由于其简单、坚固的设计，扇形场质谱仪用于氦气检漏仪。 它们的质量范围限制在 2 u（氢分子）和 4 u（氦原子）之 间。这使得可以构建小型、紧凑但非常强大的质谱仪。
扇形体质谱仪的工作原理如图 6.3 所示。
:grayscale(false):format(webp))
图 6.3: 180° 扇形体质谱仪的工作原理
中性气体粒子在离子源中通过电子碰撞（图 6.4 a）进行电 离。由此产生的离子具有质量 m 与电荷 q，电子通过电势梯 度U 移向扇形磁场，同时产生动能，
公式 6-1: 动能
即它们以 速度
通过扇形场。在这里，电荷是相同的，
通过扇形场。在这里，电荷是相同的， 电子的速度以及通过一定距离所需的时间取决于其质量的大 小。这是飞行时间质谱仪分离质量的原理。在扇形场质谱仪 中，离子在均匀磁场中飞行路径为圆形，洛伦兹力与速度和 磁场垂直，作用在移动离子 上。
公式 6-2: 洛伦兹力
在半径为 r 的圆形路径上，洛伦兹力等于向心力。
公式 6-3: 力的平衡
这用于计算路径的半径
公式 6-4: 路径半径
用于泄漏探测器的扇形场质谱仪配备了永磁体，该永磁体提 供恒定磁场，在图 6.3 中，其位置与图像平面垂直。质谱仪 以这样的方式调节：单电荷氦离子首先通过孔口，然后通过 出口狭缝，最后撞击探测器。 所有其它分子无法通过狭缝并 重新进行中和。测量的氦离子电流与氦分压成正比。从公式 6-4 中可以看出，通过加速电压 U 可以改变路径的半径。实 际上，使用不仅仅限于偏转 4氦，而且还限于将 m/em/e 之比为 2:3 的离子向出口狭缝偏转，以便检测气体氢和 3氦。
在泄漏检测中，为获得氦测试气体的高检测灵敏度，扇形场 质谱仪装有灵敏探测器。直接的金属收集器（法拉第杯）不 再符合现在的要求，所以现代的泄漏测试仪结合了微通道 板，其结构非常紧凑，具有高增益和低噪声。这些在两侧均 具有金属涂层的玻璃微通道板具有大量的细微通道，这些通 道以很微小的角度一直通向端面（图 6.4 b），且其内表面也 有涂层。如果离子撞击该表面，则触发二次电子雪崩，且通 过施加在板上的电压向探测器加速。
:grayscale(false):format(webp))
图 6.4: 扇形场质谱仪：(a) 离子源，(b) 探测器
根据公式 6-4，轨迹半径与磁场成反比。永磁体的可用材料对 磁场强度有限制。这导致氦质谱仪典型的半径为 10 cm 的量 级。为确保离子轨迹不受到碰撞的妨碍，平均路径长度必须 大约是相同的数量级。因此，氦扇形场质谱仪的最大连续工 作压力大约为 10-5 hPa。
检测氦气的扇形场质谱仪现在集成在具有自动控制真空系统 的泄漏检测仪里。因此，操作者不必担心质谱仪的功能能 力。我们提请您注意内表面的清洁对保持高检测灵敏度的重 要性。
当有散射离子撞击时，沉积物可以导致局部空间电荷。这 些电荷使氦离子路径发生偏转，并减少达到探测器的离子 数量。
微通道板上的沉积物减少二次电子的产率，并因此降低了 放大因子。
虽然可以简单地清扫质谱仪的内壁，但受污染的微通道板必 须更换。物体和设备保持清洁极其重要，以保持仪器的高检 测灵敏度。
