Монополярный масс-спектрометр

Другим типом квадрупольного масс-спектрометра является так называемый монополярный масс-спектрометр. Этот спектрометр, предложенный Цаном, по существу представляет собой один квадрант квадруполя и состоит из цилиндрического стержня и угловой пластины (рис. 1.12), находящейся под потенциалом земли. На стержень подается высокочастотное напряжение. Однако монополь по своему принципу действия отличается от квадруполя. Очевидно, что для ионов, не ударяющихся об угловую пластину, отклонение х должно быть меньше, чем у, которое, в свою очередь, должно быть всегда положительным.

Рис. 1.12 Схема монополярного масс-спектрометра

Кроме того, через анализатор будут проходить только те ионы, фаза колебаний которых соответствует положительному отклонению, что составляет только 50% от исходного ионного пучка.

В результате рабочая точка может находиться значительно ниже вершины области стабильности без ухудшения разрешающей способности. Что касается колебаний ионов по направлению х, то здесь не возникает каких-либо проблем, поскольку используемое напряжение в 2 раза ниже, чем в случае квадруполя, и, следовательно, можно использовать высокие значения отношения a/q.

Таким образом, достоинствами монополярного масс-спектрометра являются довольно простая конструкция, низкое рабочее напряжение, а также некритичность по отношению к величине U/V_q. К недостаткам этого прибора следует отнести необходимость использовать моноэнергетический источник ионов, поскольку работа системы сильно зависит от начальных скоростей ионов. Разрешающая способность монополярного спектрометра определяется ускоряющим потенциалом – чем ниже потенциал, тем выше разрешение. Однако для чувствительности зависимость противоположная, поэтому при выборе параметров спектрометра приходится принимать компромиссное решение. Вследствие зависимости чувствительности от ускоряющего напряжения приборы этого типа не удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к вакуумметрам парциального давления.

По сравнению с квадрупольным монополярный масс-спектрометр исследовался недостаточно, и поэтому влияние таких факторов, как краевые поля, точность юстировки и т. д., практически не изучено. Тем не менее разработан монополярный масс-спектрометр, весьма успешно конкурирующий с масс-спектрометрами других типов; он имеет следующие параметры:

· длина анализатора – чуть больше 20 см;

· диапазон анализируемых масс 1–200 а.е.м.;

· разрешающая способность в одну единицу массы вплоть до 50 а.е.м. при 10%-ной седловине между пиками;

· минимальное регистрируемое парциальное давление около 10^-8 Па.

Обеспечив разделение пучка ионов в зависимости от отношения массы к заряду, необходимо после этого зарегистрировать относительные количества ионов каждого типа с помощью соответствующих методов измерений.