* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки
57 МАСС-СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ 58 к введению в масс-спектрометр; 2) ионного источника; 3) разделительного устройства (масс-анализатора); 4) коллекторной системы, на к-рую попадают разде ленные ионные пучки; 5) системы вакуумных насосов с ловушками, обеспечивающей достаточно глубокий вакуум во всей вакуумной системе масс-спектро метра, охватывающей ионный источник, вакуумную часть разделительного устройства и коллекторную систему; 6) набора питающих и измерительных уст ройств, предназначенных д л я стабилизированного питания ионного источника, электрического или (и) магнитного разделительного устройства, высокочувст вительного усилителя (усилителей) д л я измерения ионных токов и т. д . Разделение ионов в М.-с. п. может быть основано на двух основных принципах: статическом и динами ческом. Статич. принцип основан на разделенном или совмещенном в пространстве воздействии на пучок ионов статич. полей — электрического и магнитного. Отклонение заряженной частицы в статич. электрич. поле является функцией величины mv /e, где v — скорость иона; отклонение иона, движущегося в маг нитном поле, является функцией величины mvje поэтому комбинированием этих двух типов полей можно разделить ионы по величине т/е. Комбинация осуществляется обычно т. о б р . , чтобы наряду с разде лением ионов происходила фокусировка пучка. Д и намич. принцип разделения по величине т/е основан на том, что ионы, обладающие одинаковой кинетич. энергией mv /2, но разной массой, имеют разные ско рости и, следовательно, проходят равные расстояния за разное время. Применение динамич. принципа позволяет создавать М.-с. п. без магнитов. Вариантом динамич. принципа является также применяемый в М.-с. п. циклотронный метод разделения ионов по массам, в к-ром для такого разделения исполь зуется зависимость от массы иона периода его обра щения (Т) в постоянном магнитном поле ( # ) , т. е. Т = 2nmjeH. Основной характеристикой разделительного уст ройства является его разрешающая сила (способ ность). П о д разрешающей силой понимается относи тельная разница в величине т/е ионов, к-рая может быть достаточно четко обнаружена прибором. Н а п р . , разрешающая сила / (иногда под тем ж е назва нием употребляется обратная ей величина 200) означает, что линии однозарядных ионов с массами 199 и 200 могут быть различимы с достаточной чет костью. В мировой литературе, а также в системе стандартов СССР не существует единого определения того, что следует в данном случае понимать под д о статочной четкостью. Часто ее определяют, так ж е как в оптич. спектроскопии, по ширине максимума ионного тока, измеренной на его полувысоте. Поэтому в технич. условиях, относящихся к отечественным М.-с. п . , принято оговаривать способ измерения разре шающей силы (напр., разрешающая сила измеряется на высоте масс-спектроскопич. максимума, равной 5% от шкалы регистрирующего масс-спектр прибора). Разрешающая сила зависит не только от параметров разделительного устройства, но и от ряда других факторов (разброс ионов по энергиям в нек-рых видах приборов и т. д . ) . Сообщаемая в описаниях приборов разрешающая сила обычно является ре зультирующей всех этих факторов. Ионный источник предназначен д л я перевода нек-рой части исследуемого вещества в ионизованное состояние. Он необходим во всех случаях, кроме т е х , когда исследуемая смесь у ж е находится в ионизован ном состоянии (последнее имеет место при изучении ионного состава электроразрядных плазм, при иссле довании ионов, образующихся в пламенах, а также ари изучении состава ионизованной составляющей 2 2 1 а о о в ионосфере с помощью М.-с. п., непосредственно помещенного на спутнике или ракете). В зависимости от назначения М.-с. п. в ионных источниках исполь зуются след. способы ионизации: ионизация электрон ным ударом, фотоионизация, ионизация ионным уда ром, ионизация в вакуумном искровом разряде, термич. ионизация на поверхности нек-рых металлов или полупроводников, ионизация в очень сильном поле, ионизация в плазме низкого давления и д р . Основным методом ионизации п р и газовом анализе является электронный удар, при изотопном анализе твердых тел с низкими потенциалами ионизации — поверхностная термич. ионизация, при анализе т р у д ноиспаряемых веществ со сравнительно высокими по тенциалами ионизации — вакуумный искровой раз ряд или плазма низкого давления. Регистрация ионных токов проводится большей частью электрич. методами; приборы с такой регист рацией н а з . м а с с - с п е к т р о м е т р а м и . Менее распространен метод регистрации с помощью фото эмульсии; приборы этого типа н а з . м а с с - с п е к т р о г р а ф а м и , они сохранили свое значение только как один из вариантов М.-с. п. д л я прецизионного измерения масс ядер, а также д л я элементарного ана лиза твердых веществ. П р и фотографич. регистрации масс-спектр образует на пластинке нек-рый набор черточек-линий, изображающих в «свете» ионов с дан ным отношением т/е выходную щель ионного источ ника. П р и электрич. регистрации линиям соответ ствуют максимумы ионного тока и л и , как и х часто называют, пики. Однако и при электрич. регистрации часто говорят о «линиях» масс-спектра и об и х интен сивности, т. е. об относительной величине токов, с о ответствующих высотам пиков, и л и , когда формы максимумов в спектре не подобны друг д р у г у , пло щадям пиков. Основной электрич. метод регистрации ионного тока состоит в приеме разделенных ионов на коллектор, соединенный с входом электрометрич. усилителя п о стоянного тока. В о многих случаях с помощью того или другого метода автоматически осуществляют последовательный вывод на коллектор ионов разных масс, и автоматич. потенциометр, расположенный на выходе усилителя, регистрирует, в результате, масс-спектр. В случае, когда надо измерять отношение ионных токов двух масс с очень большой точностью (напр., при измерении малых вариаций изотопного состава), применяют двухколлекторные (двухлучевые) масс-спектрометры и компенсационный метод измерения (лучше всего — при быстром попеременном напуске анализируемой смеси и эталона). Когда необходимо иметь особо высокую чувствительность прибора, т. е. измерять очень малые ионные токи, для и х усиления применяют вторично-электронные умножители, к-рые позволяют регистрировать ионные токи, соответствующие десяткам ионов в минуту (10 ~ —10 ~ а). Вторично-электронные умножители применяют также в том случае, когда надо зарегист рировать масс-спектр в течение очень короткого п р о межутка времени (вплоть до десятых долей милли секунды) . В качестве примера на рисунках приведены уст ройства д в у х распространенных вариантов массспектрометров статич. и динамич. типов. Массспектрометр статич. типа (рис. 1) предназначен д л я целей газового анализа; анализируемый газ из н а пускного баллона 1 через тонкое отверстие в фольге 2 поступает в ионный источник 5, где при давлении 10~ —10~ мм рт. ст. происходит ионизация элект ронами с энергией в несколько десятков электронвольт, летящими с раскаленного катода 4. Получен ные ионы вытягиваются из области ионизации с л а бым электрич. полем, ускоряются и формируются 19 2 0 5 в