Способ масс-спектрометрического определения состава газовой смеси

 

Использование: изобретение относится к аналитической химии и может быть применено для контроля газовой среды активных элементов лазеров, в микроэлектронике и там, где необходим чувствительный и точный контроль состава газа при его ограниченном количестве, идущем на анализ . Использование изобретения позволяет уменьшить количество исследуемого газа, идущего на анализ, повысить чувствительность и точность и Информативность за счет более полного использования смеси, подвергаемой анализу. Сущность изобретения: в начальный период напуска газа в ионный источник интенсифицируют его поток путем увеличения количества отверстий в диафрагме напуска, многократно производят развертку масс-спектров, при регистрации масс-спектров регистрируют время появления каждого пика, экстраполируют величины интенсивноетей ионных токов каждого компонента к моменту напуска, на основании зависимости величин потока каждого компонента при напуске от времени по экспоненциальному закону и по величине средних ионных токов каждого компонента, соответствующих моменту напуска, судят о составе газовой смеси. 3 ил. i $.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s Н 01 J 49/26

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843898/21 (22) 10.04.90 (46) 30.07.93. Бюл. М 28 (71) Отделение физико-химии и технологии горючих ископаемых института физической химии им. Л.В.Писаржевского (72) Г.Х.Чеджемов и Л;В. Кочан (56) Барнард Дж. Современная масс-спектрометрия. Изд-во Иностранная литература..

M.. 1957, с. 100, 119. 120.

2. Ноп19 Р.Е., Абаз Вон 1a the Massspectrometer. J. of Appt. Phys., v.16, 1945, Nov„p. 646 654. (54) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СМЕСИ (57) Использование: изобретение относится к аналитической химии и может быть применено для контроля тазовой среды активных элементов лазеров, Ь микроэлектронике и там, где необходим чувствительный и точный контроль состава газа при его

Изобретение относится к аналитической химии и, в частности, к масс-спектрометрическому анализу состава газов.

Изобретение может. быть использовано для контроля газовой среды активных элементов лазеров, для контроля газов в микроэлектронике и особенно там, где необходим чувствительный и точный контроль состава газа при его ограниченном количестве идущем на анализ.

Таким образом, целью изобретения является уменьшение количества исследуемого газа и повышение чувствительности, „„5U „„1830556 А1 ограниченном количестве, идущем на анализ. Использование изобретения позволяет уменьшить количество исследуемого газа, идущего на анализ, повысить чувствительность и точность и информативность за счет более полного использования смеси, подвергаемой анализу. Сущность изобретения: в начальный период напуска газа в ионный источник интенсифицируют его поток путем увеличения количества отверстий в диафрагме напуска, многократно производят развертку масс-спектров, при регистрации масс-спектров регистрирую время появления каждого пика, экстраполируют величи- . ны интенсивностей ионных токов каждого компонента к моменту напуска, на основании зависимости величин потока каждого компонента при напуске от времени по экспоненциальному закону и по величине сред.них ионных токов каждого компонента, соответствующих моменту напуска, судят о составе газовой смеси. 3 ил. точности и информативности эа счет более полного использования исследуемой смеси.

Изобретение будет понятно из следующего примера: анализируемый газ (смесь гелий-3 неон-20) в количестве

3,95 .102 м Па из резервуара напуска обьемом 1 10 м молекулярным потоком через диафрагму напуска, в виде золотой фольги толщиной 3 . 10 м с 48-ю отверсти-5 ями диаметром 6. 106 м подавался в ионный источник масс-спектрометра МХ1321.

Многократно (6 раз) регистрировались масс-спектры с точной фиксацией времени появления каждого из пиков (каждой компо1830556 ненты), прошедшего с момента пуска газа в ионный источник, Результаты приведены в табл.1, Величины F/V, необходимые для экстраполяции, были найдены по спадам ионных токов компонент без применения развертки. Для гелия-3 F/V=3,8833 10 4 с 1, э для неона-20 F/V=1,5040 10 с . Как видно, величина (Р/Ч V и для гелия-3 и для неона-20 равна 6 7261 10 4 с .

Результаты экстраполяции интенсивностей каждого из пиков (ионных токов, табл.1) и результаты статистической обработки приведены в табл. 2.

Таким образом, было получено отноше-. ние ионного тока гелия-3 к ионному току неона-20, равное 7,2716. Для нахождения отношения парциальных давлений компонент смеси необходимо это отношение умножить на коэффициент относительной чувствительности (КОЧ) масс-спектрометра для этих. компонент, Результаты этого анализа для наглядности представлены в виде графиков: для гелия-3 на фиг.1 и для неона-20 на фиг.2, где показано изменение интенсивности пиков (ионных токов) компонент в процессе напуска газа (при шести развертках масс-спектра) и кривые экстраполяции интенсивности каждого из пиков к моменту пуска газа s ионный источник. Масштабы по оси времени для обоих графиков одни и te же. 8 ðå.эльном представлении графики должны быть совмещены, но из-за большого различия в интенсивностях пиков гелия-3 и неона-20 они приведены раздельно, при этом масштабы по оси интенсивности ионного тока взяты различными.

