Времяпролетные газоанализаторы

Во времяпролетном динамическом газоанализаторе в одной из конструкций для разделения ионов по массам используют разницу во времени пролета промежутка ионами различных газов.

Ионообразование осуществляется электронным током, протекающим между термокатодом 6 и анодом 7. На сетку 5 подается отрицательный потенциал Us, ускоряющий ионы в пространстве дрейфа между заземленными сетками 4 и 3. Проходя сетку 5, ионы получают одинаковые приращения энергии и в соответствии со своими массовыми числами приобретают различную скорость. В промежутке между заземленными сетками 4 и 3 ионы разделяются на группы с одинаковыми массовыми числами.

Пройдя пространство дрейфа, группы ионов, если сетка 2 заземлена, поочередно достигают приемника ионов 1, которым служит вторичный электронный умножитель. Длительность импульса, образующего масс-спектр, очень мала (~0,1 мкс), а частота импульсов может быть до 10 кГц. Умножитель связан с широкополосным усилителем, выходной сигнал которого подается на вертикально отклоняющие пластины осциллографа. По промежутку времени между выталкивающим импульсом и моментом появления пика ионного тока можно определить массовое число.

Для непрерывной регистрации только одного компонента спектра на сетку 2 подается положительный потенциал, чередующийся с отрицательным импульсом U2 (рис. 7.5, б), во время которого группа ионов с определенным массовым числом достигает приемника 1. Остальные ионы задерживаются положительным потенциалом сетки. Изменяя промежуток времени /₍, /₂ и т. д. между импульсами на сетках 5 и 2, можно выделять отдельные составляющие масс-спектра.

где AZ — длительность прохождения группой ионов с одним мас-> совым числом пространства дрей-i фа; t — длительность ионизирующего или вытягивающего импульса. Разброс начальных скоростей ионов приводит к необходимости уменьшения А/.

Рассмотренный газоанализатср называется хронотроном. Современные хронотроны имеют разрешающую способность (на половине высоты пика) рм=100; диапазон массовых чисел 1 … 600 а. е. м.; минимальное измеряемое давление 10~⁸ Па. Недостатком хронотрона является большая длина пространства дрейфа /о^=О,5 м.

Другая конструкция времяпролетного газоанализатора, представленная на рис. 7.6, известна под названием радиочастотного масс-спектрометра или топатрона. Положительные ионы, образовавшиеся в области ионизации (катод 3 и анод 2), ускоряются сеткой С₅ в направлении трехсеточного каскада С₂—С₄. Между сеткой Сз и соединенным^ вместе сетками С₂ и С₄ подается высокочастотное напряжение. Расстояния между сетками С₂, Сз и Сз, С₄ одинаковы и равны 6.

Между сетками С₄ и С₃ на ионы действует сила высокочастотного электрического поля где Е— максимальная напряженность электрического поля между сетками; 0 — начальная фаза высокочастотного поля, соответствующая моменту пересечения ионом плоскости сетки С₄(/=0).

Между сетками С₃ и С₂ действует такая же сила, но с обратным знаком: F₂ = —qE sin(at+&).

Максимальное приращение энергии получают ионы, пересекающие сетку Сз в момент перемены знака поля при 0=0, для которых выполняется условие со6/о + 0=л.

Для таких ионов время пролета трехсеточного каскада и периода высокочастотного напряжения совпадают. Такие ионы называются резонансными. Остальные ионы получают меньшее приращение энергии или замедляются. Сетка Ci имеет отрицательный потенциал, который могут преодолеть на пути к коллектору 1 только резонансные ионы, получившие приращение энергии. Индикация масс-спектра осуществляется осциллографом, подключенным к выходу умножителя. Развертка по массам производится изменением высокочастотного напряжения.