Элементы расчета и конструирования гиперболоидного масс-спектрометра типа «Фильтр масс»: Учебное пособие к курсовому проектированию, страница 19

где  и  – соответственно диаметр и радиус входной диафрагмы анализатора в см.

Расстояние от торцов полеобразующих электродов до входной диафрагмы

                                                                                           (167)

можно определить только после нахождения значений величин, входящих в это соотношение.

Начальные скорости ионов в поперечном направлении не должны превышать величин (скорость в эВ):

                                    .                             (168)

Условия расходимости ионов необходимо уточнить после определения частоты  (а ) при определении необходимого числа периодов сортировки и величины энергии ионов в пункте 12.2.3.

12.2.3 . Время сортировки ионов и энергия ионов                                              в продольном направлении.

Время пролёта ионом анализатора, необходимое для того, чтобы на массе  обеспечивалась разрешающая способность  по уровню  (%), выраженное в числе периодов ВЧ колебаний электрического поля анализатора, имеет значение

                                           .                                             (169)

Для обеспечения разрешения по 50% уровню , а для разрешения по 10% уровню .

С другой стороны, время пролёта , сек, ионом с массой , а.е.м., анализатора длиной , см, при энергии поступательного движения иона вдоль оси анализатора, определяемой разностью потенциалов пройденного ионом ускоряющего электрического поля в ионном источнике , В,

                                            .                                         (170)

Это же время, выраженное в числе периодов () ВЧ электрического поля в квадрупольном анализаторе, изменяющегося с частотой , Мгц, будет

                                   .                                 (171)

Определив время сортировки из (169) с помощью (171) можно определить частоту , длину анализатора  и величину ускоряющего напряжения, если часть из этих параметров задать. Обычно частота ВЧ напряжения  при амплитудной развёртке составляет () МГц, а при частотной развёртке не превышает эту величину.

Отношение  не должно превышать следующего значения:

                                                ,                                                 (172)

так как иначе трудно обеспечить достаточно малое отклонение конфигурации и взаимного расположения четырёх полеобразующих электродов от номинального.

12.2.4.  Определение граничных значений параметров                                   развёртки спектра масс

Определение граничных значений параметров развёртки производится по заданному диапазону анализируемых масс , а.е.м., с использованием соотношения:

                                     ,                                     (173)

где  – максимальное значение амплитудного значения ВЧ напряжения, в В;   – радиус поля, см;   – частота ВЧ напряжения, МГц.

В случае амплитудной развёртки минимальная величина амплитудного значения ВЧ напряжения определяется минимальным значением анализируемой массы , а.е.м.

В случае частотной развёртки значение  фиксировано и выбирается в диапазоне от 50 В до 500 В или более, а значения  и  диапазона изменения частот развёртки определяются диапазоном анализируемых масс.

Значение постоянной составляющей питающего напряжения  определяется значением параметра  и может быть найдено из соотношения:

                                          ,                                     (174)

где .

После определения значений развёртывающего параметра для максимального значения массы необходимо найти эти значения для минимального значения массы.

12.2.5.  Определение данных для расчёта генератора ВЧ напряжения

Кроме параметров развёртки, определяемых диапазоном анализируемых масс и найденных выше, для расчёта генератора высокой частоты необходимо помимо диапазона частот  и максимальной амплитуды  знать его выходную мощность  и параметры колебательного контура (резонансное сопротивление  и добротность ). Имея в виду, что на выходе ГВЧ стоит параллельный колебательный контур, ёмкость которого состоит из ёмкости анализатора ;  ёмкости кабелей , пересчитанной к выходу выходной ёмкости активного элемента в выходном каскаде ГВЧ () и подстроечных ёмкостей , включенных параллельно друг другу, найдём

                                                                (175)

и

                   .        (176)

Для определения величины  необходимо рассчитать ёмкость четырёхпроводной линии, имеющей длину , и прибавить к ней ёмкость одного из электродов на окружающий анализатор цилиндрический корпус. Ёмкость четырёхпроводной линии , пф, с соединёнными друг с другом диагонально расположенными электродами равна учетверённой ёмкости двухпроводной линии и рассчитывается по следующей формуле [23]

                                ,                           (177)

где  пф/см – диэлектрическая проницаемость вакуума;   – расстояние между осевыми линиями двух смежных цилиндрических электродов ();   – диаметр электрода (). При удалении стержней анализатора от заземлённого корпуса на расстояние порядка удвоенного диаметра стержня вкладом ёмкости стержней на корпус можно пренебречь, считая, что .

Ёмкость кабелей  определяется типом и длиной кабелей, связывающих датчик с контуром ГВЧ; подстроечного конденсатора  – разбросом ёмкостей  и  у разных датчиков, а также выходной ёмкости  активного элемента (лампы или транзистора) в выходном каскаде ГВЧ.

Для того чтобы иметь представление о порядках искомых величин, найдём при  см  пФ. При погонной ёмкости 1 пФ/см и длине кабелей 200 см суммарная ёмкость кабелей  равна 100 пФ. Величины  пФ, откуда  пФ. При частоте  МГц и обычной при такой частоте добротности нагруженного выходного контура ГВЧ , равной 100, из (175) находим  кОм, и при  В из (176) определяем  Вт.

12.2.6.  Определение максимальной скорости развёртки спектра масс

Максимальная скорость регистрации определяется неоднозначным образом, так как зависит от нескольких критериев.