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磁偏转质谱计是利用离子在垂直于磁场的平面运动中,不同质量的离子有不同 偏转半径的原理来实现质量分离的。用于真空测量的磁偏转质谱应具有体积小、真 空性能好、便于真空系统安装等特点,其结构通常选用60°、90°、180°三种偏转角 形式。图4-14所示为180°磁偏转质谱计结构原理 具有质荷比为m/e的离子从离子源引出,经加速电压U加速后,以一定速度v
压力 皿人分析租场,离子的速度可以用公式(4-15)描述
mv/2-U 离子在重直于磁场的平面中作圆周运动,其半径为R,离子受到的离心力和题 场对它的作用力相等,即
mU/R- BeU 式中 磁感应强度,T (4-16) 偏转质谓计的基本方程可以用公式(4-17)表示
成表示为 0-1R2B2/U (4-17)
R=1.436×10 AU/B2)1/2 式中R—离子偏转半径 (4-18)
单电荷离子质量
U—离子加速电压,V
在离子加速电压和磁场感应强度不变条件下,一定质量的离子偏转半径是确定 的。由于离子出口的狭缝很窄,只有某一质量的离子通过狭缝被离子收集极接受。 其他质量的离子则不能通过狭缝。在恒定磁场感应强度条件下,利用连续扫描加速 电压方法在离子收集极上可以收集不同质量的离子,得到完整的质谱。也可以固定 离子加速电压利用扫描磁场的方法得到质谱。真空质谱计通常采用扫描离子加速电 压方法,磁场采用永久磁铁方法产生
磁偏转质谐计的分辨本领可用公式(4-19)表示
M/△M=R[1+s2+R(a2+△UU+2△B/B)] (4-19)式中s—离子源离子出口缝隙宽度,cm;
s2—离子收集极入口缝隙宽度,cm;
a人射离子束分散角;
△U/U—离子加速电压不稳定度;
△B/B磁场的不稳定度。
离子源离子出口缝隙宽度s1和离子束分散角a的加大,使离子源进入分析场的离子也增多,从而提高仪器的灵敏度,但同时也降低了分辨本领。提高离子加速电压稳定度和磁场的稳定度,可以提高仪器的分辨本领。在真空质谱计设计中,通常希望在保证一定分辨本领的条件下,得到较高的灵敏度。
扇形磁偏转质谱计,其基本原理和180°偏转质谱计相同,在真空质谱计中常选用扇形磁偏转结构,它具有以下特点。
①仪器的离子源、分析器、离子收集极三部分可以单独处理和分别调整,此仪器的总指标要远高于180°偏转质谱计
②扇形磁偏转质谱计由于只使用一部分扇形场,所以减小了磁铁的体积重量。
③设计中允许采用较大的离子束偏转半径,有利于提高分辨本领。
④离子收集极可以处于磁分析场外,因此可以采用电子倍增器作离子收集从而提高仪器灵敏度。
磁偏转质谱计的优点为:
①质谱峰形好、质量歧视效应小、对污染不敏感。这些特点满足质谱计定量 测量要求,适用于分压力测量。 ②扇形磁偏转质谱计的离子检测器可以采用电子倍增器,因此仪器具有较高 灵敏度,仪器最小可检分压力可以达到10-1Pa ③结构简单、制造方便,小型90°扇形磁质谱,可以做得体积很小,适用于高 真空、超高真空的残余气体分析。 磁偏转质谱计的缺点为: ①需要磁铁。在真空系统烘烤时,需要将磁铁移开,烘烤后重新安装磁铁, 由于磁铁位置改变,必须对仪器参数进行调整。 ②仪器的质量扫描,最常用方法是通过改变离子加速电压来完成,质量数的 定标和扫描电压成非线性关系
③质谱计探头不能做成裸规形式安装在真空系统中,因此不能进行真空的原 位置测量。
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