2. Времяпролетный масс-спектрометр

Этот масс-спектрометр основан на принципе разделения ионов по времени их пролета в пространстве, свободном от электрических и магнитных полей. Ионы направляются на собирающий коллектор фокусирующей и ускоряющей системами. Каждому массовому числу (для однократно заряженных ионов) соответствует определенная скорость и ионы с разным отношением массы к заряду достигают собирающего коллектора через разные промежутки времени.

Время пролета определенного пространства определяют из следующих соображений. Скорость ионов

(4)

где — длина пути от источника ионов до собирающего коллектора; — время пролета ионов.

Из уравнений (2) и (4)

На рис. 3 приведена принципиальная схема масс-спектрометра с разделением ионов по времени пролета, который предназначен для промышленного анализа сложных газовых смесей. Масс-спектрометр состоит из четырех основных частей: источника ионов, камеры дрейфа, приемника ионов и вспомогательного оборудования. Анализируемая газовая смесь подается в источник 4 ионов с коллектором, где ионизируется потоком электронов, вылетающих из раскаленного катода 2. В результате образуется «облако» А ионов различных масс.

Ионизация создается напряжением U_И действие которого может проявиться при наличии импульса напряжения U₀ длительностью около 1 мкс, подаваемого на сетку 3. Для запирания электронного потока при отсутствии импульсов на сетку подается запирающее напряжение U_с. После ионизации на сетку 5, регулирующую поток ионов, подается импульс отрицательного напряжения U_B длительностью 1,5 мкс, заставляющий ионы перейти в ускоряющее пространство Б. Под действием ускоряющего напряжения U_y ионы приобретают дополнительную энергию и вылетают в камеру дрейфа 6, в которой распределяются по скорости (времени) пролета, зависящей от массы. В результате ионы различной массы достигают приемника 7 ионов в различные моменты времени.

Рис. 3. Принципиальная схема масс-спектрвметра с разделением ионов по времени

првлета

Приемник ионов состоит из коллектора 8 ионов и системы сеток а, б, в, г. Сетка а защищает пространство дрейфа от влияния электрических полей со стороны приемника. На сетку б подается импульс напряжения U_вен. Этот импульс обеспечивает кратковременный вентильный эффект, без которого ионы заданной массы не могут преодолеть тормозящего поля, образующегося между сетками б и в под действием положительного задерживающего потенциала U₃ на сетке в. Сетка г задерживает вторичные электроны, для чего на нее подается подавляющее напряжение U_П.

Изменение момента времени подачи вентильного импульса на сетку б позволяет пропустить на коллектор 8 ионы различной массы и измерить силу ионного тока, являющуюся мерой концентрации. Время пролета ионов в камере дрейфа 5 равно периоду между выталкивающим импульсом в источнике ионов и вентильным импульсом в приемнике.

Масс-спектрометры с разделением по времени пролета ионов проще по устройству, чем масс-спектрометры с однородным магнитным полем, поэтому пригодны для анализа переменных по времени концентраций, что особенно важно при непрерывном химическом анализе.

Разрешающая способность времяпролетного масс-спектрометра , где— длительность регистрируемого импульса ионного тока. Уменьшениепозволяет увеличить разрешающую способность масс-спектрометра.