Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности БИСЯРИН НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности
<
Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

БИСЯРИН НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ. Физические и аппаратные факторы спектрометрии ионной подвижности: диссертация ... кандидата технических наук: 05.27.02 / БИСЯРИН НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ;[Место защиты: Рязанский государственный радиотехнический университет].- Рязань, 2015.- 120 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Метод спектрометрии ионной подвижности 11

1.1 Становление метода спектрометрии ионной подвижности 11

1.2 Современные аналитические методы идентификации химических соединений, основанные на измерении подвижности их ионов в газах 16

1.2.1 Времяпролетная спектрометрия ионной подвижности 16

1.2.2 Спектрометрия ионной подвижности с ионной ловушкой 18

1.2.3 Спектрометрия приращения ионной подвижности 18

1.2.4 Спектрометрия ионной подвижности с несущей волной 19

1.2.5 Высокоразрешающий плоский дифференциальный анализатор 20

1.2.6 Спектрометр ионной подвижности с поперечной модуляцией 21

1.3 Современные спектрометры ионной подвижности 21

1.4 Аппаратные компоненты аналитических систем 23

1.4.1 Ионный источник 23

1.4.2 Ионный затвор 26

1.4.3 Дрейфовая трубка 27

1.5 Детектирование ионного потока и совмещение спектрометра ионной подвижности с другими аналитическими системами 30

1.6 Дрейфовый газ 30

1.7 Ионно-молекулярные взаимодействия в аналитической ячейке 32

1.8 Выводы к главе. Постановка задачи 35

ГЛАВА 2. Теоретические способы получения информации об аналитических характеристиках спектрометра ионной подвижности 37

2.1 Математический анализ движения ионов в пространстве дрейфа

спектрометра ионной подвижности 37

2.1.1 Модель для математического анализа движения ионов в дрейфовой трубке 37

2.1.2 Сопоставление результатов численного моделирования с экспериментальными данными 40

2.2 Распределение поля в ионных затворах спектрометра ионной подвижности47

2.3 Выводы к главе 53

ГЛАВА 3. Разработка спектрометра ионной подвижности 55

3.1 Функциональная схема экспериментального спектрометра ионной подвижности 55

3.2 Аналитическая ячейка спектрометра ионной подвижности 56

3.3 Ионный источник 58

3.4 Дрейфовая трубка 66

3.5 Ионный затвор 68

3.5.1 Двухсеточный ионный затвор 68

3.5.2 Ионный затвор типа Бредбери-Нильсена 72

3.6 Коллектор ионов 74

3.7 Электрометрический усилитель 75

3.8 Система обработки данных и управления 77

3.9. Электрическая схема спектрометра ионной подвижности 80

3.10 Программное обеспечение 81

3.11 Технические и аналитические характеристики разработанного спектрометра 82

3.12 Выводы к главе 84

ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование физических и аппаратных факторов спектрометрии ионной подвижности 85

4.1 Исследование характеристик инжектируемого из межсеточного пространства затвора ионного облака 85

4.2 Влияние величины тока коронного разряда на аналитические характеристики спектрометра 88

4.3 Влияние напряженности электрического поля в пространстве дрейфа на аналитические характеристики спектрометра 93

4.4 Влияние расхода дрейфового газа на аналитические характеристики 100

4.5 Исследование спектров набора тестовых химических соединений спектрометром с двухсеточным ионным затвором 103

4.6 Затвор типа Бредбери-Нильсена 104

4.7 Исследование спектров набора тестовых химических соединений спектрометром с ионным затвором Бредбери-Нильсена 105

4.8 Выводы к главе 107

Выводы по диссертационной работе 108

Заключение 109

Обозначения и сокращения по

Список литературы

Времяпролетная спектрометрия ионной подвижности

Спектрометрия ионной подвижности, как самостоятельный аналитический метод, сформировалась в начале 1970-х годов. Первые работы по описанию прибора и его аналитических возможностей принадлежат М. Коэну и Ф. Карасеку [1]. Однако работы, приведшие к становлению метода, относятся к началу XX века. В 1902 году П. Ланжевеном в рамках диссертационного исследования проведен теоретический анализ подвижности ионов в газах и опубликована в 1903 году упрощенная теория подвижности ионов, основанная на кинетической теории газов. В 1905 году Ланжевеном опубликована строгая теория подвижности, основанная на методе передачи импульса. Теория подвижности Ланжевена усовершенствована Ассе и далее развита Чепменом и Энскогом. Теории Ланжевена и Чепмена-Энскога применимы только в случае слабых полей, когда возможна линеаризация кинетического уравнения. Ванье предложена теория подвижности, основанная на уравнении переноса Больцмана, которая применима к расчету подвижности в случае сильных полей. Позже для учета специфических взаимодействий между ионом и частицами газа рядом исследователей предложен квантовомеханический подход по вычислению коэффициента подвижности [2].

