Отбор проб в пламени для масс-спектрометрических исследований

Рассмотрены наиболее существенные случаи искажения состава газа при отборе пробы для масс-спектрометрического анализа: пламя охлаждается, подходя к входному отверстию относительно холодного торца пробоотборника, происходит это в пограничных слоях до того, как проба достигает в горле входного отверстия местной скорости звука; проба охлаждается благодаря тому, что ее скорость становится равной скорости звука; при сверхзвуковом расширении в первой вакуумной камере происходит резкое падение температуры и плотности. Показано, что возмущения во внешнем пограничном слое существенно уменьшаются при использовании более широкого входного отверстия. Однако увеличение диаметра входного отверстия пробоотборника приводит к большей продолжительности сверхзвукового расширения и тем самым к росту вероятности возмущения при отборе пробы внутри зоны расширения. Эти эффекты были продемонстрированы экспериментально при изучении поведения ионов в различных пламенах, в которых охлаждение в пограничном слое достигало 400 K, а общее охлаждение – по меньшей мере, 700 K. Рассмотрено влияние охлаждения пламени при пониженном давлении и изменения в нем отношения удельных теплоемкостей газа на состав пробы. Для компенсации искажения можно ввести поправки, экстраполируя измерения до условий либо бесконечно большого, либо бесконечно малого диаметра отверстия пробоотборника в зависимости от того, возмущается ли образец в пограничном слое или же при сверхзвуковом расширении. Найдена константа скорости одной из реакций, протекающих в процессе сверхзвукового расширения: H$_3$O$^+$ + H$_2$O + M $\to$ H$_3$O$^+$ $\cdot$ H$_2$O + M.