Электрический фильтр масс

Такая система представляет собой квадрупольный конденсатор, электрическое поле которого имеет гиперболическую форму, где потенциал в любой точке (х, у)

Под влиянием гиперболического поля ионы с массой т и зарядом е при движении в квадрупольном конденсаторе будут совершать колебательное движение, описываемое дифференциальными уравнениями

Первые два уравнения соответствуют уравнениям Матье. Рассмотрение дифференциальных уравнений (8. 32) для случая двухмерного пространства х и у показывает, что имеется ряд стабильных решений х (а) и у (е), которые зависят только от параметров а и q и охватывают область, приближенно изображенную на рис. 8. 20. Если для определенных значений а и q уравнения имеют решения, укладывающиеся в указанную на рис. 8. 20 область, это значит, что при движении в камере анализатора ионы будут совершать колебательные движения вблизи оси прибора с амплитудой, меньшей радиуса г₀, и достигнут коллектора ионов. При а и q, дающих решение уравнений, не входящее в рассматриваемую область, ионы будут испытывать все увеличивающуюся раскачку и, не достигнув коллектора, будут перехватываться электродами квадрупольного конденсатора.

Анализ области стабильных решений уравнений показывает, что все ионы одинаковой массы при определенных значениях г₀, U и V имеют на диаграмме одну и ту же рабочую точку (a, q). В то же время из выражения (8. 31) следует, что отношение = = 2-у ,т. е. не зависит от массы иона. Поэтому все ионы различных масс на диаграмме стабильных решений при одинаковом от-ношении -р- будут иметь параметры а и q, лежащие на одной прямой, проходящей через нуль и имеющей угол наклона, опреде-и „ ляемыи отношением -у . Следовательно, коллектора ионов достигнут только те ионы, рабочие точки которых на диаграмме стабильных решений лежат в интервале q_Y — q₂. Таким образом, максимальная разрешающая способность будет достигнута тогда, когда прямая ~ пройдет через вершину диаграммы стабильных решений. Это условие соблюдается при -у- = 0,16784.

уравнения (8. 30) принимают следующий вид:

В связи с отсутствием требований моноэнергетичности ионного пучка данный прибор может использоваться с источником ионов, снабженным холодным катодом. Это позволяет применять электрический фильтр масс для анализа газов вплоть до давлений Ю^-3 мм рт. ст.

Электрический фильтр масс, разработанный в России А. П. Авериной и известный под названием ЭФМ-1, характеризуется следующими данными: наименьшее измеряемое давление 10⁹ мм рт. ст., разрешающая способность 80, диапазон рабочих давлений 10³ 10^| мм рт. ст.; запись спектра масс осуществляется на самопишущем потенциометре.

Развертка спектра масс может осуществляться изменением частоты (о высокочастотного потенциала или изменением величин U и V с тем условием, что отношение -у остается постоянным.

Электрический фильтр масс в отличие от других анализаторов не требует моноэнергетичности ионного пучка. Энергия ионов ограничена только тем, что для надежного отфильтрования ионов по массам необходимо достаточное время взаимодействия движущегося иона с электрическим полем. Это требование сводится к тому, что потенциал, ускоряющий ионы, не должен превышать величины

В ФРГ выпускается электрический фильтр масс АМР-3 с наименьшим измеряемым давлением 10¹² мм рт. ст., разрешающей способностью 100 и скоростью развертки спектра 10 ^на осциллографической трубке.

Широкий диапазон измеряемых давлений (10~³4-н-10"¹² мм рт. ст.), простота конструкции и эксплуатации, высокая разрешающая способность и ряд других особенностей выгодно отличают электрический фильтр масс от других анализаторов и делают его перспективным прибором для измерения парциальных давлений газов.