磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)是根據(jù)離子在垂直于直流磁場(chǎng)的平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同質(zhì)荷比的離子有不同的偏轉(zhuǎn)半徑原理來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離的。

用于真空分析的磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的體積較小，它和同位素分析、化學(xué)分析等磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的差異不大，僅在真空性能和某些結(jié)構(gòu)方式上有所改進(jìn)。真空磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)通常采用60‘、900、180。三種偏轉(zhuǎn)角的分析器。
 

現(xiàn)以180度偏轉(zhuǎn)角的質(zhì)譜計(jì)為例，介紹這類(lèi)質(zhì)譜計(jì)的工作原理。圖12-20為質(zhì)譜計(jì)的示意圖。當(dāng)質(zhì)荷比為m／e的離子從離子源中引出后，經(jīng)加速電壓U的加速以速度鉚進(jìn)入分析器，此時(shí)，離子的速度和加速電壓間的關(guān)系可寫(xiě)作
 

又因離子在垂直于直流磁場(chǎng)的平面中，是作半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，故離子受到的作用力是和磁場(chǎng)對(duì)它的作用力相等的



將式(12-12)代入式(12--13)可得磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的基本方程

式中R-離子偏轉(zhuǎn)半徑[cm]；

M-單電荷離子的質(zhì)量數(shù)[u]；

U-離子加速電壓[V]；

B-磁感應(yīng)強(qiáng)度[T]。

從式(12-15)可以看到，在離子加速電壓和磁場(chǎng)強(qiáng)度保持不變的情況下，一定質(zhì)量的離子具有一定的偏轉(zhuǎn)半徑。由于質(zhì)譜計(jì)出口縫隙很窄，當(dāng)某一質(zhì)量的離子通過(guò)縫隙被離子檢測(cè)器接收到時(shí)，其它質(zhì)量的離子則不能通過(guò)此縫隙。因此，可保持磁場(chǎng)恒定，用連續(xù)掃描離子加速電壓的方法，在離子檢測(cè)器上收集不同質(zhì)量的離子，得到完整的質(zhì)譜。也可保持離子加速電壓的不變，用掃描磁場(chǎng)的方法來(lái)獲得質(zhì)譜。為了使質(zhì)譜計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，真空分析磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)通常采用掃描離子加速電壓的方式，其磁場(chǎng)用永久磁鐵產(chǎn)生。

磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的分辨本領(lǐng)表達(dá)式為

磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；質(zhì)譜峰形好，質(zhì)量歧視?。粚?duì)污染不敏感；易于定量分析；儀器的分辨本領(lǐng)較好，采用電子信增器后可獲得很高的靈敏度（180度磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)因受結(jié)構(gòu)限制，無(wú)法使用電子倍增器）。

磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的缺點(diǎn)是：需用磁鐵；烘烤后重新安裝磁鐵時(shí)要調(diào)整參數(shù)；質(zhì)量掃描速度低（磁場(chǎng)掃描方式）；質(zhì)譜計(jì)不能作成裸規(guī)形式，不能作真空中的原位置測(cè)量。

真空分析磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)的歷史大致是從1940年尼爾研制成偏轉(zhuǎn)半徑為15cm的磁質(zhì)譜計(jì)開(kāi)始的。該質(zhì)譜計(jì)是按電子管的工藝原則設(shè)計(jì)的，故能經(jīng)受烘烤，從而獲得很低的本底壓力。雷諾(Reynold)于1956年制成了一個(gè)能烘烤的玻璃外殼的質(zhì)譜計(jì)，儀器的分壓力測(cè)量極限為10^ -10Pa，分辨本領(lǐng)為130。此后，有人將這種質(zhì)譜計(jì)的玻殼材料改為硅鋁玻璃，使得儀器的氦滲透率比用派列克斯玻殼時(shí)低10^4倍。

1960年戴維斯等人制成了一種900偏轉(zhuǎn)角的小型儀器，其偏轉(zhuǎn)半徑為Scm，總長(zhǎng)25cm～30cm，結(jié)構(gòu)牢固，性能指標(biāo)較高，特別適合于超高真空殘氣分析。圖12-21為該儀器的示意圖。它采用電子碰撞式離子源和一個(gè)10級(jí)的銀一鎂打拿極電子倍增器。在1mA發(fā)射電流下，不加倍增器能測(cè)量10-8Pa的分壓力。使用電子倍增器時(shí)可測(cè)量10^ -1lPa的分壓力。如將倍增器置于液氮中冷卻，則因噪聲的降低，玎測(cè)量出10 ^-13Pa數(shù)量級(jí)的分壓力。儀器的常用分辨本領(lǐng)為40左右，z*大分辨本領(lǐng)可達(dá)100—150。使用倍增器時(shí)的質(zhì)量掃描速度為1.5ys/u，并能用電子示波器顯示。

