DE1297899B

DE1297899B - Method for stabilizing a thermion source and thermal ion source based on this principle

Info

Publication number: DE1297899B
Application number: DEC35339A
Authority: DE
Inventors: Kosztolanyl Charles; Durand Georges
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1964-03-27
Filing date: 1965-03-17
Publication date: 1969-06-19
Also published as: GB1088268A; FR1398135A; CH432054A; NL6503985A; IL23192A; LU48259A1; BE661230A; US3423583A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabili- Zahreiche andere Metallsalze sind ebenfalls zurThe invention relates to a method for stabilizing numerous other metal salts are also used

sieren einer Thermionenquelle für die Massen- Durchführung der Erfindung geeignet. Sie brauchen spektrometrie und eine Thermionenquelle. nur die folgenden Bedingungen zu erfüllen: SieSizing a thermion source suitable for the mass implementation of the invention. You need spectrometry and a thermion source. only meet the following conditions: You

Neuere Thermionenquellen für Massenspektrometer müssen feuerfest sein, eine schlechte elektrische und besitzen im allgemeinen Einrichtungen zur Stabili- 5 Wärmeleitfähigkeit aufweisen und, nachdem sie einsierung des Heizstroms und der Heizdrahttemperatur. mal auf den Draht aufgebracht und erhitzt worden Wenn aber eine feste Thermionenquelle zur Durch- sind, eine homogene Schicht mit glatter Oberfläche führung einer massenspektrometrischen Analyse ver- liefern. Als Beispiele seien Calcium-, Strontium-, wendet wird, erhält man stets wegen der Verdamp- Barium-, Zirkonium-, Thorium- und Hafniumsalze fung der untersuchten Probe eine rasche Abnahme io genannt.Newer thermion sources for mass spectrometers must be fireproof, poor electrical and generally have devices to stabilize 5 and have thermal conductivity after they einierung the heating current and the heating wire temperature. times applied to the wire and heated But if a solid source of thermions is available, a homogeneous layer with a smooth surface perform a mass spectrometric analysis. Examples are calcium, strontium, is always obtained because of the evaporation barium, zirconium, thorium and hafnium salts tion of the examined sample called a rapid decrease io.

des Ionenstroms. Diese Abnahme erschwert die Deu- Der Metallheizdraht besteht aus einem hoch-of the ion current. This decrease complicates the German The metal heating wire consists of a high-

tung der Diagramme im Vergleich mit der Benutzung schmelzenden Metall, vorteilhafterweise Platin, einer gasförmigen Quelle, wo diese Erscheinung nicht Rhenium oder Wolfram.comparison of the diagrams with the use of melting metal, advantageously platinum, a gaseous source where this phenomenon is not rhenium or tungsten.

merklich ist. __ Die so hergestellte Thermionenquelle kann zuris noticeable. __ The thermion source produced in this way can be used for

Aus »Review of Scientific Instruments«, Bd. 29 15 Durchführung einer massenspetrometrischen Analyse (1958), S. 851 bis 854, ist eine elektronische Schal- benutzt werden. Sie besteht aus einem Heizdraht, aus tung bekannt, die den Ionenstrom bezüglich einer einem leitenden Stoff von hohem Schmelzpunkt, der Referenzspannung durch Regelung des Heizstroms von einer homogenen inneren Schicht aus einer konstant hält und eine Verbesserung der bekannten schlecht leitenden feuerfesten Substanz mit glatter selbsttätigen Temperaturregelung des Heizdrahts dar- 20 Oberfläche und von einer äußeren Schicht aus einer stellt. Diese Zusatzregelung befriedigt jedoch nicht Mischung der genannten Substanz und des zu analyvöllig, denn sie ist apparativ aufwendig, führt neue sierenden Materials bedeckt ist. Störungsquellen ein und bedarf der Einstellung und Eine erfindungsgemäße Thermionenquelle ermög-From "Review of Scientific Instruments", Vol. 29 15 Carrying out a mass spectrometric analysis (1958), pp. 851 to 854, an electronic switch is used. It consists of a heating wire known that the ion current with respect to a conductive substance of high melting point, the Reference voltage by regulating the heating current from a homogeneous inner layer of a keeps constant and improves the well-known poorly conductive refractory substance with smooth automatic temperature control of the heating wire is 20 surface and an outer layer of a represents. However, this additional regulation does not satisfy the mixture of the named substance and the too analytically, because it is expensive in terms of apparatus, leads to new sizing material is covered. Sources of interference and requires the setting and A thermion source according to the invention enables