Параллельно с развитием теоретической базы разрабатывались методы по измерению подвижности и дрейфовых скоростей. К началу 1960-х годов количество опубликованных в литературе методов достигло нескольких десятков. Описание большого их числа приводится в монографиях И. Мак-Даниеля, Э. Мэзона [3]иЛ. Леба[4].

В конце 1950-х годов Д. Лавлоком разработан детектор электронного захвата для газовой хроматографии [5]. Детектор электронного захвата представляет собой ячейку с двумя электродами, в которую поступает газ, прошедший через хроматографическую колонку. В камере газ облучается постоянным потоком Р-электронов, источником которых является один из электродов, изготовленный из титановой фольги с адсорбированным радиоактивным элементом. Важным результатом исследований Лавлока является установление прямой связи между составом пара образцов и ионов, созданных в Р-источнике. Сделанные Лавлоком выводы явились отправной точкой в создании спектрометра ионной подвижности. В 1965 - 1966 гг. в Технологическом институте штата Джорджия Д. Эл-бриттоном и Т. Миллером выполнена разработка масс-спектрометрической дрейфовой трубки для измерения скоростей дрейфа, коэффициентов диффузии и констант скоростей реакции (рисунок 1).

Подробное описание трубки приведено в ряде статей [6], [7] и монографии И. Мак-Даниеля и Э. Мэзона [4]. Указанная дрейфовая трубка работает в широком диапазоне давлений (от 0,025 до нескольких мм.рт.ст.). Повторяющиеся короткие импульсы первичных ионов формирует импульсный ионный источник с электронным пучком, расположенный на оси трубки в регулируемом положении, что позволяет настраивать длину дрейфа в диапазоне 1 - 44 см. Пространство дрейфа, в которое попадают ионы из ионного источника, ограничивалось системой из 14 охранных колец с внутренним диаметром 17,5 см. Охранные кольца в области движения ионного сгустка поддерживают аксиальное электрическое поле, однородное с точностью до долей процента. Керамические прокладки и шпильки разделяют охранные кольца и позволяют производить регулировку с точностью до нескольких десятых долей миллиметра. Все доступные для ионов поверхности подвергаются золочению для уменьшения поверхностных потенциалов. Через блок дифференциальной откачки трубка подключается к масс-спектрометру.

Несмотря на то, что цели Элбриттона и Миллера не имели прямого отношения к анализам, которые проводятся в современных спектрометрах ионной подвижности, конструкции их трубок дрейфа получили дальнейшее развитие, став основой технологии современной аналитической спектрометрии ионной подвижности.

Во второй половине 1960-х годов М. Коэном и его сотрудниками предложены и активно разрабатывались метод и аппаратура для характеристики газов по скорости дрейфа их ионов в электрическом поле при атмосферном давлении [8], которая на концептуальном уровне представляет собой объединение ионизационного детектора Лавлока и трубку дрейфа Элбриттона и Миллера. Впоследствии введением встречного буферного потока газа в область дрейфа со стороны детектора ионов было улучшено разрешение [9] и снижено влияние паров воды, содержащихся в образце, при разбавлении сухим рециркулирующим в системе воздухом [10]. Система прогрева ячейки дрейфа и нагрева газообразного образца по 14 зволила улучшить время отклика и снизить адсорбцию образца на стенках системы [11].

В ряде работ [12],[13], [14] продемонстрирована хорошая реакция на органические соединения и высокая чувствительность метода плазменной хроматографии. Под влиянием этих работ возрос интерес к методу как к аналитическому инструменту для проведения анализа. Разрабатываются первые лабораторные образцы приборов. Реверкомбом и Мэзоном опубликована обзорная статья [15], в которой изложены важные теоретические аспекты метода плазменной хроматографии (ранее название метода спектрометрии ионной подвижности).

