КВАДРУПОЛЬНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Квадрупольный масс-спектрометр предназначен для молекулярного анализа состава газовых смесей при атмосферном давлении, определения концентраций отдельных компонентов в выдыхаемом легочном воздухе и их идентификации в динамическом режиме.
Известен масс-спектрометр со способом ввода веществ, элюируемых из колонки жидкостного хроматографа, включающий нанесение элюента с анализируемыми компонентами на транспортерную ленту, пропускание ее через вакуумную камеру с нагревателем и ее подачу в ионный источник масс-спектрометра, в котором транспортную ленту после пропускания через вакуумную камеру наматывают на катушку, размещенную в кассете, которую при проведении анализа герметично подсоединяют к ионному источнику масс-спектрометра (патент РФ №2076319, G01N 30/72, опубл. 1997.03.27).
Недостатками этого решения являются его сложность и невозможность анализа газообразных веществ.
Известен масс-спектрометр, включающий источник ионов, масс-анализатор, детектор ионов, блок приема и обработки информации, блок индикации, модуль ввода пробы, и состоящий из электронной пушки, приемника ионов, ускоряющей сетки, двух отклоняющих пластин, генератора выталкивающих импульсов, генератора отклоняющих импульсов и двух заземленных сеток, в который дополнительно введены в бесполевое пространство между заземленными сетками дополнительная заземленная сетка, тормозящая сетка и полекомпенсирующая сетка, а между ускоряющей сеткой и первой заземленной сеткой введена запирающая сетка. Тормозящая и полекомпенсирующая сетки подключены к генератору тормозящего напряжения, запирающая сетка подключена к генератору запирающего напряжения. Генератор выталкивающих импульсов, генератор запирающего напряжения, генератор тормозящего напряжения, генератор отклоняющих импульсов, блок приема и обработки информации и электронная пушка подключены к выходам блока синхронизации, а к блоку приема и обработки информации подключен блок индикации. Представленная конструкция позволяет работать с частицами в диапазоне масс 1…10000 а.е.м. (патент РФ №2239909, H01J 49/40, опубл. 2004.11.10).
Недостатком данной системы является ее сложность, необходимость использования дорогостоящих материалов, большое энергопотребление.
В основу полезной модели положена задача создания квадрупольного масс-спектрометра молекулярного состава газовых смесей, в котором за счет использования капилляра создается необходимый для работы перепад давлений, а также достигается возможность дистанционного использования прибора.
4
Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что в квадрупольном масс-спектрометре, включающем источник ионов, масс-анализатор, детектор ионов, блок приема и обработки информации, блок индикации, модуль ввода пробы, вакуумный насос, модуль ввода пробы включает последовательно соединенные капилляр, узел напуска, содержащий диафрагму напуска, капилляр выполнен из устойчивого к воздействию агрессивных сред материала, при этом длина и внутренний диаметр капилляра определяют по формуле: 1≤100D/L≤10, где D - диаметр в (мм), L - длина в (м).
-2
-3
Длина и внутренний диаметр капилляра определяется из требования обеспечения в узле напуска давления в диапазоне от 1 кПа до 10 кПа. Нижнее значение определено с точки зрения обеспечения поступления через модуль ввода пробы необходимого и достаточного для анализа количества вещества, а верхнее значение связано с необходимостью обеспечения в камере масс-спектрометра вакуума 10 ч 10 Па.
Полезная модель поясняется с помощью фиг.1, на которой показана функциональная схема прибора.
4
Квадрупольный масс-спектрометр включает источник ионов 1, масс-анализатор 2, детектор ионов 3, блок приема и обработки информации 4 с компьютером 5, блок индикации 6, модуль ввода пробы 7. Модуль ввода пробы 7 содержит последовательно соединенные капилляр 8, узел напуска 9 с диафрагмой напуска 10, дополнительный вакуумный насос 11. Капилляр 8 выполнен из устойчивого к воздействию агрессивных газов сред материала, при этом длина и внутренний диаметр капилляра определяют по формуле: 1≤100D/L≤10, где D - диаметр в (мм), L - длина в (м).
Полезная модель работает следующим образом.
Принцип действия квадрупольного масс-спектрометра заключается в следующем: часть исследуемой газовой смеси вводится в масс-анализатор 2 прибора, где в условиях высокого вакуума происходит ионизация молекул газов и разделение образовавшихся ионов по массам в постоянных и высокочастотных электрических полях; ионные токи, пропорциональные содержанию компонентов газовой смеси, усиливаются и записываются в памяти компьютера 5.
-2
-3
-4
Небольшая часть исследуемой газовой смеси вытягивается из объема с пробой газа через капилляр 8 за счет разрежения, создаваемого форвакуумным насосом 11. Капилляр 8 выполняет две функции: во-первых, он за счет своего вакуумного сопротивления создает необходимый для работы перепад давлений от нормального атмосферного в области забора пробы до 1 кПа до 10 кПа в области узла напуска; во-вторых, за счет длины капилляра (5 метров) достигается возможность дистанционного использования прибора. Пройдя через капилляр 8, газ попадает в узел напуска 9. Перепад давлений от 1 кПа до 10 кПа в области узла напуска до рабочего давления в анализаторе 10 ч 10 Па. 1÷5·10 мм рт. ст. обеспечивается вакуумным сопротивлением диафрагмы напуска 10, через отверстие в которой происходит молекулярное натекание части газовой смеси из узла напуска в источник ионов масс-спектрометра). Вакуум в масс-спектрометре поддерживается высоковакуумным насосом.
Молекулы исследуемой газовой смеси, попавшие в источник ионов, ионизируются бомбардировкой электронным пучком. Образовавшиеся ионы разделяются из общего потока под воздействием постоянных и высокочастотных электрических полей. Ионные токи, пропорциональные содержанию этих компонентов в смеси, усиливаются общим усилителем, разделяются системой электронной коммутации и передаются в персональный компьютер 5 для дальнейшей обработки.
Управляющая программа прибора обеспечивает изменение параметров высокочастотного поля квадрупольного масс-анализатора для получения всего масс-спектра анализируемой смеси. Зарегистрированные масс-спектры с помощью программного обеспечения сопоставляются с библиотекой масс-спектров и производится идентификация компонентов смеси, а также определение их концентрации.