DE1258148B - Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons - Google Patents

Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons

Info

Publication number
DE1258148B
DE1258148B DE1959L0034907 DEL0034907A DE1258148B DE 1258148 B DE1258148 B DE 1258148B DE 1959L0034907 DE1959L0034907 DE 1959L0034907 DE L0034907 A DEL0034907 A DE L0034907A DE 1258148 B DE1258148 B DE 1258148B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
field
electron beam
omegatron
measuring room
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE1959L0034907
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Phys Franz Flecken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold Heraeus GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leybold Heraeus GmbH filed Critical Leybold Heraeus GmbH
Priority to DE1959L0034907 priority Critical patent/DE1258148B/de
Publication of DE1258148B publication Critical patent/DE1258148B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/36Radio frequency spectrometers, e.g. Bennett-type spectrometers, Redhead-type spectrometers
    • H01J49/38Omegatrons ; using ion cyclotron resonance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

  • Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons Die Erfindung betrifft ein Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons, bei dem die durch einen Elektronenstrahl in einem Meßraum gebildeten Ionen unter Einwirkung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes senkrecht zur Richtung dieses Elektronenstrahles und eines magnetischen Gleichfeldes parallel zur Richtung des Elektronenstrahles stehen und zu einem in diesem Meßraum befindlichen Ionenauffänger gelangen, dessen Strom ein Maß für den Anteil einer speziellen Masse in einem Gemisch darstellt.
  • Es sind bereits Einrichtungen zum Nachweis von Ionen unterschiedlicher Massen bekanntgeworden, bei denen in einem evakuierten Meßraum aus einem neutralen Gasgemisch durch einen Elektronenstrahl Ionen gebildet werden. Diese Ionen sind dann der Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes und eines dazu senkrecht liegenden elektrischen Hochfrequenzfeldes ausgesetzt und gelangen aus dem Bereich des Elektronenstrahles über spiralförmig verlaufende Bahnen zum Ionenauffänger, an dem sie einen entsprechenden Ionenstrom je nach dem Anteil einer bestimmten Ionenart hervorrufen. Der Einzelnachweis der verschiedenen Ionenmassen geschieht durch Veränderung der Frequenz der Hochfrequenzspannung oder durch eine entsprechende Änderung der an sich zeitlich konstant gehaltenen magnetischen Induktion. Für jedes Wertepaar der elektrischen Feldstärke E bei einer vorgegebenen Frequenz U und der magnetischen Induktion B liegen nur für eine ganz bestimmte Ionenmasse günstige Führungsverhältnisse vor, und daher können nur Ionen mit dieser bestimmten Masse zum Ionenauffänger gelangen. Alle übrigen Ionen werden fühzeitig aus der Spiralbahn herausgezogen und in den Meßraum gestreut.
  • Will man bei einer solchen Einrichtung sehr nahe beieinanderliegende Ionenmassen sicher trennen, so ist es wesentlich, dafür zu sorgen, daß nur eine bestimmte Ionenart in dem elektromagnetischen Feld eine Vorzugsrichtung erlangt und auf dem Ionenauffänger auftreffen kann. Alle übrigen Ionen müssen durch Abbremsung aus der für die bestimmungsgemäßen Ionen vorgesehenen Spiralbahn abgetrennt werden.
  • Es ist in diesem Zusammenhang vorgeschlagen worden, drei voneinander getrennte Felder zu verwenden. So zeigt ein unter dem Namen Paulsches Massenfilter in der Technik bekanntes Trennsystem die überlagerung eines stationären magnetischen Feldes mit einem elektrischen Hochfrequenzfeld und einem elektrischen Gleichfeld. Dabei ist bereits vorgeschlagen worden, den Verlauf der Hochfrequenz-Spannung in einer für die Massenanalyse günstigeren Form dadurch zu erreichen, daß zusätzlich zur Hochfrequenzspannung eine Wechselspannung kleiner Amplitude mit halber Frequenz angelegt wird. Man kennt außerdem Anordnungen, bei denen einem elektrischen und einem magnetischen Gleichfeld ein hochfrequentes elektrisches Zylinderfeld oder ein hochfrequentes Magnetfeld in Achsrichtung der Ionenbahn überlagert wird. In beiden Fällen fehlt die Anwendung eines elektrischen Drehfeldes, welches die erwünschte fortgesetzte Beschleunigungswirkung auf die entstehenden Ionen ausübt und diese zur Auffängerelektrode beschleunigt.
  • Elektrische Drehfelder sind bei Massentrennsystemen bereits angewendet worden, um einem in einem Ionisierungsvolumen gebildeten Ionenstrahl zusätzlich eine Komponente der Kreisbewegung zu überlagern, wodurch sich eine günstigere Anordnung der Auffänger für die zu trennenden Massen ergibt.
  • Die vorgenannten Anordnungen haben jedoch noch nicht zu einem ausreichenden Auflösungsvermögen geführt. Dies gilt insbesondere für die Trennung von Isotopen und die Analyse von Gasgemischen.
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von dem Stand der Technik und hat sich insbesondere die Aufgabe gestellt, für die Analyse von Gasgemischen beispielsweise der ausgeatmeten Luft für diagnostische Zwecke eine Vorrichtung anzugeben, durch die eine Verbesserung des Auflösungsvermögens bei Massenspektrometern erzielt wird. Das Kennzeichen der Erfindung wird darin gesehen, daß senkrecht zum elektrischen Hochfrequenzfeld und senkrecht zum magnetischen Gleichfeld im Meßraum ein zusätzliches elektrisches Hochfrequenzfeld angelegt ist, dessen Frequenz sich von der Frequenz des ursprünglich angelegten elektrischen Hochfrequenzfeldes höchstens um ein ganzzahliges Vielfaches unterscheidet und gegenüber diesem eine Phasenverschiebung von 90° aufweist.
  • Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Frequenz des zusätzlichen elektrischen Hochfrequenzfeldes gleich der des ursprünglichen elektrischen Hochfrequenzfeldes war. Bei der vorbekannten Einrichtung erfolgte die Beschleunigung der Ionen nur während eines Teiles der Spannungskurve, weil die im Bereich der Nulldurchgänge auftretenden geringen Spannungswerte keine wesentliche Kraftwirkung auf die Ionen ausüben konnten. Dieser Umstand trat hinsichtlich des Auflösungsvermögens nachteilig in Erscheinung. Nach der Erfindung wird jedoch nunmehr ein hochfrequentes elektrisches Drehfeld zur Führung der Ionen innerhalb des Ionisierungsvolumens angewendet, so daß die zur Aussortierung bestimmten Ionen während des ganzen Umlaufes beschleunigt werden, während die von der Auffangelektrode fernzuhaltenden, nicht resonanzfähigen Ionen fortgesetzt abgebremst werden. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Steigerung des Auflösungsvermögens: Außerdem zeigt sich eine Steigerung der Empfindlichkeit bei kleinen Hochfrequenzspannungen. Dies ist dadurch bedingt, daß nunmehr alle durch den Elektronenstrahl gebildeten Ionen dauernd unter der Einwirkung eines hinreichend starken elektrischen Feldes stehen, so daß der Bildung eines Raumladungsgebietes um den Elektronenstrahl entgegengewirkt wird.
  • Für das anzuwendende elektrische Hochfrequenzdrehfeld sind verschiedene Amplitudenverhältnisse zwischen den beiden elektrischen Wechselfeldern möglich. Man kann vorzugsweise gleiche Amplituden zur Erzeugung eines Kreisfeldes, aber auch ungleiche Amplituden zur Erreichung eines elliptischen Feldverlaufes anwenden. Im allgemeinen wird man die Frequenz des hochfrequenten elektrischen Zusatzfeldes zweckmäßig gleich der Frequenz des ursprünglichen elektrischen Hochfrequenzfeldes wählen.
  • Bei der Abstimmung der Einrichtung auf die verschiedenen Ionenmassen müssen selbstverständlich beide Frequenzen entsprechend verändert werden, wenn man nicht auf die Frequenzänderung verzichtet und die Variation der Führungsbedingungen durch eine Veränderung des magnetischen Gleichfeldes verwirklicht.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Meßanordnung nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Meßanordnung nach F i g. 1, F i g. 3 eine räumliche Darstellung der Elektrodenanordnung in perspektivischer Ansicht.
  • In F i g. 1 erkennt man einen kastenförmigen Meßraum, welcher durch Elektrodenpaare 1, 2 sowie 3, 4 begrenzt wird. Das Elektrodenpaar 1, 2, dessen Elektrode 2 geerdet ist, dient zum Anlegen der durch einen ersten Hochfrequenzgenerator 15 erzeugten Hochfrequenz-Wechselspannung El. Die Elektroden 3 und 4, welche als Lochblenden zum Durchtritt eines von einer Glühkathode 13 erzeugten Elektronenstrahls 16 ausgebildet sind, ermöglichen eine erwünschte Fokussierung dieses Elektronenstrahls 16 im evakuierten Meßraum. Die Beschleunigung der Elektronen erfolgt mit Hilfe einer Vorspannungsquelle 12, welche der Elektronenauffängerelektrode 14 ein entsprechend positives Potential mitteilt. Durch eine Durchbrechung in der Elektrode 2 ist eine Ionenauffangelektrode 7 isoliert eingeführt, deren Strom über einen Verstärker 8 mit Hilfe eines Meßinstrumentes 9 gemessen werden kann.
  • An den Plattenelektroden 5, 6 liegt die zusätzliche Hochfrequenz-Wechselspannung E, (vgl. Fig. 2), welche durch einen zweiten Hochfrequenzgenerator 10 erzeugt wird. Im Meßraum entsteht somit ein elektrisches Drehfeld, dessen Drehachse parallel zum Magnetfeld verläuft. Statt aus einem zweiten Hochfrequenzgenerator kann man die zusätzliche Hochfrequenzspannung auch aus der ersten Hochfrequenzspannungsquelle unter Zwischenschaltung eines Phasenschiebers von an sich bekannter Konstruktion entnehmen. Auch bei Verwendung von zwei getrennten Hochfrequenz-Spannungsquellen werden deren Frequenzen zweckmäßig gleich gewählt. Zur Speisung der Glühkathode 13 ist eine Heizstromquelle 11 vorgesehen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons, bei dem die durch einen Elektronenstrahl in einem Meßraum gebildeten Ionen unter Einwirkung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes senkrecht zur Richtung dieses Elektronenstrahls und eines magnetischen Gleichfeldes parallel zur Richtung des Elektronenstrahls stehen und zu einem in diesem Meßraum befindlichen Ionenauffänger gelangen, dessen Strom ein Maß für den Anteil einer speziellen Masse in einem Gemisch darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zum elektrischen Hochfrequenzfeld (El) und senkrecht zum magnetischen Gleichfeld (B) im Meßraum ein zusätzliches elektrisches Hochfrequenzfeld (E") angelegt ist, dessen Frequenz sich von der Frequenz des ursprünglich angelegten elektrischen Hochfrequenzfeldes (El) höchstens um ein ganzzahliges Vielfaches unterscheidet und gegenüber diesem eine Phasenverschiebung von 90° aufweist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der beiden elektrischen Hochfrequenzfelder (E1 und E9) gleich sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 944 900,1060164; USA.-Patentschriften Nr. 2 632111, 2 659 822.
DE1959L0034907 1959-12-11 1959-12-11 Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons Pending DE1258148B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1959L0034907 DE1258148B (de) 1959-12-11 1959-12-11 Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1959L0034907 DE1258148B (de) 1959-12-11 1959-12-11 Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1258148B true DE1258148B (de) 1968-01-04

