ \rho M = const (4.24)$$
где r - расстояние от оси прибора (электронного луча) до коллектора ионов; m' - масса атома водорода; Е - напряженность высокочастотного электрического поля.
Время / движения резонансного иона до коллектора ионов равно:
$$t= \frac{2rH}{E}. (4.25)$$
При работе с легкими газами с малым массовым числом (массы 1-4) с целью снижения времени пребывания ионов в пространстве анализатора и сокращения траектории, т. е. уменьшения рассеяния ионов, рекомендуется подавать на пластины повышенное высокочастотное напряжение до 5 В, в то время как для остального диапазона массовых чисел достаточно 1,5 В.
Омегатрон имеет линейную зависимость ионного тока в цепи коллектора от тока электронного ионизирующего луча вплоть до 20 мкА. На высоких давлениях рекомендуется работать на малых электронных токах (2 мкА), лишь бы обеспечивалось измерение ионного тока усилителем. На низких давлениях, для того чтобы увеличить ионные токи, которые весьма малы, можно увеличить электронный ток до 10 и даже 20 мкА.
Линейная зависимость ионного тока от давления у омегатрона сохраняется вплоть до давления 10-5 мм рт. ст. При больших давлениях она начинает искажаться вследствие рассеяния ионов при столкновениях с другими ионами или молекулами газа, поскольку длина пути иона по спирали /, равная
l= \frac{1}{m/e} \cdot \frac{r^{2}H^{2}}{E}, (4.26)$$
становится сопоставимой с длиной свободного пробега молекул.
Чем меньше массовое число, тем выше разрешение, и наоборот.
В омегатроне камера ионизации является одновременно анализатором ионов. Это обеспечивает наиболее полное использование ионов, а следовательно, и высокую чувствительность омегатрона. Чувствительность омегатрона при настройке его на максимальный ионный ток для азота равна 10 ± 2,5 1/мм рт. ст.
Для более точного определения чувствительности необходима индивидуальная градуировка прибора совместно с блоком питания. Относительная чувствительность омегатрона к разным газам практически такая же, как и для электронного ионизационного ЛМ-2.
Необходимо отметить, что при работе с газами с большими массовыми числами действительная резонансная частота высокочастотного напряжения омегатрона несколько выше расчетной из-за влияния поля улавливающих пластин и других причин.
Группа РОСВАКУУМ
Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21
Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.
Телефон: +7 (495) 664-22-07
E-mail: baza@rosvaq.ru
Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.
В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.