Элементы расчета и конструирования гиперболоидного масс-спектрометра типа «Фильтр масс»: Учебное пособие к курсовому проектированию, страница 17

Благоприятные начальные условия соответствуют ситуации, при которой выражение в квадратной скобке формулы (42) отрицательно при у₀>0. Практически это означает, что  должно быть положительным и иметь достаточно большую величину. Выбором начальных условий х₀ и  можно добиться, чтобы заметная доля стабильных ионов при своем движении в анализаторе в течение времени  (160) не выходила за пределы объема, ограниченного одним из электродов анализатора КМ, на который подано относительно потенциала корпуса КМ, напряжение , и плоскостями симметрии квадрупольного анализатора, проходящими через ось z (рис. 9). Если теперь заменить эти гипотетические плоскости симметрии, являющиеся в анализаторе КМ геометрическим местом точек, потенциал которых равен нулю (или потенциалу корпуса), на реальные проводящие поверхности, соединенные  друг с другом по оси z, и заземлить их то конфигурация поля в объеме между цилиндрическим и V-образным электродами останется такой же, какой она была в соответствующей части обычного анализатора КМ. Движение ионов в указанном объеме подчиняется системе тех же уравнений (12), (13) и (14), что и в обычном КМ. Это означает, что характер движения ионов (деление их на стабильные и нестабильные), по крайней мере в отношении у-параметра их траектории, остается тем же, что и в КМ и поэтому у-граница диаграммы стабильности в таком однопольном анализаторе (однопольном, потому что вместо четырех цилиндрических полеобразующих электродов, как в КМ, здесь имеется лишь один цилиндрический электрод) совпадает с у-границей (см. рис. 4). Если при заданных значениях напряжений U и V ионы с массой M_i, летящие по стабильным траекториям, сфокусированы по у-параметру в конце анализатора, то ионы, отличающиеся по своей массе от величины М на , окажутся нестабильными по у-параметру своей траектории и попадут на цилиндрический электрод. Ионы с массой М+, несмотря на стабильный характер своей траектории по х- и у-параметрам, попадут на V-образный электрод, так как  для этих ионов величина  будет больше и, следовательно, расстояние от входной диафрагмы анализатора до первого фокуса меньше. Это обстоятельство обусловливает расположение правой границы стабильности на диаграмме (a, q) (см. рис. 4) не по линии, определяющей в КМ границу стабильности х-параметра траектории иона, а вблизи границы стабильности у-параметра. Упомянутая правая граница стабильности ОМ является геометрическим местом точек с одинаковым , рассчитываемым по формуле

                                 .                                   (161)

Таким  образом, диаграмма стабильности ОМ выглядит как узкая полоска, прилегающая к у-границе стабильности и лишь сверху на небольшом интервале значений q>0,706 ограниченная аппаратурной части ОМ, в частности ВЧ-генератора, вырабатывающего напряжение для питания анализатора.

ОМ обладает одним недостатком, делающим его гораздо более уязвимым при эксплуатации, чем КМ: на электродах его анализатора образуются диэлектрические пленки, способные накапливать заряд, искажающий поле в анализаторе и резко ухудшающий основные характеристики масс-спектрометра. Происходит это потому, что диэлектрическая пленка, образованная на V-образном электроде, из-за нулевой напряженности поля у его поверхности не может быть пробита оседающими на него ионами в связи с недостатком энергии. В КМ вблизи поверхности всех его четырех полеобразующих электродов напряженность электрического поля максимальна.

Это обеспечивает для подлетающих к электродам ионов набор энергии, достаточный для пробоя не очень больших по толщине диэлектрических

Рис. 9. Поперечное сечение электродов анализатора

однопольного масс-спектрометра (сплошные линии);

для сравнения показаны электроды анализатора КМ (пунктир)

 пленок, что в свою очередь препятствует накоплению на поверхностях электродов паразитных электрических зарядов.

12. Элементы инженерного расчета

и конструирования КМ

12.1. Структурная схема КМ

В структурную схему КМ (рис. 10), не имеющего собственной откачной системы, входят датчик, подключаемый непосредственно к камере с анализируемой разреженной средой, и аппаратурная часть прибора. Обе части КМ соединены жгутом кабелей, длина которых определяется удобствами эксплуатации, а также некоторыми обстоятельствами, касающимися параметров отдельных блоков аппаратурной части. Датчик КМ представляет собой сложный многоэлектродный электровакуумный прибор, содержащий ионный источник, анализатор и приемник ионов. Назначение каждого из этих элементов понятно из их названия. В качестве приемника ионов можно использовать коллектор ионов (цилиндр Фарадея) или вторичноэлектронный умножитель.

Аппаратурная часть прибора КМ содержит блоки, в которых вырабатываются напряжения, питающие отдельные части датчика, и регистрирующую часть прибора. Так, для питания ионного источника служит отдельный  блок БПИИ, содержащий источник напряжения для накала катода (если в датчике применяется ионный источник с ионизацией электронным ударом); набор электрических напряжений для электродов, вытягивающих и формирующих электронный пучок; источники напряжений для ионизационной камеры и для электродов, вытягивающих из ионизационной камеры, формирующих и фокусирующих пучок положительно заряженных ионов.

Для создания в квадрупольном анализаторе электрического ВЧ-поля в блоке генератора высокой частоты (ГВЧ) вырабатываются два сбалансированных, симметричных относительно потенциала корпуса датчика ВЧ-напряжения вида

                               и    . 

Во всех известных приборах развертка спектра масс осуществляется с помощью сканирования напряжений U и V (что позволяет легче обеспечивать линейность развертки по массам и времени), поэтому величины U и V изменяются во времени по «пилообразному» закону при сохранении неизменным отношения U к V .