Некоторые недостатки ранних систем устранены Баймом и Хиллом [16]. Во-первых, формированием однонаправленного потока газа, поступающего в ячейку дрейфа вблизи коллектора и выходящего в области ионизатора, в отличие от более ранних конструкций, в которых газовые потоки вводились с обеих сторон трубки дрейфа и формировались встречные потоки с выводом в области ионного затвора, сокращены эффекты «памяти». Во-вторых, разработкой и применением полностью закрытого типа трубки дрейфа, с изолирующими прокладками, обеспечивающими герметичность пространства области дрейфа, предотвращено проникновение частиц из основного корпуса прибора, уменьшено образование ионных кластеров в области дрейфа между ионами и нейтральными молекулами образца, что позволило достичь хорошей воспроизводимости спектров.

Дальнейшее развитие метода и преобразование лабораторной установки в портативный детектор инициировано вниманием военных учреждений США и Великобритании к методу. С 1965 по 1985 исследовательские программы военных и учреждений безопасности были направлены на разработку детектора для обнаружения отравляющих химических агентов в окружающей среде и приложены усилия по разработке детектора взрывчатых и наркотических веществ [17]. Эти разработки способствовали становлению спектрометрии ионной подвижности как современного аналитического метода.

Модель для математического анализа движения ионов в дрейфовой трубке

Используя соотношение (2.12), построим теоретический спектр ионов воздуха, наблюдаемый при анализе. В качестве входных данных модели возьмем параметры, используемые в эксперименте. Продольный и поперечный коэффициен-ты диффузии D = 0,2 см /с, радиус входного отверстия rBX = 17,5 мм, через которое ионы поступают в пространство дрейфа, радиус выходного отверстия rK = 17,5 мм, являющийся радиусом коллектора.

Данная математическая модель представляет простую модель для определения влияния различных физических и аппаратных факторов на характеристики спектрометра. Используя измеренные в эксперименте значения подвижности ионов, определяющих пик, и задавая значения напряженности электрического поля в области дрейфа ионов, получаем расчетный спектр первичных ионов воздуха для заданной геометрической системы с известными параметрами среды. Математическая модель для предсказания влияния различных факторов на характеристики аналитической ячейки спектрометра требует предварительной калибровки и сопоставления полученных при известных условиях экспериментальных результатов с расчетными данными. Сопоставление расчетных данных с экспериментальными результатами осуществляется подбором константы скорости потерь а и плотности мгновенного источника при заданных входных параметрах модели. Без учета коэффициента потерь ионов за счет химических реакций а в области дрейфа, математическая модель недостаточно согласуется с экспериментальными результатами (рисунок 2.1).

Зависимость интенсивности от напряженности электрического поля в пространстве дрейфа. Рассчитанные данные приведены без учета в модели коэффициента потерь а в области дрейфа

При плотности мгновенного источника s = 0,42052 см" и константах скорости потерь ионов за счет химических реакций а (таблица 2.1) происходит совпадение экспериментально измеренных и вычисленных по формуле (2.12) интенсивности пика и времени дрейфа ионного пакета с погрешностью не хуже 0,1 %. Поэтому целесообразно результаты моделирования представлять приведенными к экспериментально полученным данным.

В спектрах, построенных на основании математической модели (рисунок 2.2), ширина пиков на полувысоте меньше, чем в полученных экспериментально при тех же условиях, что вызвано отсутствием учета в модели времени формирования пакета ионов (длительности инжектирующего импульса).

Математическая модель позволяет определить влияние геометрических параметров и условий окружающей среды на аналитические характеристики аналитической ячейки.

Из расчетного спектра видно, что в пределах изменения напряженности электрического поля в области дрейфа в 3,66 раза время дрейфа пакета ионов с заданной подвижностью (К0 = 2,1 см /(В-с)) изменяется в 3,2 раза. Лучшее разрешение достигается при малых величинах напряженности электрического поля, а лучшая чувствительность при больших напряженностях поля. При увеличении напряженности в 3,66 раза интенсивность увеличивается более чем на порядок.

Большую роль в противопоставлении этим характеристикам играет рассеяние ионов с уменьшением их скорости движения. По-видимому, существенную роль играет нейтрализация ионов.

Зависимость параметров от конструкции Конструкция и параметры аналитической ячейки в целом и отдельных элементов в частности оказывает непосредственное влияние на аналитические характеристики спектрометра.

