МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ИОННЫХ ТОКОВ

Исторически первым способом регистрации ионных токов был фотографический. Фотопластинка устанавливается в фокальной плоскости, и все ионные пучки (весь масс-спектр) регистрируются одновременно. Точность измерения интенсивностей ионных пучков не очень высока.

Чаще в масс-спектрометрах используют электрические способы регистрации ионных токов. Для этих целей используют, например, цилиндр Фарадея. Попадая на металлический коллектор ионы разряжаются, и заряды стекают на землю по высокоомному сопротивлению, создавая в нем ток. Этот ток усиливается электрометрическим усилителем.

Чувствительность этого устройства может достигать 10^-15 – 10^-16 А. Однако высокое входное сопротивление такого усилителя (около 10¹¹ Ом и более) даже при очень малой входной емкости коллектора (10^-11 Ф) делает его весьма инерционным (постоянная времени RC ~ 1с), и запись масс-спектра становится длительным процессом.

В современных масс-спектрометрах в качестве коллектора обычно используют катод вторично-электронного умножителя. Попадая на этот катод, каждый ион выбивает из него один-два и более электронов. Эти электроны ускоряются и, бомбардируя следующий электрод (динод) умножителя, выбивают из него следующий каскад электронов. При этом, каждый из падающих на динод электронов вновь выбьет более одного электрона. Многократное повторение этого процесса в умножителе дискретного динодного типа приводит, в конечном счете, к лавинообразному возрастанию эмиссии электронов, т.е. позволяет быстро усилить первоначальный ионный ток в 10⁶ – 10¹⁰ раз. Помимо дискретного существуют также умножители непрерывного динодного типа.

После такого усиления входное сопротивление последующего электрометрического усилителя можно уменьшить до 10⁷ Ом, и постоянная времени регистрирующего устройства снижается до 10^-4 с. Предел детектирования уменьшается до 10^-18 А, а в режиме счета ионов - до 10^-22 А и менее.

Масс-спектр в виде выходного сигнала с обычного электрометрического усилителя регистрируется самописцем, осциллографом или ЭВМ через АЦП (сигнал оцифровывается аналого-цифровым преобразователем и записывается в память ЭВМ.