Wartung durch Fachleute. Sie kann der Abnahme des licht die Durchführung von sehr lang dauern-Ionenstroms nur durch Erhöhung der Temperatur 25 den massenspektrometrischen Isotopenanalysen ohne entgegenwirken und ist bei rein fotografischer Regi- größere Schwankungen als die bei einer gasförmigen strierung nicht anwendbar. Plötzliche, von der auf Quelle auftretenden und ohne zusätzlichen apparadem Heizdraht befindlichen Substanzmischung selbst tiven Aufwand. Sie besitzt weiterhin dabei den herrührende Ionenemissionsstromänderungen können großen Vorteil, daß man das zu analysierende Proauf diese Weise nicht verhindert werden. Es stellt 30 dukt in fester Form verwenden kann, was nur ein sich also die Aufgabe, die unerwünschte Abnahme Mindestmaß an Hantierungen erfordert, des Ionenstroms durch einen Effekt herabzusetzen, Im folgenden wird zur Erläuterung ein BeispielMaintenance by professionals. They can take the decrease in light to carry out very long-lasting ionic currents only by increasing the temperature 25 the mass spectrometric isotope analyzes without counteract this and, in the case of purely photographic regimes, there are greater fluctuations than in the case of a gaseous one restriction not applicable. Sudden, from occurring on source and without additional apparadem Heating wire located substance mixture itself tive effort. She still owns the resulting ion emission current changes can be of great advantage in that one can analyze the sample this way cannot be prevented. It represents 30 ducts in solid form, what only one can use So the task of unwanted acceptance requires a minimum of handling, to decrease the ion current by an effect. The following is an example for explanation

der die durch Überhitzungen bewirkte Verdampfung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der zu analysierenden Probe verhindert und mit mög- zur Herstellung einer stabilisierten Thermionenquelle liehst geringem Aufwand eine gleichbleibende Ther- 35 beschrieben.the evaporation caused by overheating of the application of the method according to the invention the sample to be analyzed is prevented and possible to produce a stabilized thermion source A constant Ther- 35 can be described with little effort.

mionenemission gewährleistet. Der in Gelform hergestellte Stabilisator wird mittelsmillion emission guaranteed. The stabilizer produced in gel form is by means of

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eines Platinspachtels auf den Draht gebracht; die ein Verfahren zum Stabilisieren einer Thermionen- ganze Anordnung wird dann einem ersten Glühen quelle mit einem aus einem leitenden Stoff von unterworfen, indem man durch den Draht einen elekhohem Schmelzpunkt bestehenden Heizdraht, insbe- 40 trischen Strom leitet, und ihn so durch Joulesche sondere für Massenspektrometrie, vorgeschlagen, bei Wärme erhitzt. Die Erhitzung muß vorsichtig vorgedem auf den Heizdraht eine Schicht einer beim. Er- nommen werden, damit die Stabilisatorschicht nach hitzen eine homogene Schicht mit glatter Oberfläche dem Glühen gut auf dem Draht haftet, liefernden schlecht leitenden feuerfesten Substanz Anschließend belädt man den mit Stabilisator beaufgebracht wird, der mit dieser Substanz bedeckte 45 deckten Draht mit einer Schicht aus mit dem zu Draht langsam bis zur Bildung einer am Draht analysierenden Produkt gemischtem Stabilisator, gut haftenden Schicht geglüht wird, die so erhaltene Die eingesetzten Mengen müssen gering sein, daTo solve this problem, a platinum spatula is applied to the wire according to the invention; the One method of stabilizing an entire thermionic array is then a first glow source with a made of a conductive substance of subjected by passing through the wire an electrophoretic Melting point of the existing heating wire, in particular conducts electricity, and so through Joule special for mass spectrometry, suggested heated at heat. The heating must be carefully preceded on the heating wire a layer of one at. Be taken so that the stabilizer layer after heat a homogeneous layer with a smooth surface, the glow adheres well to the wire, delivering poorly conductive refractory substance Then one loads the loaded with stabilizer the 45 covered wire covered with this substance with a layer of with the covered Wire slowly until the formation of a stabilizer mixed on the wire to be analyzed, well-adhering layer is annealed, the amounts thus obtained must be small because

