正宇真空設(shè)備
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磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)是利用離子在垂直于磁場(chǎng)的平面運(yùn)動(dòng)中,不同質(zhì)量的離子有不同 偏轉(zhuǎn)半徑的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離的。用于真空測(cè)量的磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜應(yīng)具有體積小、真 空性能好、便于真空系統(tǒng)安裝等特點(diǎn),其結(jié)構(gòu)通常選用60°、90°、180°三種偏轉(zhuǎn)角 形式。圖4-14所示為180°磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)結(jié)構(gòu)原理 具有質(zhì)荷比為m/e的離子從離子源引出,經(jīng)加速電壓U加速后,以一定速度v
壓力 皿人分析租場(chǎng),離子的速度可以用公式(4-15)描述
mv/2-U 離子在重直于磁場(chǎng)的平面中作圓周運(yùn)動(dòng),其半徑為R,離子受到的離心力和題 場(chǎng)對(duì)它的作用力相等,即
mU/R- BeU 式中 磁感應(yīng)強(qiáng)度,T (4-16) 偏轉(zhuǎn)質(zhì)謂計(jì)的基本方程可以用公式(4-17)表示
成表示為 0-1R2B2/U (4-17)
R=1.436×10 AU/B2)1/2 式中R—離子偏轉(zhuǎn)半徑 (4-18)
單電荷離子質(zhì)量
U—離子加速電壓,V
在離子加速電壓和磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度不變條件下,一定質(zhì)量的離子偏轉(zhuǎn)半徑是確定 的。由于離子出口的狹縫很窄,只有某一質(zhì)量的離子通過(guò)狹縫被離子收集極接受。 其他質(zhì)量的離子則不能通過(guò)狹縫。在恒定磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度條件下,利用連續(xù)掃描加速 電壓方法在離子收集極上可以收集不同質(zhì)量的離子,得到完整的質(zhì)譜。也可以固定 離子加速電壓利用掃描磁場(chǎng)的方法得到質(zhì)譜。真空質(zhì)譜計(jì)通常采用掃描離子加速電 壓方法,磁場(chǎng)采用永久磁鐵方法產(chǎn)生
磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)諧計(jì)的分辨本領(lǐng)可用公式(4-19)表示
M/△M=R[1+s2+R(a2+△UU+2△B/B)] (4-19)式中s—離子源離子出口縫隙寬度,cm;
s2—離子收集極入口縫隙寬度,cm;
a人射離子束分散角;
△U/U—離子加速電壓不穩(wěn)定度;
△B/B磁場(chǎng)的不穩(wěn)定度。
離子源離子出口縫隙寬度s1和離子束分散角a的加大,使離子源進(jìn)入分析場(chǎng)的離子也增多,從而提高儀器的靈敏度,但同時(shí)也降低了分辨本領(lǐng)。提高離子加速電壓穩(wěn)定度和磁場(chǎng)的穩(wěn)定度,可以提高儀器的分辨本領(lǐng)。在真空質(zhì)譜計(jì)設(shè)計(jì)中,通常希望在保證一定分辨本領(lǐng)的條件下,得到較高的靈敏度。
扇形磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì),其基本原理和180°偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)相同,在真空質(zhì)譜計(jì)中常選用扇形磁偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),它具有以下特點(diǎn)。
①儀器的離子源、分析器、離子收集極三部分可以單獨(dú)處理和分別調(diào)整,此儀器的總指標(biāo)要遠(yuǎn)高于180°偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)
②扇形磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)由于只使用一部分扇形場(chǎng),所以減小了磁鐵的體積重量。
③設(shè)計(jì)中允許采用較大的離子束偏轉(zhuǎn)半徑,有利于提高分辨本領(lǐng)。
④離子收集極可以處于磁分析場(chǎng)外,因此可以采用電子倍增器作離子收集從而提高儀器靈敏度。
磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為:
①質(zhì)譜峰形好、質(zhì)量歧視效應(yīng)小、對(duì)污染不敏感。這些特點(diǎn)滿足質(zhì)譜計(jì)定量 測(cè)量要求,適用于分壓力測(cè)量。 ②扇形磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的離子檢測(cè)器可以采用電子倍增器,因此儀器具有較高 靈敏度,儀器最小可檢分壓力可以達(dá)到10-1Pa ③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便,小型90°扇形磁質(zhì)譜,可以做得體積很小,適用于高 真空、超高真空的殘余氣體分析。 磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的缺點(diǎn)為: ①需要磁鐵。在真空系統(tǒng)烘烤時(shí),需要將磁鐵移開,烘烤后重新安裝磁鐵, 由于磁鐵位置改變,必須對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 ②儀器的質(zhì)量掃描,最常用方法是通過(guò)改變離子加速電壓來(lái)完成,質(zhì)量數(shù)的 定標(biāo)和掃描電壓成非線性關(guān)系
③質(zhì)譜計(jì)探頭不能做成裸規(guī)形式安裝在真空系統(tǒng)中,因此不能進(jìn)行真空的原 位置測(cè)量。
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