Прибор для регистрации элементного состава газов

• Автор: Родин, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 185 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1 Анализ моделей преобразователей газовых потоков и перспективы их развития

1.1 Основные принципы масс-спектрометрии

1.2 Основные характеристики масс-спектрометров

1.3 Требования, предъявляемые к масс-спектрометрам

1.4 Области применения масс-спектрометрии

1.5 Источники ионизации газообразных и твердых веществ

1.5.1 Ионизация электронным ударом

1.5.2 Химическая ионизация

1.5.3 Фотоионизация
1.5.4 Десорбция электрическим полем
1.5.5 Лазерная десорбция/ионизация
1.5.6 Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (МАГЭГ)
1.6 Существующие в настоящее время масс-спектрометры времяпролетного типа
1.6.1 Времяпролетные масс-спектрометры с ионизацией электронным ударом
1.6.2 Времяпролетные масс-спектрометры с ионизацией высокоскоростным соударением
1.6.3 Времяпролетные масс-спектрометры с лазерной ионизацией
Выводы
ГЛАВА 2 Модель прибора для определения элементного состава газа
2.1 Решение задачи фокусировки ионных пакетов по энергии при помощи нелинейного ионного зеркала
2.1.1 Расчет распределения электростатического поля отражателя
2.1.2 Методика аналитического расчета распределения осевого потенциала..
2.2 Решение задачи фокусировки ионных пакетов, полученных в протяженной области ионизации

2.3 Расчет электрического поля внутри тракта прибора
2.4 Математическая модель движения частицы в тракте масс-спектрометрического преобразователя
2.5 Решение задачи физического синтеза поля
2.6 Математическая модель ионизации электронным ударом
Выводы
ГЛАВА 3 Разработка преобразователя газовых потоков и методика проведения экспериментов
3.1 Экспериментальный стенд для отработки масс-спектрометра с пространственной и энергетической фокусировкой
3.2 Анализ состава газовой смеси
3.3 Результаты экспериментов по определению элементного состава веществ
3.3.1 Исследование остаточного газа в камере масс-спектрометра
3.3.2 Исследование высокомолекулярных соединений на примере этилового спирта и крахмала
3.4 Обработка результатов измерений
3.5 Классификация погрешностей
3.6 Оценка потерь ионов, вызванных ограниченностью отражающего напряжения
3.7 Анализ погрешностей, определяемых неточностями изготовления геометрических размеров датчика
3.8 Определение погрешности определения массового числа
спектральной линии
3.9 Определение ширины спектральной линии
ЗЛО Погрешность измерения, вызванная ограничением частоты аналоговоцифрового преобразования
3.11 Погрешности методики проведения эксперимента
Выводы
Глава 4 Элементы конструкции масс-спектрометрического прибора

4.1 Область применения
4.2 Общие требования к масс-спектрометрическим приборам для
космических исследований
4.3 Требования, предъявляемые к ионным источникам времяпролётных приборов для анализа газовых потоков
4.4 Конструкции ионных источников
4.5 Приёмники ионов
4.6 Настройка отражателя с неоднородным полем
4.7 Разработка элементов конструкции прибора для регистрации
элементного состава газов
4.8 Элементы экспериментального стенда для отработки прибора
регистрации состава газов
Выводы
Заключение
Литература
Приложения

Как видно из таблицы 1.1, основными путями повышения разрешающей способности на данный момент являются: применение высоких ускоряющих напряжений, импульсов сложной формы либо увеличение длины бесполевых участков, а также применение источников и отражателей с полями, обеспечивающими фокусировку по энергии.
Недостатками вышеприведенных способов повышения разрешающей способности являются увеличение сложности конструкции приборов и их настройки. Также к недостаткам масс-спектрометрических преобразователей с ионизацией электронным ударам можно отнести невозможность анализа молекулярного состава газов. Для решения задачи анализа молекулярного состава газов применяют лазерные источники ионов [51, 52, 53]. В случае использования динамических схем и многоотражательных ионно-оптических систем существенным недостатком является невозможность анализа однократных событий.
1.6.2 Времяпролетные масс-спектрометры с ионизацией высокоскоростным
соударением
Времяпролетные масс-спектрометры используются для определения химического состава частиц в космическом пространстве [54]. В этом случае ионизация исследуемого вещества может происходить в результате высокоскоростного соударения частицы ударника и мишени прибора.
Примером прибора такого типа является масс-спектрометр для регистрации состава частиц естественного и искусственного происхождения (рисунок 1.20). За счет высокой скорости при соударении анализируемой частицы и мишени прибора происходит ионизация вещества частицы-ударника. Ионы образовавшейся плазмы выталкиваются их промежутка между мишенью 1 и сеткой 2 и через экранирующий цилиндр 3 пролетают в бесполевой участок, где переотразившись зеркалом 4, и сеткой 2 и электродом 5, попадают в детекторы 6. Разрешение прибора достигает 100 единиц при габаритах не более 370 мм [54].