Anordnung mittels einer aus der Substanz und dem eine Überlastung des Drahts unerwünscht ist. Das durch Massenspektrometrie zu analysierenden Pro- anschließende Glühen wird unter den gleichen Bedukt bestehenden Mischung beladen und die ganze 50 dingungen wie zuvor durchgeführt. Nach diesen verAnordnung geglüht wird. schiedenen Schritten liegt der Draht mit einer am Die feuerfeste Substanz (der Stabilisator) muß Metall vollkommen haftenden dünnen Stabilisatorschlechtleitend sein, womit, eine schlechte elektrische schichtvor, deren Dicke zwischen 0,2 und 1 mm und und Wärmeleitfähigkeit gemeint ist, damit sie, ohne vorzugsweise bei 0,5 mm liegt. Die Oberfläche dieser zu schmelzen, den ^;höhen Temperaturen widersteht, 55 Schicht hat unter dem Mikroskop ein homogenes auf die der Draht beim Erhitzen gebracht wird. Der Aussehen^ ohne jedoch an ein Glas zu erinnern. Stabilisator muß nach seinem Aufbringen auf den Der nach der oben gegebenen Vorschrift herge-Draht und dessen Erhitzen eine homogene Schicht stellte Draht wird in die Spektrometerquelle eingemit glatter Oberfläche darbieten. Seine wesentliche setzt und dann sehr allmählich erhitzt und die Quelle Aufgabe ist die Stabilisierung der Temperatur. 60 gleichzeitig evakuiert. Ein rasches Erhitzen schadet, Von den Produkten, die diese Bedingungen er- da es zu einer Ablösung der auf dem Draht abgefüllen, seien als Beispiele folgende Stoffe erwähnt, schiedenen stabilisierenden Schicht führen kann, die für sich oder gemeinsam benutzt werden können: Sobald das Vakuum der Quelle stimmt, untersuchtArrangement by means of one of the substance and an overload of the wire is undesirable. The subsequent annealing process to be analyzed by mass spectrometry is loaded under the same mixture existing and the entire 50 conditions carried out as before. Annealing is carried out according to this ordinance. The refractory substance (the stabilizer) must be perfectly adhering to the metal is 0.5 mm. To melt the surface of these ^; withstands high temperatures, 55 layer has a homogeneous layer under the microscope to which the wire is brought when heated. The appearance ^ without, however, reminiscent of a glass. After it has been applied to the wire, the stabilizer has to be placed in a homogeneous layer and heated according to the instructions given above. Its essential sets and then heated very gradually and the source job is to stabilize the temperature. 60 evacuated at the same time. Rapid heating is detrimental to the products that meet these conditions, as it can lead to a detachment of the filling on the wire, the following substances are mentioned as examples, different stabilizing layers that can be used individually or together: As soon as the vacuum the source is correct, investigated

man das Verhalten des Massenspektrums und beob-the behavior of the mass spectrum and

Titanpyrophosphat (TiP₂O₇), 65 achtet zunächst die in dem Stabilisator enthaltenenTitanium pyrophosphate (TiP ₂ O ₇ ), 65 first respects those contained in the stabilizer

Magnesiumalummat (MgAl₂O₄), Verunreinigungen die durch leichte Erhöhung derMagnesium alummate (MgAl ₂ O ₄ ), which is caused by a slight increase in impurities

^ * Temperatur rasch verschwinden. Anschließend er-^ * Temperature disappear quickly. Then

Nickeloxid (NiO). scheinen die den Elementen des zu analysierendenNickel oxide (NiO). seem to be the elements of the to be analyzed

Produkts entsprechenden Massen. Die Emission bleibt dann während der gesamten Analysendauer (die mehrere Stunden betragen kann) ohne merkliche Abnahme stabil.Appropriate masses of the product. The emission then remains for the entire duration of the analysis (which can be several hours) stable without any noticeable decrease.

Claims

5 claims:

1. Method of stabilizing a thermion source with one made of a conductive material heating wire consisting of a high melting point, in particular for mass spectrometry, thereby characterized in that a layer of a homogeneous layer with a smooth surface when heated is applied to the heating wire poorly conductive refractory substance is applied, which covered with this substance Wire is annealed slowly until a layer that adheres well to the wire is formed, the resulting Arrangement by means of one to be analyzed from the substance and that by mass spectrometry Load existing mixture and the whole assembly is annealed.

2. A method for stabilizing a thermion source according to claim 1, characterized in that that the poorly conductive refractory substance titanium pyrophosphate, magnesium aluminate or nickel oxide.

3. Thermion source, especially for mass spectrometers, with one made of a conductive material of high melting point existing heating wire, characterized in that the wire of a homogeneous inner layer made of a poorly conductive refractory substance with a smooth surface and an outer layer of a mixture of said substance with the to analyzing material is covered.