На рисунке 2.3 приведена зависимость интенсивности детектируемого пика от напряженности электрического поля при различных радиусах коллектора. На рисунке 2.4 приведена зависимость отношения рассчитанного значения к экспериментально измеренному значению интенсивности ионного пика от напряженности электрического поля в области дрейфа.

На рисунке 2.5 приведена зависимость интенсивности детектируемого пика от напряженности электрического поля в пространстве дрейфа при различных значениях поверхностной плотности ионов. Поверхностная плотность ионов характеризует монослой ионов, инжектируемых в пространство дрейфа. Увеличение поверхностной плотности соответствует увеличению количества ионов, поступающих в пространство дрейфа, что приводит к росту интенсивности детектируемого пика. С увеличением поверхностной плотности ионов наблюдается линейный рост интенсивности (рисунок 2.6).

Аналитическая ячейка спектрометра содержит последовательно расположенные ионный источник, ионный затвор, систему дрейфовых электродов, выполненных в виде совокупности механически соединенных друг с другом идентичных колец, образующих дрейфовое пространство с однородным электрическим полем, и детектор ионов. Ионный источник выполнен в виде источника ионов на основе коронного разряда. Управляемый сеточный затвор размещается на входе дрейфового пространства. Образованные ионы под действием электрического поля дрейфуют к детектору. Величина и распределение поля в аналитической ячейке существенно влияют на характеристики устройства.

Компьютерное моделирование поля выполнено в аналитической ячейке цилиндрической формы спектрометра ионной подвижности для трех различных типов ионных затворов. Первый тип: ионный затвор, образованный сеткой и охранным электродом, расположенным перед сеткой (рисунок 2.9,а). Второй тип: затвор, представляющий собой два изолированных друг от друга набора параллельных проволочек, расположенных в одной плоскости (рисунок 2.9,6). Третий тип: двойной сеточный затвор - два параллельных сеточных электрода, расположенных напротив друг друга на расстоянии 2 мм (рисунок 2.9,в). Введем условные обозначения для затворов: первый тип - СЭ (затвор сетка-электрод), второй тип -БН (затвор типа Бредбери-Нильсена), третий тип - ДС (затвор двухсеточный). Ионный затвор может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. В закрытом состоянии между электродами затвора приложено запирающее напряжение, препятствующее прохождению ионов. Когда потенциалы электродов одинаковы, затвор открыт.

Аналитическая ячейка спектрометра ионной подвижности

В дрейфовой трубке происходит разделение ионов по скорости дрейфа через рабочий газ. Конструктивно дрейфовая трубка может быть выполнена в виде монолитной трубы или в виде совокупности идентичных колец, соединенных механическим путем, например посредством стягивания в пакет с помощью пластин и шпилек.

Разработанная дрейфовая трубка представляет собой систему чередующихся металлических охранных электродов и диэлектрических кольцевых вставок, образующих замкнутое пространство дрейфа. Внутренний диаметр охранных электродов и диэлектрических вставок, определяющий диаметр дрейфовой области, одинаков и составляет 49 мм. Внешний диаметр диэлектрических кольцевых вставок, выполненных из текстолита, больше, что позволяет предотвратить токи утечки. Через делитель напряжения на охранные электроды подаются соответствующие потенциалы, обеспечивающие в пространстве дрейфа однородное электрическое поле. Для достижения большей однородности электрического ПОЛЯ в пространстве дрейфа соблюдается соосность охранных электродов. Соблюдение данного требования достигается конструкцией электродов и технологией сборки.

Сборка осуществляется на закрепленном основании, на котором диаметрально установлены четыре направляющих стержня. Расстояние между противоположными стержнями равняется внешнему диаметру диэлектрических кольцевых вставок. На основание закрепляется с помощью направляющих стержней основание аналитической ячейки со смонтированным на нем электрометрическим усилителем с коллектором. Далее устанавливается экран электрометрического усилителя. На экран усилителя через диэлектрическую прокладку размещается апертурная сетка. Затем чередуются диэлектрические вставки и металлические охранные электроды. Последовательность завершается диэлектрической вставкой, поверх которой устанавливается сеточный ионный затвор. Конструкция замыкается диэлектрическим диском и стягивается системой шпилек.

