книги из ГПНТБ / Слободенюк, Г. И. Квадрупольные масс-спектрометры

до yl

S .

Слободенюк

Рис. 42.	Фотография записи спектра масс	остаточных газов	в установке УВН-2У в диапазоне масс
14— 140	а. е. At. при максимальном разрешении	470 на массе 140	а. е. м.

Рис. 43. Фотография записи	спектра масс остаточных газов в установке УВН-2У в диапазоне масс от 14
до 260 а.	е. м. при максимальном разрешении 440 на массе 219 а. е.м.

рией КМ зависимость		абсолютной разрешающей			спо­
собности от номера массы [см.			формулу (2.9)], а		так­
же факт	усугубления	дискриминационных		явлений в
спектре	с ростом разрешающей		способности	прибора

[см. выражение (4.67)]. Некоторые дополнительные эф­ фекты, в особенности на начальном участке спектра масс, вносит ограниченность полосы пропускания реги­ стрирующей части прибора, приводящая к уширению узких импульсов и к одновременному уменьшению их амплитуды. Борьба с этим явлением возможна и прово­ дится путем автоматического регулирования в процес­ се развертки спектра масс отношения К. Такая регули­ ровка осуществлена в приборах КМ-2 и КМ-4. Из со­ поставления одних и тех же участков спектра на этих рисунках вытекает вывод о возможности улучшения одного из параметров КМ за счет некоторого ухудше­ ния другого. Например, чувствительность масс-спектро­

метра	при записи спектра, соответствующей рис. 42,
приблизительно в три раза меньше, чем				при	записи
спектра, отображенной на рис.			43, где она	составляет
2 • 10-12 мм рт.		ст. по аргону	в азотном	эквиваленте.
На	рис. 44	и 45 приведены полученные с помощью
прибора КМ-2		записи спектра фторуглеродного			соеди­
нения	C10Fi8 при работе соответственно в			диапазонах
масс I	и II, предусмотренных		в приборе.	По	макси­

мальным массам, а также по максимальным значениям V, фиксируемым по прибору на передней панели блока

ГВЧ,	можно определить	диапазоны анализируемых при­
бором	КМ-2 масс: диапазон		I — от 1 до 340 а. е. м.
и диапазон II — от 4 до		700 а.	е. м.

На рис. 46 представлен спектр изотопов ксенона, по­ лученный при работе на газоанализаторе КМ-4. По ри­ сунку можно судить о максимальной устойчиво воспро­ изводимой относительной разрешающей способности масс-спектрометрической части газоанализатора (при­ бор КМ-2), составляющей на массе 132 а. е. м. по уров­ ню 5% 330, а по уровню 50% ~600. При такой разре­ шающей способности, значительно превышающей пас­ портные данные прибора КМ-2 (по паспорту разрешаю­ щая способность на массе 132 а. е. м. по уровню 50% равна 300), чувствительность прибора КМ-4 в этих измерениях по аргону в азотном эквиваленте при ско­ рости регистрации 0,15 а. е. м./сек оказалась равной 1 • 10-11 мм рт. ст. При таком разрешении дискримина-

196

69

от 1 до 340 а. е. м.

J U l

<36 m m

Рис. 46. Спектр масс изотопов ксе­

нона	(128— 136 а. е.			м.). Избыточ­
ное	давление ксенона				в камере
КМ-4 равно			3-10-6		мм рт. ст.
	Изотопный состав:
масса	изотопов, а .е .м .			128	129	130
табличны е		данные,	%	1,92	26,24	4,05
результаты		и зм ер е ­		2,01	26,8	4,17
ния,	% . . . .
масса	изотопов, а .е .м .			131		132
табличные		данные,	%	21,24		26,98
результаты		и зм е р е ­		21,7		26,5
ния.	% ......................
масса	изотопов, а .е .м .			134		136
табличны е		данные,	%	10,52		8,93
результаты		и зм ер е ­
ния,	% ......................			10,4		8,5

130 128

	Т	=
4

f

Рис. 47. Спектр масс остаточной газовой среды в камере КМ-4 в диапазоне масс от 6 до 25 а. е. м. при отсутствии ослабления сиг­

нала.

. . . . . 1	l
1 Iш —1 -- - J ___ _L_	i l i
	_ oP

2* 22 2016 16 И 1210 8 6

Рис. 48. Спектр масс остаточной газовой среды в камере КМ-4 в диапазоне масс от 6 до 45 а. е. м. при ослаблении сигнала в 33 раза.

1

,

cLi~и лт а [— tI—= К ~ б . 1	1	Ж
	h t i г . ir “ ы — т

' t f 4 d 2 I P г ? 3 .P P I P 2 3 P j® J2 p p t# t% l 1 0 I S 1 1 1 2 1 0 (

Рис. 49. To же, что на рис. 48, при ослаблении сигнала р 256 раз.

Рис. 50. То же, что на рис. 48, при ослаблении сигнала в 1280 раз.

