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

шать ±0,67 в, что в относительных единицах составит

6V/V=0,67-10-4.

5. Содержание п-й гармоники в выходном напряже­ нии определяется добротностью выходного нагруженного контура и составляет б-ю долю первой гармоники, на частоту которой он настроен:

Содержащиеся в выходном ВЧ-напряжении ГВЧ гар­ моники изменяют вид дифференциальных уравнений, которым подчиняется движение ионов в анализаторе:

где б определено выражением (9.41) или (9.42), 0 — на­ чальная разность фаз между первой и п-й гармониками [сравнить с уравнениями (1.12) и (1.13)].

В приложении 10 [см. выражения (5) и (6)] приве­ дены решения уравнений (9.43), (9.44), полученные в предположении о том, что 6<t;l и п — номер рассматри­ ваемой гармоники, равный некоторому целому положи­ тельному числу.

Для п = 2 по известной методике можно найти выра­ жение, связывающее величину ухудшения чувствитель­

ности выходного контура, вытекающие из условия огра­ ничения интенсивности второй гармоники в выходном ВЧ-напряжении ГВЧ, невысокие. Они, как правило, за­ ведомо выполняются в реальных конструкциях ВЧ-гене- раторов, в которых используются высокодобротные контуры (Q > 1004-200). Применение высокодобротных кон­ туров позволяет уменьшить величину рассеиваемой в ГВЧ мощности. Такая возможность в принципе обуслов­

153

лена чисто реактивным характером нагрузки ГВЧ, кото­ рой является квадрупольный анализатор, представляю­ щий собой некоторое емкостное сопротивление.

6. Нелинейность увеличения во времени напряжения

масс в регистрирующей аппаратуре КМ служит устрой­ ство с собственной временной разверткой (стандартный осциллограф или самописец). Кроме масштаба по мас­ сам изменяется длительность импульсов спектра масс и, следовательно, может изменяться их амплитуда, если полоса пропускания регистрирующего устройства соот­ ветствует некоторому среднему значению длительности импульсов. Для того чтобы при развертке любого уча­

кации номера массы можно было пользоваться линей­ ным масштабом, необходимо, чтобы разность производ­ ных по времени от закона нарастания амплитуды ВЧ-напряжения V(t), взятых в конце и начале рассмат­ риваемого участка спектра масс, была в п раз меньше одной из этих двух производных, которая меньше по величине. Если увеличение напряжения V во времени определяется процессом заряда электрического конден­

ную цепь последовательно с конденсатором; т — эквива­ лентная постоянная времени зарядной цепи.

оНетрудно подсчитать, что для сохранения квазили­ нейного масштаба при развертке полного спектра масс (1 ^Л 4,^Л 1макс) необходимо соблюдение условия:

т > Ммакс / [v In (1 + АМ/МШКС)] ~ М макс2 I vAМ , (9.47)

т. е. в рассматриваемом нами случае (Ммакс= 300 а. е. м.\ v= 0,4 а. е. м./сек; ДАТ = I а. е. м.) т ^ 2,25 -105 сек, что реализуется с большим трудом.

7. В случае, если требование (9.47) невыполнимо, а определить номер анализируемой массы по-прежнему необходимо, то в ГВЧ должна быть предусмотрена

154

возможность достаточно точного измерения модулиру­ ющего напряжения в момент анализа интересующей оператора массы. При этом относительная погрешность измерения (или фиксации значения переменной вели­ чины V)

что при АМ =\ а. е. м. и М= Л4макс= 300 а. е. м. пример­ но меньше 10_3.

Требования 8—10 — чисто эксплуатационные, и удовлетворение их упрощает и облегчает работу с при­ бором, что дает возможность использовать КМ в систе­ ме автоматического контроля и регулирования каких-либо физико-химических процессов, в которых важно знание молекулярного состава анализируемой КМ среды.

