飛行時(shí)問質(zhì)譜計(jì)是根據(jù)所謂“渡越時(shí)間”的原理進(jìn)行質(zhì)量分離的。儀器由離子源、無場(chǎng)漂移管、電子倍增器以及相應(yīng)的測(cè)量與控制電路所組成。從圖12-26可以看出，由陰極F發(fā)出的電子，受到電離室A上的正電位的加速，以很窄的束通過電離室到達(dá)電子收集極P。在通常的本迪克(Bendix)飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)中，電子束在平時(shí)是處于截止?fàn)顟B(tài)的；工作時(shí)，將一個(gè)寬度很窄的(約0.25us)正脈沖加到控制柵上，把電子束引入電離室，使氣體分子電離，電子束的能量在0～100eV內(nèi)可調(diào)；緊接電子柬脈沖消退后不久，在聚焦柵G1上加上一個(gè)約270V的負(fù)脈沖（寬度約為2.5爐），把離子引出電離室A，進(jìn)入加速區(qū)；加速柵G2上是施加2.8kV的負(fù)高壓U，它使離子加速以速度刁飛越長度為L的無場(chǎng)漂移管，z*后到達(dá)離子檢測(cè)管一電子倍增器C。

如果位于漂移管的啟始端的不同質(zhì)量的離子群均具有相同的能量，那么，不同質(zhì)量的離子將在漂移管內(nèi)按其質(zhì)量分成若干小群。輕質(zhì)量離子的速度較快，先到達(dá)離子檢測(cè)器，重質(zhì)量離子的速度較慢，后到達(dá)離子檢測(cè)器；測(cè)出這些離子到達(dá)離子檢測(cè)器的時(shí)間，就可得到一個(gè)完整的質(zhì)譜。上述過程可以重復(fù)進(jìn)行，重復(fù)頻率可達(dá)數(shù)十kHz。也就是說，這種儀器可以在幾十微秒內(nèi)記錄一組質(zhì)譜。
 

除了按很高的重復(fù)頻率記錄整個(gè)質(zhì)譜外，儀器還可采用選峰掃描方式。此時(shí)，要求離子檢測(cè)器具有多路輸出能力，本迪克磁式連續(xù)打拿極倍增器就具有這種功能。這種倍增器可以有六個(gè)模擬門，如果在門電極上加一個(gè)負(fù)電壓脈沖，就可收集到質(zhì)譜信號(hào)的脈沖電流，并可將其按模擬形式輸出到記錄儀上。這樣就可實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)控質(zhì)譜中所感興趣的六個(gè)峰。

在推導(dǎo)飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)的基本公式時(shí)，通常假定：離子源中的離子都是在同一個(gè)平面上產(chǎn)生的；各種離子的初始動(dòng)能均為零。這樣，離子加速后的動(dòng)能關(guān)系式可寫成
 

以上參數(shù)的量綱采用靜電單位制時(shí)，離子的飛行速度和飛越時(shí)間的單位分別為cm/s和s。

從以上關(guān)系式可看出，當(dāng)漂移管的長度和離子加速電壓一定時(shí)，離子在漂移管中的渡越時(shí)間僅與它的質(zhì)荷比有關(guān)。對(duì)于兩種具有相同電荷量的質(zhì)量分別為mi和優(yōu)2的離子，它們?cè)谄乒苤械亩稍綍r(shí)間差是與L成正比。這種儀器的分辨本領(lǐng)公式可表達(dá)為

式中  ￡——離子飛越漂移管的飛行時(shí)間[s]；

At-質(zhì)量為優(yōu)的離子群在記錄儀器上所產(chǎn)生的時(shí)間分散[s]。

飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不需要磁鐵；反應(yīng)和記錄速度快，能在數(shù)十微秒內(nèi)記錄一組質(zhì)譜；靈敏度高；能在較高的壓力下工作。

其缺點(diǎn)為：儀器體積較大；測(cè)量與控制電路復(fù)雜。

飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)的工作原理是于1946年提出的0 1948年制成的離子速度器雖然離子漂移管長達(dá)3m，但其分辨本領(lǐng)卻只有3。經(jīng)沃爾夫(Wolff)等改進(jìn)后，儀器的分辨本領(lǐng)增加到10～20。為了進(jìn)一步改善分辨本領(lǐng)，文獻(xiàn)[250]提出的辦法是，在離子收集極前加一個(gè)柵極，并施加一個(gè)延遲脈沖，用改變延遲時(shí)間的方法掃描譜線，這樣使儀器的分辨本領(lǐng)達(dá)到了75。

