Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 28. 12 augusti 1950 - Masspektrometerns jonoptik, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
680
TEKNISK TIDSKRIFT
tiklar med massdifferensen Am = 1. Enligt ekv. (8) får
man då
Dm =
Fig. 4. Avbildning i skala 1:1 (Vi = 1) av två partikelslag
med magnetiskt sektorfält; geometrisk-optisk framställning.
N av sektor fältet <P = <Pi + Härvid ligger M, O och N
på en rät linje. I fig. 3 a har även ^>:s brännpunkter F och
F’ inritats. För storheterna f, g och h gäller ekv. (4) — (6).
Återges förloppet geometrisk-optiskt, får man fig. 3 b. Ur
denna får man föremålets avstånd ac=g2 + h och bildens
b s= g-L + h, och genom en enkel räkning kommer man
fram till ekvationen
l la + 1/6 = lif
Vidare kan visas, att ett föremål y avbildas med den
linjära förstoringen
V,= y’ly = b la
Dispersion i ett magnetiskt fält
Hittills har antagits, att alla partiklar har massan m0
och hastigheten v„. Nu betraktas partiklar, vilkas massa
(m) och hastighet (v) avviker något från dessa
normalvärden. Man kan då sätta
mi=m,(l+ y) och v i= v0 (1 + ß)
varvid rörelsemängden blir
nw i= mov0 (1 + ß + y) = m0v0 (1 -f å) (7)
Dess optiska axel (streckade linjen i fig. 3 a) har till följd
av analogi radien R# = m0 v0 IqB = R (1 +5) och ligger
alltså på avståndet Rö från normalaxeln.
Övergår man till geometrisk-optiskt framställningssätt,
måste man utom normalaxeln A„ inrita ^-axeln Ag (fig. 4).
En spalt S kan då avbildas endera med A„ eller Af, som
optisk axel. Normalpartiklar ger bilderna q’, o’ av
kantpunkterna Q, o för spalten S, och dennas bild S’ blir
därför S’.= VS; ^-partiklar ger även bilden S’= FS med
kantpunkterna q’s, ö’s. Ur fig. 4 får man avståndet mellan
homologa punkter [q’, q’s eller o’, ö’,*) till
d ,= R<5 (1 + V)
(8)
Av fig. 4 framgår vidare, att sektorfältet ger en
dispersion, dvs. att det verkar precis som systemet
kollimator-lins—prisma—kikare hos en optisk spektrometer.
Sektorfältet utgör alltså masspektrometerns hela "optik", varvid
en anordning enligt fig. 3 är tillräcklig, om vid y är en
spalt, som från en jonkälla "belyses" av partiklar med
olika massa och hastighet. Härvid fås en serie bilder y’,
som var och en kännetecknas av parametern å; har denna
diskreta värden, fås enstaka "spektrallinjer". Då å anger
rörelsemängdens relativa avvikelse från den normala enligt
ekv. (7), är spektra åstadkomna med ett magnetiskt
sektorfält rörelsemängdspektra.
Vid de flesta masspektrometrar bestrålas föremålsspalten
med partiklar, som alla har lika stor kinetisk energi, i
det man med hjälp av ett svagt elektriskt fält hämtar dem
från jonkällan och låter dem löpa genom en konstant
accelerationsspänning U. De får då alla den kinetiska
energin mv2l2 = qU. Eftersom alltså mv2 är konstant, blir
enligt ekv. (7) ö i=y/21= Am/2 m, där Am är skillnaden
mellan massorna för två partiklar. På varje massa
kommer alltså en bestämd hastighet, varigenom
rörelsemängden blir en funktion av massan, och
rörelsemängdspektrum övergår till ett masspektrum. Massdispersionen Dm
definieras som avståndet mellan två spektrallinjer för par-
d
A m
Två spektrallinjer kan nätt och jämnt åtskiljas, om deras
avstånd är lika med spaltbredden d i= VS. Spektrometerns
upplösningsförmåga för monokinetiska partiklar blir enligt
ekv. (8)
Av denna ekvation framgår, att man måste göra RlS stort
och V litet för att få stor upplösningsförmåga. Man kan
emellertid icke göra V nämnvärt mindre än 1, då den ena
spektrometerarmen annars blir för lång, ofta görs V=l.
Radien R brukar göras ungefär 200 mm, och man får då
Dm = dvs. linjerna för t.ex. Ag107 och Ag109 får ett
avstånd på ca 4 mm. Den teoretiska upplösningsförmågan
för en sådan spektrometer blir A = 1 000 vid en
spaltbredd på S = 0,2 mm. I praktiken blir den alltid mindre,
bl.a. därför att strålningen aldrig är exakt monokinetisk.
Linjerna blir alltså icke fullt skarpa bilder av spalten.
Elektriska sektorfält
Avbildning och dispersion kan även åstadkommas med
ett elektriskt sektorfält enligt fig. 5. I denna tänks en
sektor med vinkeln & utskuren ur en cylindrisk
kondensator. Potentialerna qpx och <ps har valts så, att
normalpartikeln kommer in i fältet utan potentialsprång och
beskriver en bana, som blir optisk axel. För ett sådant fält
blir "brännvidden"
V 2 sin 0 V 2
För en <5-partikel ligger optiska axeln på avståndet
^ [ß + yl2) från normalpartikelns, under det motsvarande
avstånd för ett magnetfält var R[ß + y). Detta avbildar
partiklar med lika rörelsemängd på samma ställe, under
det att det elektriska fältet bryter partiklar med lika
energi till samma punkt; det senare ger därför
energi-dispersion. Man kan lägga ett elektriskt och ett
magnetiskt fält över varandra och får även då ett avbildande
och dispergerande system.
Dubbel fokuserande masspektrometrar
Vid en optisk spektrometer utgår ljusstrålar med olika
riktningar och frekvenser från en spalt, som utgör
apparatens ljuskälla. Dess uppgift är att ge olika spaltbilder
för olika frekvenser i ett bildplan oberoende av övriga
parametrar. Vid partikelstrålning uppträder utom riktning
även massa och hastighet som parametrar.
Masspektrometerns uppgift är att ge spaltbilder, som blott är
ordnade efter partiklarnas massor. För att uppnå detta kan
man först använda ett elektriskt fält för att få ett
energi-spektrum. Ur detta skär man med en spalt ut ett
strålknippe med homogen energi och upplöser sedan detta i
ett magnetiskt fält till ett masspektrum, vars linjer blir
finare, ju smalare energispalten görs. Om apparatens "ljus-
Fig. 5. Elektriskt sektorfält.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