	J У-г>ч. ■	I -	,—У. I— к У | Ц	|	|,	;)|J	I	_
Ц	W	,	3230 28			18	16 п	■
Рис.	51. Спектр		газовой	среды		в камере		КМ-4
в диапазоне		масс от 6 до 45 а.				е. м.	при напуске

в камеру воздуха до давления 3,6 • 10—7 мм рт. ст. и ослаблении сигнала в 4000 раз.

ционные эффекты, как видно из таблицы изотопного состава Хе, становятся заметными уже в пределах отно­ сительно небольшого интервала масс, занимаемого изо­ топами ксенона.

Суждение о чувствительности и динамическом диа­ пазоне, достигнутых на приборе КМ-2 в составе газо­ анализатора КМ-4 при паспортном значении разре­ шающей способности, можно составить по серии спектро­ грамм, изображенных на рис. 47—51. На них зафикси­ рован один и тот же участок спектра масс остаточной газовой среды в вакуумной камере КМ-4 в диапазоне масс 6—25 (45) а. е. м. при различных коэффициентах ослабления сигнала. Давление остаточной среды в каме­ ре с датчиком до напуска в нее воздуха (см. рис. 47—50) составляло 1,8-10~7 мм рт. ст. и после напуска в каме­ ру воздуха (см. рис. 51) — 3,6- 10-7 мм рт. ст. Из рисун­ ков видно, что динамический диапазон прибора КМ-2 со­ ставляет величину 2,6- 105; чувствительность при скоро­ сти регистрации 0,15 а. е. м./сек равна 1 • 1СИ2 мм рт. ст., а максимально возможное отношение рядом стоящих и

удовлетворительно разрешаемых	импульсов,	например,
с массами 18 и 19 а. е. м., близко	к 104.	в настоя­
Результаты экспериментов,	изложенные

щем параграфе и имевшие целью наглядно подтвердить сведения об устойчиво воспроизводимых технических параметрах серийноспособных приборов типа КМ (см. табл. 1) свидетельствуют о достаточно высоких аналити­ ческих возможностях этих приборов, являющихся ди­ намическими инструментами, предназначенными в ос­ новном для непрерывно экспрессного панорамного ана­ лиза различных технологических парогазовых сред.

§35. Экспериментальное исследование спектральной характеристики КМ (т. е. амплитуды и формы линии спектра масс)

За исключением		некоторых	сообщений	[8,	22, 62]
в отечественной и		зарубежной	литературе	отсутствуют
сведения	о теоретических и экспериментальных				иссле­
дованиях	спектральных свойств КМ, необходимость ко­

торых объясняется не только важностью этой характе­ ристики, определяющей основные аналитические свой­ ства КМ, но и трудностями ее точного математиче­ ского описания [22, 23]. В настоящем параграфе при­ ведено описание методики и результатов эксперимен-

202

тальных исследований спектральной характеристики КМ,

выполненных	на	приборе	КМ-2, входящем	в состав
газоанализатора КМ-4.			энергии инжектируемых в
Исследование		влияния
анализатор	КМ ионов UyCK и отношения напряжений
в анализаторе U/V=X на амплитуду и форму импульса
спектра масс.	Для выделения из спектра масс			отдельно

стоящих импульсов, существенно различающихся по массе, велись наблюдения за сигналом 160 2+, возникав­ шем при напуске в откачанную рабочую камеру газоана­ лизатора атмосферного воздуха до давления в камере (2—3) • 10_6 мм рт. ст. После запланированной серии экспериментов с кислородом рабочая камера вновь от­ качивалась, затем ее наполняли ксеноном и вели наблю­ дения за импульсом массы 134 а. е. м. — изотоп ксенона 134Хе. Запись велась на бумажной ленте потенциометра ЭПП-09МЗ при максимально возможной скорости протяжки 4 мм/сек. Для того чтобы в максимально возможной степени избавиться от частотных искажений сигнала из-за ограниченности полосы пропускания реги­ стрирующей части прибора КМ-2, скорость регистрации спектров масс была выбрана минимальной из предусмот­ ренных в приборе КМ-2, равной 0,15 а. е. м./сек.

На рис. 52 и 53 представлены фотографии двух серий

импульсов 160 2+ соответственно			для		разных		значений
ускоряющего ионы электрического					поля	UYCK		перед
влетом их в анализатор и для разных величин							отноше­
ния постоянного напряжения U к амплитуде ВЧ-напря-
жения V, подаваемых на полеобразующие						цилиндриче­
ские	электроды анализатора КМ			(k= U /V ).			На	поле
этих	рисунков	над импульсами	указаны			масштабные
коэффициенты,		позволяющие перевести амплитуды всех
импульсов каждой данной серии				в	масштаб			самого

большого по своей амплитуде импульса. При определе­ нии этих коэффициентов учитывались все переключения в регистрирующей части прибора, приводившие к изме­ нению коэффициента усиления сигнала.

Анализируя эти рисунки, можно прийти к следующим заключениям: а) при уменьшении С/уск и увеличении К

амплитуда и длительность импульса падают,		причем па­
дение амплитуды вначале невелико, а затем		становится
существенным. Для иллюстрации	этого явления на
рис. 54, а, б построены зависимости	амплитуды сигнала

от величины абсолютной разрешающей способности КМ

203