Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ


Масс-спектрометры представляют собой газоанализаторы, принцип действия которых основан на разделении анализируемого газа по массам составляющих его компонентов. Масс-спектрометры позволяют осуществлять полный анализ многокомпонентных газовых смесей.

 

Основными элементами масс-спектрометров являются:

а) ионный источник, в котором происходит превращение молекул испытуемого вещества в положительные ионы с различными значениями энергий и удельными зарядами, а также формирование ионного пучка в электрическом поле;

б) масс-анализатор, в котором разделяется ионный пучок и образуются сфокусированные пучки, каждый из которых содержит частицы с определенным удельным зарядом;

в) приемник ионов и измерительное устройство.

В зависимости от способа разделения ионов, отличающихся по массе, существуют три основных типа масс-спектрометров: импульсный с разделением ионов по времени пролета; радиочастотный, основанный на разделении в зависимости от степени прироста энергии ионов в электрических высокочастотных полях; магнитный с разделением ионов в однородном магнитном поле.

В Советском Союзе и за рубежом преимущественное распространение получили масс-спектрометры с разделением ионов в однородном магнитном поле. Принципиальная схема такого масс- спектрометра показана на рис. 11.4.

Анализируемая газовая смесь подается в ионизационную камеру /, находящуюся под глубоким вакуумом. Молекулы газа

бомбардируются потоком электронов, излучаемых раскаленным катодом, вследствие чего получаются положительные ионы, обладающие одинаковым зарядом е, но различной массой (для различных компонентов). Ионы, имеющие вначале незначительную энергию, под действием электрического поля, обусловленного приложенной к стенкам ионизационной камеры разности потенциалов U, получают ускорение и вылетают с определенной скоростью через щель ионизационной камеры. Далее ионы попадают п камеру 2 анализатора, где действует однородное магнитное поле с вектором напряженности Н, направленным перпендикулярно к плоскости чертежа. Как только ионный пучок попадает в зону магнитного поля, ионы опишут криволинейные траектории различных радиусов гъ г2, г3 и т. д., величина которых зависит от скорости входа ионов Н, т. е. от величины U, а также от величины отношения массы иона т к его заряду е. При постоянных U, Н и е в выходную щель камеры 2 и далее на коллектор 3 попадают только ионы с определенным значением т. Попадая на заземленный через сопротивление R коллектор 3, ионы отдают ему свои заряды, создавая электрический ток. Падение напряжения на сопротивлении усиливается усилителем постоянного тока 4 и передается на измерительный прибор 5. Для того чтобы направить на коллектор ионы различных компонентов (обладающих различными массами), необходимо изменять напряженность магнитного поля Н или разность потенциалов U, или обе величины одновременно. При этом измерительный прибор записывает на диаграмме кривую с пиками, соответствующими ионам с определенной массой. Высота отдельных пиков, пропорциональная ионному току, проходящему через сопротивление, характеризует концентрацию компонентов в газовой смеси.



Для определения радиуса г траектории ионов, движущихся в магнитном поле, рассмотрим силы, действующие на заряженную частицу:

центробежная сила

(11.9)

и сила, действующая со стороны магнитного поля,

(11.10)

где -скорость иона; Н — напряженность магнитного поля.

В условиях равновесия F1 = F2, следовательно,

(11.11)

Из равенства (11.11) видно, что при неизменном количестве движения mW радиус траектории постоянен, т. е. траектория представляет собой окружность. Ионы, приобретающие свою скорость под воздействием электрического поля с потенциалом U,

имеют потенциальную энергию е U. Потенциальная энергия, полученная ионом, должна равняться его кинетической энергии:

(11.12)

откуда

(11.13)

Подставляя выражение для W из (11.13) в уравнение (11.11) и решая его относительно , получаем

(11.14)

Уравнение (11.14) показывает, что изменением напряженности магнитного поля или ускоряющего напряжения можно выделить из газовой смеси лишь ионы с определенным значением отношения т/е, описывающие траекторию определенного радиуса. Таким образом, при данных и U на коллектор 3 будут попадать только компоненты газа, имеющие определенное значение т/е.

Диапазон измерения масс зависит от пределов регулирования напряженности магнитного поля и ускоряющего напряжения U.

Разрешающая способность масс-спектрометра характеризует предел раздела линий спектра и обычно выражается отношением

(11.15)

где М — максимальное массовое число компонента, регистрируемого раздельно от другого компонента, массовое число которого отличается от М на величину, равную единице.

Разрешающая способность выпускаемых промышленностью масс-спектрометров равна 45. Масс-спектрометром можно определять содержание компонента, концентрация которого в смеси составляет всего лишь 0,001%.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2024 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.