Элементы расчета и конструирования гиперболоидного масс-спектрометра типа «Фильтр масс»: Учебное пособие к курсовому проектированию, страница 20

С точки зрения стабильности условий анализа ионов должно выполняться условие между скоростью развёртки  и временем пролёта () ионов анализатора

                                                   .                                                     (178)

С точки зрения допустимых потерь чувствительности и величины достижимой абсолютной разрешающей способности максимальная скорость развёртки

               .                (179)

Из этого соотношения следует, что максимальная скорость регистрации прямо пропорциональна абсолютной разрешающей способности в степени . Таким образом, при прочих заданных параметрах чем выше предельная скорость регистрации, тем хуже разрешающая способность квадрупольного фильтра масс.

Заметим, что максимальная и минимальная скорости регистрации спектра масс определяют соответственно максимальную и минимальную полосы пропускания усилителя постоянного тока в тракте усиления и регистрации полезного сигнала:

                                                                                     (180)

Обычно в УПТ  Гц, а  кГц.

Таким образом, при определении максимальной скорости регистрации спектра масс необходимо оценивать приведённые выше ограничения и выбирать  в соответствии с заданными в задании или выбранными в процессе расчёта величинами параметров.

12.2.7.  Расчёт коэффициента трансмиссии анализатора

Коэффициент трансмиссии анализатором тока ионов с массой  на выход анализатора является безразмерной величиной, определяемой отношением тока ионов на выходе анализатора к их количеству на входе анализатора и определяется соотношением:

                                          ,                                       (181)

где  – величина начальной координаты иона.

Выражение для коэффициента  свидетельствует о том, что, начиная с некоторого значения относительной разрешающей способности, амплитуда импульсов спектра масс убывает обратно пропорционально массе анализируемого компонента, а при фиксированной массе коэффициент трансмиссии  прямо пропорционален абсолютной разрешающей способности квадрупольного фильтра масс.

12.3.  Требования к датчику КМ

В результате расчётов, выполненных в предыдущем параграфе, были определены радиус поля  и длина анализатора . Перечисленные параметры относятся к основным, без знания которых конструирование датчика невозможно. Кроме того, имеется несколько специфических требований, выполнение которых позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики датчиков. Первое из этих требований определяется характером анализируемой датчиком среды. По характеру взаимодействия с электродами датчика анализируемые среды делятся на два вида — неконденсирующиеся и конденсирующиеся. Видом среды отчасти определяется тип ионного источника в датчике. В первом случае неважно, будет или нет иметь место контакт электродов датчика с молекулами среды, с какого направления поступает проба анализируемого вещества в ионизационную камеру и как покидает она эту камеру. При этом в цели конструирования датчика не входит защита его электродов от вредных воздействий среды и решается только одна задача — создание конструкции, обеспечивающей, например, максимум эффективности в сочетании с предельно осуществимой простотой. Поскольку, как было установлено ранее, разброс влетающих в анализатор ионов по энергии в известных пределах не влияет на основные характеристики КМ, наиболее простым и достаточно эффективным источником, формирующим аксиально симметричный пучок ионов, служит ионный источник с продольной ионизацией и поперечным расположением катода.

При анализе легко конденсирующейся среды электроды ионного источника, анализатора и ВЭУ необходимо надёжно экранировать от попадания на их поверхность вещества анализируемой среды, находящейся в этих случаях, как правило, в неравновесном состоянии (в виде молекулярных потоков или пучка) по отношению к окружающей среде сильно разряженных остаточных газов. Наиболее эффективен в данном случае ионный источник с поперечной ионизацией и поперечным расположением катода. Молекулярный пучок при этом должен пересекать активную область ионизации в ионизационной камере под прямым углом к бомбардирующим молекулы пучка электронам, а непрерывные ввод и вывод анализируемой пробы из камеры должны осуществляться через сквозные отверстия в двух противоположных стенках ионизационной камеры и экранах, защищающих ионный источник и анализатор от попадания конденсата. Полеобразующие элементы ионного источника следует для облегчения их прогрева от специального нагревателя или даже от собственного раскалённого термокатода изготовлять из тонкой фольги тугоплавкого металла (молибден, никель и др.)

Ионный источник с продольной ионизацией, предназначенный для анализа газового компонента среды в анализируемом вакуумном объёме, должен удовлетворять требованиям малой скорости паразитной собственной откачки.

Конструкция датчика не должна содержать замкнутых или почти замкнутых областей и карманов, которые могут стать источником микротечей в анализируемый вакуумный объём, препятствующих достижению в рабочем вакуумном объёме высокого и сверхвысокого вакуума и искажающих истинный молекулярный состав анализируемой среды.

Для расширения диапазона рабочих давлений датчика КМ и в частности для обеспечения возможности использования КМ в условиях сверхвысокого вакуума конструкция датчика должна допускать его прогрев до температур порядка 200 – 400 °С и в некоторых случаях обеспечивать его работоспособность при температурах 100 – 200 °С.

Конструкция датчика должна быть простой и легкоразборной (для очистки его электродов от образовавшихся на их поверхности инородных плёнок). Датчик должен легко встраиваться в любую вакуумную установку для анализа молекулярного состава газовой компоненты и молекулярных потоков, а также выдерживать определённый уровень вибраций, возможных при работе на вакуумных откачных постах, укомплектованных механическими форвакуумными насосами.