Дрейфовая трубка, выполненная в виде совокупности чередующихся металлических и диэлектрических колец, представляет собой относительно простой и доступный инструмент для разделения ионов и исследования времени дрейфа. Однако указанная конструкция обеспечивает только псевдолинейный характер распределения поля в дрейфовом пространстве. Как известно, что для получения максимальной разрешающей способности спектрометра распределение электрического поля в дрейфовом пространстве должно быть максимально линейным и однородным. Нами разработан дрейфовый электрод, выполненный из высокоом-ного материала с удельным электрическим сопротивлением, находящимся в диапазоне от (0,3 - 2,0)-104 Ом-м. При такой величине удельного электрического сопротивления дрейфового электрода распределение эквипотенциалей электрического поля будет более однородным. В качестве высокоомного материала дрейфового электрода могут использоваться сложные окислы переходных металлов: железа, никеля, кобальта, полупроводниковые ферриты. Торцы дрейфового электрода металлизированы, и к ним подсоединены выводы источника дрейфового напряжения.

Осаждение заряженных и нейтральных частиц в пространстве дрейфа на стенках дрейфовых электродов является нежелательным явлением, поскольку может привести вследствие эффекта зарядки к образованию локальных электрических полей, распределенных в пространстве случайным образом, и, как следствие, к искажению силовых линий электрического поля в пространстве дрейфа. Фокусирование ионов в приосевую область дрейфовой трубки за счет выбора конструкции источника с коронным разрядом и ионного затвора позволяет существенно уменьшить вероятность такого осаждения ионов в пространстве дрейфа. Разработана конструкция сеточного ионного затвора, которому придана форма сегмента полусферы. Сеточный затвор обращен своей выпуклой поверхностью к источнику ионов. Сеточный затвор выполняется из материалов, устойчивых к окислению и обладающих минимальным коэффициентом химического распыления, например, молибдена, никеля, хрома.

Ионный затвор предназначен для порционного ввода ионов в пространство дрейфа на анализ, задания времени формирования ионного пакета и влияет на разброс времени старта ионов в дрейфовом пространстве, что оказывает прямое влияние на аналитические характеристики спектрометра. Затвор располагается между ионным источником и системой дрейфовых электродов.

Разработанный ионный затвор представляет собой установленные на расстоянии 10 мм от вершины острийного электрода два сеточных электрода, отстоящих на 10 мм друг от друга и перпендикулярных направлению дрейфа ионов. Апертура ячеек сетки составляет 0,8 мм. Сетки электрически соединены через резистор R, обеспечивающий создание ускоряющего потенциала. Параллельно резистору включена шунтирующая цепь, работающая в ключевом режиме. В предложенном в данной работе затворе в замкнутом состоянии ключа резистор шунтирован и в области между сетками отсутствует ускоряющее для ионов электрическое поле. Ближайшая к ионному источнику сетка находится под постоянным потенциалом. При равенстве потенциалов на сетках в области ионного затвора отсутствует электрическое поле, и ионы движутся под действием диффузии. Одновременно с этим протекают реакции химической ионизации между первичными ионами и молекулами аналита, поступающими в затворную область. На короткий промежуток ( 1 мс) времени ключ размыкается и в области ионного затвора создается тянущее электрическое поле, величина которого определяется номиналом резистора R. Под действием ускоряющего поля ионы поступают в область дрейфа. Управление ионным затвором осуществляется через гальваническую развязку с ПК. Реализованная система управления позволяет задавать время формирования ионного пакета, интервал между инжекциями, разность потенциалов, прикладываемую между электродами затвора.

Исследование спектров набора тестовых химических соединений спектрометром с двухсеточным ионным затвором

В открытом состоянии затвора ионы приобретают скорость, направленную перпендикулярно плоскости сеток, значение которой определяется величиной напряженности приложенного электрического поля и подвижностью ионов. Если допустить, что ионы распределены равномерно в области затвора, то повышение величины напряженности прикладываемого электрического поля или продолжительности его действия на ионы (т.е. длительности инжектирующего импульса) должно привести к росту инжектируемого количества ионов в область дрейфа. Ширина инжектируемого ионного слоя / пропорциональна величине напряженности прикладываемого электрического поля Е, длительности его воздействия t и коэффициенту подвижности инжектируемых ионов К (формула 4.1):

Варьируя величину напряженности электрического поля и время его приложения можно регулировать ширину инжектируемого в пространство дрейфа облака ионов. Логично предположить, что с увеличением указанных величин наступит момент, когда ион за время инжекции сможет пройти путь равный межсеточному расстоянию. В этом случае должен установиться постоянный ионный сигнал, определяемый током, даваемым ионным источником.