文獻(xiàn)[238]介紹了一種偏轉(zhuǎn)半徑為1cm的180。偏轉(zhuǎn)角的磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)。這種儀器性能穩(wěn)定，經(jīng)校準(zhǔn)后可用作分壓力計(jì)。它的z*小可檢分壓力為10^-9Pa。文獻(xiàn)[239]報(bào)道了用英國(guó)Vacuum Generators公司制造的Micromass-lA型1800磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)分析機(jī)械真空泵、離子泵真空系統(tǒng)的殘氣譜。

值得重視的是，有文獻(xiàn)報(bào)道了一臺(tái)偏轉(zhuǎn)半徑為100mm、偏轉(zhuǎn)角為909的可烘烤全金屬磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)。它利用重復(fù)多道標(biāo)度的質(zhì)量掃描方式，分析了4×10^ -9Pa下的10^ -14 Pa數(shù)量級(jí)的分壓力。儀器采用金屬網(wǎng)做成的尼爾源，它能用電子轟擊徹底除氣。電子發(fā)射體為敷釷陰極。離子檢測(cè)器是12級(jí)艾倫型鈹—銅電子倍增器。儀器的分辨本領(lǐng)為140。

為了檢測(cè)10^ -14Pa數(shù)量級(jí)的分壓力，儀器需測(cè)量10^ - 20A數(shù)量級(jí)的離子流。這對(duì)直流檢測(cè)方式來(lái)說(shuō)是極為困難的。因?yàn)榇藭r(shí)離子流的統(tǒng)計(jì)噪聲是測(cè)量精度的主要限制。如用一般的離子計(jì)數(shù)技術(shù)，則受電子倍增器的增益漂移和脈沖高度鑒別電平的漂移所引起的計(jì)數(shù)率起伏的干擾。重復(fù)多道標(biāo)度的虞量掃描方式是消除這種困難的有效方法。它使離子計(jì)數(shù)率起伏對(duì)質(zhì)譜線的影響減到z*小限度，這時(shí)有偶然噪聲脈沖所產(chǎn)生的偽峰是很容易被識(shí)別和排除的。圖12-22給出重復(fù)多道標(biāo)度測(cè)量方式的電子線路方框圖。
 

儀器所用電子倍增器的增益為10^6。它和一個(gè)等效噪聲電荷為500個(gè)電子數(shù)的電荷靈敏前置放大器相連。為了獲得z*大的信噪比，主放大器的成形時(shí)間一般在2pLs左右，脈沖高度甄別閾設(shè)置在相當(dāng)于前置放大器的輸入為5×10^3個(gè)電子、噪聲計(jì)數(shù)率為小于每秒一個(gè)計(jì)數(shù)處。電子倍增器的輸出是用精密水銀脈沖器校準(zhǔn)過(guò)的。

電子線路的存儲(chǔ)系統(tǒng)有4096個(gè)通道，其容量為10^6。多道標(biāo)度方式的z*大脈沖輸入率為10M，內(nèi)部定時(shí)在10pLs—0.9s范圍內(nèi)可調(diào)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可由打印機(jī)或X-y記錄儀讀出。分析器的磁鐵電流是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電位器來(lái)掃描的。掃描間隔在Smin～120min內(nèi)可調(diào)。多道標(biāo)度的啟動(dòng)是由掃描器的自動(dòng)返轉(zhuǎn)信號(hào)來(lái)觸發(fā)的。存儲(chǔ)規(guī)模和記憶閉鎖時(shí)間選擇在下次掃描返回以前提前停止。為了防止累計(jì)計(jì)數(shù)時(shí)間改變，茌等待間隔中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可局部地被打印出來(lái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在兩星期內(nèi)對(duì)氮峰所作的100次測(cè)量中，氮峰寬度的變化僅為0.3u。圖12-23給出了4×10^ -9Pa時(shí)的殘氣譜。