§ 29. Требования к ВИП

ВИП, предназначенный для питания вторичноэлек­ тронного умножителя в датчике КМ, должен иметь плавную регулировку выходного напряжения в необ­ ходимых пределах; минимальные пульсации и неста­ бильность выходного напряжения ВИП, не превышаю­ щие предельные величины, и достаточную выходную мощность.

Диапазон регулировки выходного напряжения ВИП определяется диапазоном необходимых изменений ко­ эффициента усиления ВЭУ. Приравнивая друг другу правые части равенств (4.22) и (4.62) с учетом (4.63) и (4.64) и приближенно разрешая найденное трансцен­ дентное уравнение относительно величины Нвэу, можно определить минимальное значение напряжения на вы­ ходе ВЭУ. Для регистрации ионов с массой 40 а. е. м.

при у = 3; а = 3; С0~ 5 пф; Т0 = 300° К; Tvss 2000° К необ­

ВЭУ-1Б), состоящего из 25 медно-бериллиевых динодов типа «жалюзи» (ам=0,5), напряжения порядка

2,2-103 в.

Расчет показывает, что максимальное усиление ВЭУ в нашем случае около 107 и обеспечить его можно при напряжении на выходе ВИП, равном примерно 4-103 в.

Требование к стабильности выходного напряжения ВИП (Uвэу) обусловлено Необходимостью максималь­

155

ного снижения глубины паразитной амплитудной моду­ ляции сигнала, вызываемой неконтролируемыми изме­

нениями С/вэ у .

Если предельно допустимый коэффициент паразит­

находим приближенное выражение для предельно до­ пустимой относительной нестабильности выходного на­ пряжения ВИП:

частотой переменного выпрямляемого в ВИП напряже­ ния. В данном случае требования к пульсациям опре­

деляются выражением (9.49), в котором через ЛНвэу обозначена удвоенная амплитуда пульсаций. Кроме того, пульсации выходного напряжения ВИП с частотой соп, равной 2я/п, благодаря емкостной связи между динодами ВЭУ и его анодом (выходным электродом), приводят к возникновению на входе УПТ регистрирую­ щего устройства некоторого фонового напряжения £/ф с частотой пульсаций. Задаваясь некоторым минималь­

156

ну пульсаций. Необходимо, однако, иметь в виду, что уровень пульсаций на выходе ВИП при прочих равных условиях (габариты, мощность, стабильность выпрям­ ленного напряжения) можно существенно снизить по­ вышением частоты выпрямляемого напряжения. Это важно в практически используемых для ВИП схемах выпрямителей с удвоением, утроением (и т. д.) выпрям­ ленного напряжения, когда пульсации на выходе ока­ зываются в кратное число раз больше пульсаций на выходе обычного выпрямителя.

Мощность ВИП зависит от нагрузки, на которую он работает. Нагрузкой ВИП служит делитель напряжения в ВЭУ, ток в котором должен быть, как правило, в 10 или более раз больше максимально допустимого выход­ ного тока ВЭУ. Последний составляет обычно не более 5-10~8 а. Следовательно, при токе в делителе, равном 10~4 а, и максимальном выходном напряжении порядка 5- 103 в выходная мощность ВИП прибора должна быть не менее 0,5 вт, что соответствует выходному сопротив­ лению ВИП, равному 5* 107 ом.

Для предотвращения развития разрушающего диноды ВЭУ разряда (например, при кратковременных про­ рывах атмосферы), а также для предохранения выход­ ных цепей ВИП от разрушения при возможных пробо­ ях между электродами и элементами конструкций ВЭУ, находящимися под высоким напряжением, и корпусом необходимо последовательно с нагрузкой включать в ВИП некоторое добавочное гасящее сопротивление по величине в 10—20 раз меньшее, чем нагрузка (т. е. равное примерно (3—5) -10® ом).

§30. Требования к блоку питания ионного источника (БПИИ)

БПИИ, содержащий набор электрических напряже­ ний для питания ионного источника помимо обычных требований к стабильности, уровню пульсаций и преде­ лам плавной регулировки этих напряжений должен удовлетворять нескольким специфическим требованиям.

157