Циклоидный масс-спектрометр можно получить, если в 180°-ном магнитном спектрометре создать дополнительное электрическое поле, направленное под прямым углом к магнитному.

Идея использования в спектрометре скрещенных магнитного и электрического полей впервые была предложена Блэкни и Хипплом в 1938 г. и получила дальнейшее развитие в приборах для исследования остаточных газов в 1950-х гг. Движение ионов в скрещенных полях описывается следующими параметрическими уравнениями:

Если при t = 0, х=0 и y = 0, то, проинтегрировав уравнения (5.9), можно получить следующее решение:

(5.10)

где А и 6 — постоянные интегрирования, зависящие от начальной скорости и направления движения иона относительно электрического поля. Выражения (5.10) представляют собой параметрическое уравнение циклоиды — кривой, которую описывает точка, связанная с окружностью, катящейся без скольжения по прямой линии.

Разработано несколько конструкций масс-спектрометров со скрещенными полями, в которых ионы перемещаются по удлиненным циклоидным траекториям [10—12]. Типичный пример спектрометра для анализа состава остаточных газов при низких давлениях представлен на рис. 5.11. Однородное электрическое поле необходимой протяженности создается набором нескольких параллельных пластин, расположенных на строго определенных расстояниях и изолированных друг от друга специальными керамическими прокладками (на рисунке не показаны). Пучок ионов проходит через прямоугольные щели в этих пластинах. Напряжение подается на каждую пластину в отдельности. К недостаткам прибора этой конструкции следует отнести наличие значительного числа электрических вводов, а также деталей с большой общей поверхностью, что затрудняет обезгаживание.

Рис. 5.11. Схема циклоидного масс-спектрометра Перкинса и Шарпантье: 1 — катод; 2 — отражатель ионов; 3 — щелевая диафрагма; 4 — пучок ионизирующих электронов  5 — пучок ионов- 6 — коллектор ионов; 7 — положительный электрод: 5 — отрицательный электрод; 6 — пучок ионов; 6 — коллектор ионов; 9 — анод.

Устройство, в котором отсутствуют эти недостатки, предложено в работе [13]. В этом приборе между центральной пластиной и двумя обкладками конденсатора устанавливается потенциометр, который изготовляется из тонкой проволоки с высоким удельным сопротивлением, намотанной на «каркас» из четырёх штыревых изоляторов, расположенных в вершинах прямоугольника (рис. 5.12). Основным недостатком этой конструкции является сравнительно невысокое напряжение, которое можно приложить к проволочному потенциометру, и, следовательно, ограниченный диапазон измеряемых масс.

Благодаря двойной фокусировке циклоидный масс-спектрометр в принципе должен обладать по сравнению с 180°-ным магнитным масс-спектрометром намного более высокими разрешающей способностью и чувствительностью. Однако для достижения улучшенных характеристик требуется высокая степень однородности электрического и магнитного полей.

Рис. 5.12. Циклоидный масс-спектрометр Эндрю: 1 — источник ионов; 2 — коллектор ионов.