§ 7.2.1. Магнитный газоанализатор

Статические магнитные газоанализаторы (масс-спектрометры) (рис. 7.2) основаны на пространственном разделении моноэнергетического пучка ионов в однородном поперечном магнитном поле. Процесс газового анализа состоит из ионообразования, ускорения ионов и формирования ионного пучка, разделения ионов по массовым числам и измерения интенсивности ионного тока.  

В пространстве дрейфа, где действует поперечное магнитное поле индукцией В под воздействием силы Лоренца F₁= qvB, положительные ионы движутся в направлении, определяемом правилом левой руки, по окружностям постоянных радиусов R. При этом центростремительная сила Лоренца уравновешивается центробежной силой F₂ = mv²/R.

Из условия равенства сил F₁= F₂ найдем выражение для определения радиуса траектории ионов

которое с учетом (7.1) можно переписать в виде

Таким образом, радиус траектории иона прямо пропорционален корню квадратному из отношения массы иона к его заряду. Решая уравнение (7.3) относительно m/q, получим измерительное уравнение статического масс-спектрометра с магнитным отклонением:

  В результате взаимодействия с магнитным полем на коллектор 3 попадают только те ионы, радиус траектории которых соответствует положению щели в диафрагме перед коллектором. Изменяя радиус траектории иона R за счет изменения ускоряющего напряжения U или магнитной индукции В, можно создавать условия для попадания на коллектор ионов с различными массовыми числами. Ионный ток коллектора после усилителя 2 измеряется выходным прибором 1.  

В рассмотренной схеме анализатора ионы отклоняются на угол 180°. На практике значения углов отклонения могут быть как больше, так и меньше 180°.

Как следует из (7.4), наиболее эффективна магнитная развертка масс-спектра по значению магнитной индукции В, но в связи с лучшим быстродействием, простотой схем питания и меньшими размерами магнитной системы в промышленных приборах предпочтение отдается электростатической развертке по ускоряющему напряжению U.