Family

ID=7266858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1959L0034907 Pending DE1258148B (de) 1959-12-11 1959-12-11 Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1258148B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10325582B4 (de) * 2003-06-05 2009-01-15 Bruker Daltonik Gmbh Ionenfragmentierung durch Elektroneneinfang in Hochfrequenz-Ionenfallen mit magnetischer Führung der Elektronen

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2632111A (en) * 1950-08-03 1953-03-17 Cons Eng Corp Mass spectrometry
US2659822A (en) * 1947-04-22 1953-11-17 George H Lee Mass spectrometer
DE944900C (de) * 1953-12-24 1956-06-28 Wolfgang Paul Dr Ing Verfahren zur Trennung bzw. zum getrennten Nachweis von Ionen verschiedener spezifischer Ladung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2659822A (en) * 1947-04-22 1953-11-17 George H Lee Mass spectrometer
US2632111A (en) * 1950-08-03 1953-03-17 Cons Eng Corp Mass spectrometry
DE944900C (de) * 1953-12-24 1956-06-28 Wolfgang Paul Dr Ing Verfahren zur Trennung bzw. zum getrennten Nachweis von Ionen verschiedener spezifischer Ladung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10325582B4 (de) * 2003-06-05 2009-01-15 Bruker Daltonik Gmbh Ionenfragmentierung durch Elektroneneinfang in Hochfrequenz-Ionenfallen mit magnetischer Führung der Elektronen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE944900C (de) Verfahren zur Trennung bzw. zum getrennten Nachweis von Ionen verschiedener spezifischer Ladung
DE69219618T2 (de) Coronaentladung-ionenquelle
DE3750928T2 (de) Laufzeit-Massenspektrometrie.
DE1943588C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Trennung eines wenigstens teilweise ionisierten Gasgemisches in eine leichtere und eine schwerere Fraktion
DE1598072A1 (de) Multipol-Massenfilter
DE4134905A1 (de) Tandem-massenspektrometer basierend auf flugzeitanalyse
DE2040521A1 (de) Massenspektrometer
DE2628422C3 (de) Verfahren zur Massenspektroskopie
DE4305363A1 (de) Massenspektrometer zur flugzeitabhängigen Massentrennung
DE2458025A1 (de) Vorrichtung fuer massenanalyse und strukturanalyse einer oberflaechenschicht durch ionenstreuung
DE4408489C2 (de) Massenspektrometer
DE1292884B (de) Verfahren und Vorrichtung zum massenspektrometrischen Analysieren eines Gasgemisches
DE1598392A1 (de) Vierpol-Massenspektrograph
DE1498983B2 (de) Vorrichtung zur Trennung von Ionen mit verschiedener spezifischer elektrischer Ladung
DE1219255B (de) Massenspektrometer
DE1258148B (de) Massenspektrometer mit zirkularperiodischer Ionen-Beschleunigung vom Typ eines Omegatrons
DE1034884B (de) Vorrichtung zum Trennen von Ionen verschiedenen Ladungs-Masse-Verhaeltnisses
DE1225897B (de) Hochfrequenz-Massenspektrometer
DE1673223A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Massen-Spektrometrie
DE2542362C3 (de) Ionenstreuspektroskopisches Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung desselben
DE1047330B (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Ionenimpulsen
DE1034393B (de) Massenspektrometer
DE916677C (de) Hochfrequenzmassenspektrometer
DE1045687B (de) Ionenresonanz-Massenspektrometer
DE1498983C (de) Vorrichtung zur Trennung von Ionen mit verschiedener spezifischer elektn scher Ladung