儀器的進(jìn)一步發(fā)展是雙場(chǎng)離子源（圖12-13）的出現(xiàn)，它使電離區(qū)內(nèi)不同地點(diǎn)生成的同類離子能同時(shí)到達(dá)收集極。采用雙場(chǎng)源后，威利(Wiley)等在一個(gè)漂移管長度為100cm的儀器中，將分辨本領(lǐng)提高到200～500。另一個(gè)進(jìn)展是1961年美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室提出的改進(jìn)型連續(xù)式離子源(圖12-14)。這神離子源可以在不降低信噪比的情況下，將儀器的靈敏度提高300倍，而且分辨本領(lǐng)也有很大的提高。

1970年喬治桑佐(George Sanzone)發(fā)展了一種動(dòng)態(tài)場(chǎng)理論，使這類儀器的分辨本領(lǐng)提高到4000左右，此后，還出現(xiàn)了束調(diào)制理論、二維離子運(yùn)動(dòng)理論、非均勻振蕩電場(chǎng)和離子反射鏡理論，使這類儀器的理論和性能有了長足的進(jìn)展。

20世紀(jì)60年代初期開始，在世界各國出現(xiàn)了不少為真空技術(shù)專用的飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。文獻(xiàn)[253]所介紹的儀器就是為真空分析而專門設(shè)計(jì)的。該儀器采用了裸式離子源，為原位置測(cè)量提供了方便(圖12-27)。文獻(xiàn)[254]報(bào)道了利用飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)分析冷凝泵真空系統(tǒng)的殘余氣體。有文獻(xiàn)介紹了一種檢測(cè)極限為10 -10Pa、分辨本領(lǐng)為60的高靈敏真空分析的飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。
 

1968年蘇聯(lián)生產(chǎn)了MCX-3A型超高真空飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。該儀器采用拍照的方法來記靈分壓力的快變化過程。美國本迪克公司也生產(chǎn)了一種MA-1型真空分析飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。文獻(xiàn)[256]介紹了一臺(tái)RGA-1型真空殘氣分析飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。儀器反應(yīng)速度很快，Is內(nèi)可記錄5×10^4個(gè)質(zhì)譜。配有電子計(jì)算機(jī)，因而既可測(cè)量分壓力，也可同時(shí)監(jiān)控全壓力；可以采用手動(dòng)和半自動(dòng)分析，也可用計(jì)算機(jī)控制連續(xù)記錄真空狀態(tài)。儀器的分析器頭部可在350℃下進(jìn)行烘烤。

1969年威爾遜(Wilson)詳細(xì)介紹了一種殘余氣體分析飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。它的漂移管長37cm，采用了直熱式陰極，發(fā)射電子流為250VA，電子加速電壓為70V，離子加速電壓為3kV。離子檢測(cè)系統(tǒng)采用了15級(jí)百葉窗式電子倍增器（高壓4kV時(shí)增益為5×106）和100MHz寬帶示波器(靈敏度為10mV/cm)。對(duì)質(zhì)量范圍1u～200u，記錄時(shí)間是15tjrA，重復(fù)掃描頻率為10kHz。儀器的分辨本領(lǐng)為60，靈敏度為108mV/Pa。

1972年卡里柯(Carrico)等研制了一臺(tái)用于真空殘氣分析的簡(jiǎn)單的飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)。其原理如圖12-28所示。儀器采用兩個(gè)管型電子倍增器(CEM)作為電子發(fā)射源和離子檢測(cè)器。第一個(gè)管型倍增器(CEMl)用波長1850nm的紫外光子激發(fā)產(chǎn)生電子，兩次激發(fā)時(shí)間間隔大于被檢測(cè)離子的z*大飛行時(shí)間。漂移管是用直徑1.6cm、長13cm的不銹鋼制成的。儀器的典型參數(shù)為：發(fā)射電子流3×10^-10A (100個(gè)電荷脈沖/s)；離子加速電壓為300V。當(dāng)壓力為10^-3Pa時(shí)，輸給笫二個(gè)管型倍增器(CEM2)的N2+離子流為2×10^- 6A。