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

по уровню 50%, полученные соответственно при измене­ нии величины t/уск и постоянном к и при изменении к и постоянном t/yCK; б) форма импульса трансформируется от куполообразной (повторяя форму, определенную в гл. 2) при малых к к колоколообразной с ростом X и уменьшением AM, но с развитыми хвостами; в) длитель-

ность правых фронтов импульсов обеих серий, обращен­ ных в сторону уменьшения номера массы, несколько больше длительности левых фронтов в согласии с фор­ мулами, определяющими форму хвостов (см. гл. 2); г) уменьшение АМ50»/, с уменьшением UYCK и увеличе­ нием к происходит неравномерно, в частности благодаря обнаруживаемому при этом характерному искажению импульса, отмеченному на рис. 52 и 53. Это искажение, вызванное пространственными и временными искаже­ ниями поля в анализаторе КМ, способствует паразитно­ му расширению его спектральной характеристики; д) в обеих сериях импульсов на уровне 0,05% ампли­ туды импульса заметен пьедестал, простирающийся в основном в левую от импульса сторону на (0,5— 1,0) а. е. м., интенсивность и длительность которого ра­ стет с уменьшением к и увеличением £/уск.

Замеченные особенности в вариациях формы им­ пульсов 16Ог+ качественно соответствуют теоретическим

206

представлениям, развитым в гл. 2, и во многих своих чертах повторяются в серии импульсов 134Хе+, изобра­ женной на рис. 55. По виду характерных искажений в импульсе, вызванных несовершенствами в геометрии ноля анализатора или временными нестабильностями этого поля, можно оценивать характер, а иногда и ве­ личину этих возмущений. Минимальная величина Uycк, при которой еще может быть получен сигнал спектра масс, является объективной мерой упомянутых выше несовершенств анализатора, а также ионнооптических характеристик ионного источника и, следовательно, мо­ жет служить критерием оценки качества изготовления датчика или степени загрязнения его полеобразующих электродов.

При анализе представленных записей и графиков необходимо отметить, что интенсивность хвостов в им­ пульсе выше рассчитанной по крайней мере в не­ сколько раз, если считать началом хвостов точки пере­ гиба на склонах импульсов. Причем разница между расчетом и результатами измерений увеличивается в де­

рыми постоянно действующими причинами, способствую­ щими вылету из анализатора ионов, которые должны были осесть на электроды анализатора и не попасть в приемник ионов. Возможны следующие причины, из­

часть из которых в результате столкновений с нейтраль­ ными молекулами изменяет направление своего движе­ ния в сторону выхода анализатора. Проверке этих гипо­ тез посвящен следующий раздел данного параграфа.

Вторым важным в практике работы с КМ обстоя­ тельством является вопрос о том, как в случае необхо­ димости с наибольшей эффективностью и минимальными потерями в чувствительности регулировать разрешаю­ щую способность прибора. Из рис. 54 следует, что изменять с этой целью только X или Пуск нецелесооб­ разно ввиду неизбежных непропорционально больших потерь в чувствительности. Объяснить эти потери, по­ мимо уже упоминавшихся причин, можно рассогласова­ нием в величинах X и С/уСК, определяющих абсолютную

208

разрешающую способность ДМ в соответствии с форму­ лами (2.9) и (2.69).

и преобразующееся в случае КМ-2, т. е. при /=1,97 Мгц;

требующейся ДМ, например, на массе изотопа ксенона, равной 134 а. е. м., при согласованном изменении ве­ личин Я и ПуСК значения их оказываются в пределах пологой части графиков рис. 54, что обеспечивает мини­ мальные изменения в чувствительности прибора. На рис. 55 первый импульс справа из серии импульсов изо­ топов ксенона 134Хе имеет ту же абсолютную разрешаю­ щую способность ДМ, равную 0,32 а. е. м., что и третий

изменении Я и £/уск (Я = 8,5 делений, Нуск=14 делений), тогда как третий импульс справа получен при слишком малом значении Я (7,0 делений) и слишком малом Пуск (7,0 делений).

