Файл: Слободенюк, Г. И. Квадрупольные масс-спектрометры.pdf

а — в присутствии ВЭУ; б — в отсутствие ВЭУ; в — в присутствии ВЭУ ПРИ м макс<м гр-

96

Для случаев Л4гр, равного 5 и 50 а. е. м. (сплошные ли­ нии). Величина Мгр, как известно, определяется выра­ жением (2.33).

§16. Причины, способные ограничить верхнюю границу диапазона анализируемых масс

Диапазон анализируемых масс является важной ха­ рактеристикой любого, в том числе и квадрупольного, масс-спектрометра, в значительной мере определяющей область его применения.

Из выражений (1.15) для коэффициентов а и q, вхо­ дящих в уравнения Матье (1.12) и (1.13), можно найти

зависимость номера анализируемой массы (М, а. е. м.) от амплитуды и частоты ВЧ-напряжения, подаваемого на полеобразующие стержни анализатора КМ, а также от радиуса поля г0:

Из формулы (5.1) следует, что диапазон анализируемых масс можно расширить, увеличивая V и уменьшая f и го. Однако увеличение V ограничивает электрическая проч­ ность вакуума. Уменьшение / связано с увеличением длины анализатора L, которое не может быть беспре­ дельным, и с уменьшением энергии влетающих в анали­ затор ионов, что снижает чувствительность КМ. Умень­ шение г0 связано с необходимостью увеличения абсо­ лютной точности изготовления квадрупольного анализа­ тора, которая тоже имеет свои пределы.

Еще одной причиной, способной ограничить верхнюю границу диапазрна масс, является ухудшение суммарной

ВЭУ) с ростом номера массы при сохранении неизмен­ ной по диапазону масс абсолютной разрешающей спо­ собности.

Далее будут рассмотрены все перечисленные причи­ ны,способные ограничить диапазонанализируемых масс, и определена степень влияния каждой из них на Ммакс-

§ 17. Влияние трансмиссии датчика на МмакС

Из выражений (4.67) и (4.70) следует, что мини­ мальное значение коэффициентов передачи датчиков с ВЭУ и без ВЭУ наблюдается вблизи верхней границы диапазона масс, т. е. при М*= МмаксДля датчика с ВЭУ

98

Для дальнейших рассуждений воспользуемся поня­ тием динамического диапазона КМ, т. е. отношения максимального регистрируемого прибором парциального давления Pi макс на массе Mi к чувствительности КМ на этой массе:

Из формул (5.2) и (5.3) следует, что с ростом Ммакс ко­ эффициент передачи датчика убывает. Может случиться так, что с ростом М{ при максимальном давлении г-го компонента анализируемой смеси сигнал от данного компонента окажется на уровне чувствительности при­ бора. При этом дальнейшее увеличение массы молекул анализируемых компонентов не имеет смысла, так как сигнал от них на выходе прибора в допустимом для КМ диапазоне давлений от Piмин до Рыто будет ниже уров­ ня чувствительности прибора. Это фактически означает, что теоретическим пределом для верхней границы диа­ пазона масс в КМ должна служить величина, удовлет­ воряющая условию, при котором ослабление сигнала на массе Ммакс по сравнению с сигналом на массе М, рав­ ном 1 а. е. м., не превышает величины, обратной динами­ ческому диапазону, т. е.

= 136 000 а. е. м. Следует, однако, отметить, что предель­ но достижимый динамический диапазон в КМ с датчи­ ком без ВЭУ, как это будет показано в гл. 6, меньше,

ный случай, когда общее, максимально допустимое для КМ рабо­ чее давление (определение Рмакс см. в гл. 6) создается одним г-м компонентом, а все прочие компоненты в среде практически отсут­ ствуют.

99

М.макс* будет меньше, чем получилось при расчете. Уве­ личение динамического диапазона на порядок (т. е. при D=107), что уже близко к пределу (см. гл. 6), даст при Мтр, равном 50 а.е.м., МмакС1 =44 400 а.е.м. Такой результат получится при D = 106 и увеличении Мгр на по­ рядок (500 а. е. м.), что достигается ухудшением абсо­ лютной разрешающей способности на порядок [см. вы­ ражение (5.4)] или уменьшением в три с лишним раза впускного отверстия в анализаторе КМ.

§ 18. Влияние электрической прочности вакуума и точности изготовления анализатора на М макс

Из выражения (5.1) следует, что диапазон анализи­ руемых масс можно расширить увеличением напряже­ ния, подаваемого на полеобразующие электроды анали­ затора КМ. Однако увеличение V(U) при сохранении не­ изменной геометрии анализатора не беспредельно. Оно ограничено некоторым критическим значением напряжен­ ности электрического поля, вызывающим пробой между соседними электродами. Несложный расчет показывает, что напряженность поля в квадрупольном конденсаторе, образованном четырьмя цилиндрическими электродами, максимальна вблизи той части поверхности электродов, которая расположена в месте кратчайшего расстояния между разнополярными электродами:

ляя значения x и у в выражение (5.9) и полагая в чис­ лителе cos u>t= 1, получаем

Поскольку не вполне ясно, до какой степени можно довести уменьшение значений f и г0, чтобы обеспечить получение М м а К с , исключим из (5.11) величину f с по­ мощью выражения (2.69), а величину г0 — с помощью соотношения, определяющего допустимые с точки зрения

100