Опираясь на вышесказанное, следует отметить, что инжекция ионов в область дрейфа осуществляется облаком в виде диска или цилиндра, с диаметром равным диаметру входной сетки и шириной, определяемой выражением (4.1). Ширина инжектируемого слоя является одни из основных факторов, определяющих разрешение спектрометра.

Для двух значений межсеточного расстояния (10 мм и 20 мм) экспериментально исследовано влияние величины напряженности электрического поля в области ионного затвора на интенсивность пика ионного тока и уровень фонового сигнала спектра при постоянной длительности инжектирующего импульса. Эксперимент показал, что фоновый сигнал, присутствующий в спектре, практически не зависит от ширины инжектируемого слоя (для набора измерений максимальное отклонение от среднего значения составило не более 10%). В случае межсеточного расстояния равного 10 мм с ростом значения напряженности поля в области ионного затвора происходит рост интенсивности пика первичных ионов воздуха до достижения насыщения. Опыт показал, что насыщение наступает при глубине изъятия ионов (ширине инжектируемого слоя), равной межсеточному расстоянию. При увеличении межсеточного расстояния до 20 мм при разности потенциалов, соответствующей насыщению в первом случае, насыщения не наблюдается. Расчет показал, что в данном случае глубина изъятия ионов меньше межсеточного расстояния.

Исследуем зависимость интенсивности пика первичных ионов для случая изменения величин, определяющих глубину забора ионов на анализ. На рисунке 4.2 приведена экспериментально измеренная зависимость интенсивности детектируемого ионного пика от ширины инжектируемого из межсеточного пространства ионного затвора в пространство дрейфа ионного облака при различных параметрах, определяющих ширину слоя. По оси абсцисс отложена относительная ширина инжектируемого ионного пакета (отношение ширины инжектируемого ионного пакета к межсеточному расстоянию). В первом случае постоянной величиной остается напряженность электрического поля в области ионного затвора, а регулируемой величиной является длительность импульса инжекции (кривая 1 рисунка 4.2). Во втором случае при постоянной длительности импульса инжекции исследовано влияние ширины инжектируемого слоя, определяемой величиной напряженности электрического поля в области ионного затвора, на интенсивность детектируемого ионного пика (кривая 2 рисунка 4.2).

Анализ полученных экспериментальных результатов позволяет сделать ряд выводов. При достижении равенства ширины инжектируемого ионного слоя и межсеточного расстояния устанавливается постоянный ионный сигнал, определяемый током ионного источника. Разрешение и интенсивность детектируемого ионного пика определяются шириной инжектируемого слоя вне зависимости от факторов её определяющих. На основании зависимости ширины инжектируемого слоя от подвижности ионов следует, что для каждого компонента смеси ширина инжектируемого слоя варьируется. Суммарная ширина слоя определяется суперпозицией слоев.

Относительная ширина инжектируемого слоя Рисунок 4.2 - Зависимость интенсивности пика ионов, детектируемых коллектором, от глубины изъятия ионного облака (ширины инжектируемого слоя) из межсеточного пространства ионного затвора: 1 - изменение ширины инжектируемого слоя при изменении длительности импульса t в диапазоне 600 - 3000 мкс, 2 - при изменении прикладываемого напряжения инжекции

Из результатов следует, что на разрешение спектрометра длительность импульса инжекции оказывает влияние опосредовано через ширину инжектируемого слоя. Поэтому в дальнейшем, при исследовании влияния длительности импульса или напряженности поля в области затвора на аналитические характеристики, будем говорить, прежде всего, о ширине инжектируемого слоя.

Влияние величины тока коронного разряда на аналитические характеристики спектрометра Величина тока коронного разряда определяет количество первичных ионов, образуемых в ионном источнике и в дальнейшем принимающих участие в реакциях химической ионизации, и, соответственно, влияет на интенсивность детек 89 тируемого пика и чувствительность прибора. Ток коронного разряда определяется геометрией ионизатора и прикладываемым к электродам напряжением разряда. Спектр ионов в атмосфере воздуха при изменении тока коронного разряда ионного источника в диапазоне 1-33 мкА представлен на рисунке 4.3.