Только при оптимальном выборе величин Я и [/уск, имеющем, например, место в записях спектров масс на рис. 42 и 43 или на рис. 55 (первый импульс справа), может быть реализовано близкое к предельному в дан­ ном приборе значение фактора потенциальных возмож­ ностей (см. гл. 4). Так, в приборе КМ-2 при ДМ, рав­ ном 0,5 а. е. м. на массе 219 а. е. м.; скорости регистра­

возможностей [см. формулу (4.25)1, отнесенная к но­

приборов, выпускаемых серийно, как ИПДО-1, МСХ-ЗА [5, 64], АПДП-1, и несколько лучше того, чем обладает прибор КМ-1.

Исследование влияния давления в датчике и вели­ чины электрического потенциала первого динода ВЭУ на

амплитуду и форму выходного сигнала спектра масс.

Обычно, за редким исключением, одно из которых опи­ сано в работе [35], анализатор и приемник ионов в дат­ чике КМ не изолируют от источника ионов, а помещают вместе с ним в общий вакуумный объем. Давление

вэтом объеме при проведении технологических операций или каких-либо научных исследований может изменяться

ввесьма широких пределах. Примером тому могут слу­ жить обычные вакуумные напылительные установки, используемые для получения тонких пленок методом тер­ мического испарения веществ в вакууме [65]. В процессе

экспериментов с изменением давления в рабочей камере с датчиком КМ необходимо было найти зависимость смещения постоянного уровня сигнала спектра масс; флуктуационного шумового сигнала, определяющего чувствительность и динамический диапазон КМ; вели­ чины группового пьедестала; амплитуды сигнала и абсолютной разрешающей способности КМ от дав­

газовой среды, напускаемой в вакуумную камеру с дат­ чиком. В качестве анализируемой группы импульсов была выбрана группа в диапазоне от 51 до 58 а. е. м., всегда присутствующая в остаточной газовой среде ва­ куумных установок, откачиваемых паромасляными насо­ сами. Такой выбор представлялся удачным еще и пото­

На рис. 56 представлена серия записей упомянутой группы импульсов при напуске воздуха в вакуумную ка­

зано, как изменялись при этом амплитуда пиков анализи­ руемой группы на примере пика с массой 55 а. е. м. и групповой пьедестал, оцениваемый по величине сигна­ ла в провале между импульсами масс, равными 55 и 56 а. е. м., измеренный относительно уровня постоянного сигнала, присутствующего в спектре масс. На рис. 58

210

рассмотрена зависимость смещения уровня постоянного сигнала в спектре масс от давления в камере.

Полученные результаты дают ответ на вопрос, по­ ставленный в предыдущем разделе данного параграфа, о зависимости пьедестала импульсов от давления в ка­

масс, вносящих совокупный вклад в групповой пьеде­ стал. Разрешающая способность прибора на уровне 50% осталась практически неизменной.

Увеличение амплитуды группы импульсов более чем в два раза с увеличением давления вплоть до бХ ХЮ"5 мм рт. ст. можно объяснить десорбцией молекул диффузионного масла со стенок камеры под действием бомбардирующих эти поверхности молекул азота и кис­ лорода воздуха, напускаемых в камеру. Процесс умень­ шения сигнала с дальнейшим ростом давления в камере объясняется рассеянием ионов в пролетном простран­ стве анализатора на молекулах газовой среды в камере, заметно влияющим на величину сигналов в спектре масс КМ-2 при давлении > 3 - 10'5 мм рт. ст., а также умень­ шением общего числа молекул диффузионного масла, сорбированных на внутренней поверхности стенок ка­ меры.

Еще один важный результат, полученный в этом экс­ перименте, состоит в установлении жесткой связи между давлением в датчике КМ и смещением уровня постоян­ ного сигнала, присутствующего в спектре масс. Для того чтобы выяснить, зависит ли это смещение от режи­ ма работы анализатора, т. е. не является ли оно неко1юрым добавлением к групповому пьедесталу импуль­ сов, была снята зависимость смещения от давления при отношении X—17,00 делений, исключающем прохожде­ ние через анализатор на его выход каких-либо ионов. Все ионы при таком X заведомо становились нестабиль­ ными и должны были осесть на полеобразующие элек­ троды анализатора. Результат этого опыта зафиксирован на рис. 59. Фактические данные полученной зависимо­ сти перенесены с рис. 59 на рис. 58 и отмечены кружоч­ ками. Сплошная линия на поле графика рис. 58 (резуль-

14* 211