Влияние объемного заряда и диффузии на дрейф ионов в спектрометрах приращения ионной подвижности

• Автор: Щербаков, Леонид Александрович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. Общая характеристика работы

Глава 1. Дрейф ионов в дрейф-камерах с плоской геометрией
Введение
1.1. Геометрия задачи. Постановка задачи
1.2. Влияние объемного заряда на дрейф ионов
1.2.1. Дрейф ионов одного сорта
1.2.2. Дрейф смеси ионов нескольких сортов
1.3. Влияние диффузии на дрейф ионов
1.3.1. Расчет диффузионных потерь для случая дискретных соударений ионного шнура с обкладками дрейф-камеры
1.3.2. Расчет диффузионных потерь для случая непрерывного контакта ионного шнура с обкладками дрейф-камеры
1.3.3. Численный анализ влияния диффузии на дрейф ионов
1.4. Совместный учет влияния объемного заряда и диффузии на дрейф ионов
Выводы по главе
Рисунке к главе
Глава 2. Дрейф ионов в дрейф-камерах с цилиндрической геометрией
Введение
2.1. Геометрия задачи. Постановка задачи
2.2. Влияние объемного заряда на дрейф ионов
2.3. Влияние диффузии на дрейф ионов

2.4. Сравнение теоретических результатов модели с экспериментальными данными
Выводы по главе
Рисунки к главе
Глава 3. Характеристики качества разделения ионов в спектрометре
Введение
3.1. Дисперсия
3.2. Необходимый предел разрешения
3.3. Разрешающая способность
Выводы по главе
Рисунки к главе
Основные результаты, выводы и рекомендации
Список опубликованных работ, отражающих основные положения диссертации
Список использованных источников и литературы
Введение. Общая характеристика работы
Актуальность и степень разработанности темы исследования
Метод спектрометрии приращения ионной подвижности применяется для разделения ионов в сильных переменных электрических полях. Впервые этот метод реализован Горшковым М.П. [1], который разработал спектрометр приращения ионной подвижности (СПИЛ) с плоской дрейф-камерой.
На движение ионов в дрейф-камере спектрометра оказывают влияние собственное электрическое поле ионов (объемный заряд) и диффузия, в результате чего происходят нежелательные потери ионов - рекомбинация при контакте с обкладками дрейф-камеры. Использование в СПИЛ цилиндрической дрейф-камеры [2,3] позволяет значительно уменьшить потери ионов и порог обнаружения спектрометра [4], т.к. неоднородное электрическое поле в зазоре дрейф-камеры и зависимость подвижности ионов от поля могут приводить к фокусировке ионного шнура [5,6]. Тем не менее, спектрометры с плоской дрейф-камерой не потеряли своей актуальности [7,8].
Спектрометры просты в устройстве и эксплуатации, могут работать при атмосферном давлении, что способствовало их широкому распространению. В настоящее время СПИЛ используются для обнаружения следовых количеств различных веществ [9-24]: в экологическом мониторинге; при решении поисковых задач; при экспрессном и лабораторном медицинском анализе; как предварительный фильтр или устройство концентрации пробы перед вводом в масс-спектрометры; как детекторы на выходе скоростной хроматографической установки или источника ионизации в виде электроспрея.
В [25-28] предложена динамическая модель нелинейного дрейфа ионов в СЛИП с плоской и цилиндрической дрейф-камерой. С помощью модели получены аналитические выражения ионных пиков, рассмотрены явления
касается обеих обкладок дрейф-камеры. При изменении и количество ионов, нейтрализовавшихся на обкладках А и В по-отдельности изменяется. Но общее количество нейтрализовавшихся ионов остается постоянным.
Получили, что уже при начальной концентрации 1 рр1 объемный заряд приводит к заметному изменению формы пика и его влияние должно учитываться1.
Ток насыщения на выходе дрейф-камеры, вычисленный для параметров пз Таблицы 1 с помощью формулы (1.33), составляет 1„ик ~ 200 пА, что соответствует оценке, приведенной в работе [30].
1.2.2. Дрейф смеси ионов нескольких сортов
Если на вход С1ТИП одновременно поступают молекулы разных веществ, то образуются и участвуют в дрейфе разные ионы. В этом пункте исследуется влияние объемного заряда на дрейф смеси ионов различных сортов. Мы получаем систему дифференциальных уравнений, описывающих дрейф смеси ионов различных сортов с учетом влияния их собственного электрического поля. В качестве примера проводим анализ дрейфа смеси ионов двух сортов с помощью численного решения полученной системы, строим ионные пики и исследуем изменения формы пиков, вызванные влиянием объемного заряда.
Формирование ионных шнуров для смеси ионов двух сортов изображено на Рис.9. Поверхности ионного шнура осциллируют в зазоре дрейф-камеры с частотой разделяющего напряжения. Как видно из формулы (1.5), с увеличением подвижности к0 ширина ионного шнура уменьшается. На Рис.9 подвижность ионов первого сорта кю меньше, чем подвижность ионов второго сорта кг о, поэтому начальная ширина первого ионного шнура я)0 больше, чем начальная ширина второго ионного шнура я)о.
1 при атмосферном давлении, когда абсолютная концентрация частиц среды равна числу Лошмидта
ЛУ = 2.65-10 25 м