Для контроля воспроизводимости и точности способа были проделаны в течение недели на масс-спектрометре МХ1321 анализы той же смеси гелий-3+неон-20, В каждом эксперименте было использовано одно и то же количество смеси газа равное

3,95 . 10 м Па. Получение отношения ионного тока гелия-3 к ионному току неона-20 и среднее значение приведены в табл.З.

Второй пример использования изобретения заключался. в следующем. При том же объеме резервуара напуска, что и в первом примере, проводимость отверстий диафрагмы напуска (их число) была увеличена так, что для гелия-3 F/× было равно 6,798 10 с и для неона-20

F/×=2,634 10 с 1. Газ (смесь гелий-3+неон-20) в количестве 6,59 10 з м Па (т.е. в 6 рэз меньшем, чем в первом примере) подавался из резервуара напуска в ионный источник, Результаты анализа и экстраполяции интенсивностей каждого из пиков (ионных токов) компонент и статистической обработки приведены в табл. 4.

В результате получено отношение ионного тока гелия-3 к ионному току неона-20, равное 8,8070. Гаэ был взят из другого баллона, чем в первом примере.

Результаты этого анализа также представлены в виде графика на фиг,З, где пока10 зано изменение интенсивности пиков (ионных токов) компонент в процессе напуска газа (при шести развертках масс-спектра) и кривые экстраполяции ионных токов гелия-3 и неона-20 к моменту пуска газа в

15 ионный источник, Как видно из сравнения результатов . первого и второго примеров анализа газов при одном и том же объеме резервуара напуска, но при увеличении проводимости от20 верстий диафрагмы в 17,51 раза позволило уменьшить количество газа для анализа в 6 раз при сохранении точности анализа.

Преимущество предложенного способа может быть также понято из следующего

25 сопоставления. 8 приведенных экспериментах при точности анализа примерно в

1 $ (включающей погрешности за счет самого масс-спектрометра, системы регистрации ионных токов и т.п.) для получения

30 информации о составе газовой смеси полез.но (информативно) использовано 42 j(, и

87,4 гелия-3 и 14,57ь и 567 неона-20, соответственно в первом и втором примерах, от взятого для анализа количества газа, в то

Ç5 время как по прототипу при погрешности в

1 только за счет спада давления (без погрешности самих измерений) используется только 17 газа, а основная его часть (997) выбрасывается.

Использование изобретения позволяет проводить определения состава rasoaoA смеси с высокой точностью при малых кОличествах газа идущего на анализ.

Ф ор мул а изобретения

45 Способ масс-спектрометрического определения состава газовой смеси, по которому осуществляют напуск исследуемой смеси в ионный. источник в молекулярном режиме через диафрагму с отверстиями, 50 разделение ионов по отношению массы к заряду и регистрацию масс-спектра, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью уменьшения количества исследуемого газа и повышения чувствительности, точности и информативности путем более полного использования исследуемой смеси, интенсифицируют поток газа в ионный. источник в начальный период нэпускэ путем увеличения количества отверстий в диафрагме, многократно производят развертку масс-спектров, при

1830556

Таблица 1 регистрации масс-спектров дополнительно регистрируют время появления каждого ника, экстраполируют величины интенсивностей ионных токов каждого компонента к моменту напуска на основании зависимости величин потока каждого компонента при напуске от времени по закону:

l ! о1 1)че vVl, где ) — индекс компонента смеси;

f — номер масс-спектра;

4) — величина ионного тока )-го компонента, соответствующего моменту пуска газа в ионный источник, А;

Ijll — величина ионного тока )-го компонента в момент времени ti (момент регистрации), А; е — основание натуральных логарифмов;

F — проводимость отверстий диафрагмы для j-го компонента, м lc; при этОм Ft +=Fg =...=Fj Vg coflst, 5. где М вЂ” массовое число атома (молекулы) соответствующего j-ro компонента;

ti — время с момента пуска газа в ионный источник до момента регистрации ионного тока j-ro компонента i-ro масс10 спектра, с;

V — объем резервуара напуска, м, э и по величине средних ионных токов каждого компонента, соответствующих моменту напуска, судят о составе газовой

15 смеси.

1830556

Таблица 2 Значения отброшены при стат, обработке по t-критерию при а=95ф,, Табл ица 3

1830556

Таблица 4

*Значение отброшенное при стат, обработке по t-критерию при a=95 .

1, . рХ, 1, 1

Э с

3 BN ф 2ЙЮ

Ф

3 Ng . 98800

%Ъ

1:. ЯЮ

55 2/5 9У5 5У5 775 935

Время с тнеива начатка капуска (cl

Фиг. 3

1830556

262

lpga

2," а (Ю ф

5РО

М ф 2Ю

Q ф ЛР Я о И 945 (с1

/ОО Л9 ЯОО

Времй сйаменва начава налуска Ы

Фиг. 3.

Составитель Г. Чеджемов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Филь

Редактор С. Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2524 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Рэушская наб., 4/5