DE1498870A1

DE1498870A1 - Reflection mass spectrometer

Info

Publication number: DE1498870A1
Application number: DE19621498870
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Melzner
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1962-02-22
Filing date: 1962-02-22
Publication date: 1969-03-27
Also published as: US3226543A; GB1005053A

Description

25»4-62/Dr. ν. B. /Fr.25 »4-62 / Dr. ν. B. / Fr.

Iwax-Planck-Gesellachaft iur Förderung der Wissenschaften e. V., vertreten durch den geschaftsftthrenden Direktor de» Max-Planck-Institutes für Physik und Astrophysik, München 23,Iwax Planck Society iur Promotion of Science e. V., represented by the managing director of the »Max Planck Institute for Physics and Astrophysics, Munich 23,

FUhringer Ring 6 RE * LEXIQNB MASS FAULT COMETER

Die Erfindung betrifft ein dynamisches Massenspektrometer, insbesondere ein mit elektrischen Feldern arbeitendes Massenspektro* meter, bei dem die Ionen in einer Potentialmulde Schwingungen ausfahren und Ionen mit verschiedenem Verhältnis von Ladung *ur Masse auf Grund verschiedener Laufzeiten bzw Schwingungsfrequensen getrennt werden*The invention relates to a dynamic mass spectrometer, in particular a mass spectrometer operating with electric fields * meter, in which the ions move out vibrations in a potential well and ions with different ratios of charge * ur Mass due to different transit times or oscillation frequencies be separated *

In einer bekannten Maesenspektrometeranordntirag wird eine parabolische Potentialmulde erzeugt, in der Ionen verschiedener Art mit verschiedenen Frequenzen amplitudenunabhlngig schwingen können. Die Selektion einer gewünschten Ionenart erfolgt entweder durch selektive Akkumulierung oder durch selektive BeschleunigungIn a known mass spectrometer arrangement, a generated parabolic potential well in which ions of different types oscillate at different frequencies regardless of amplitude can. A desired type of ion is selected either by selective accumulation or by selective acceleration

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(Zs. »ng. Phys. JU^ 1959« 395 - 399).(Zs. "Ng. Phys. JU ^ 1959" 395-399).

B«i Massenspektrometern die·«· Typ· werden Empfindlichkeit und Auflösungsvermögen durch die starke Raumladung aus den nicht ausgewählten, inkohärent in der parabolischen Potentialmulde schwingenden Ionen begrenzt. Nach einem Vorschlag kann diese störende Raumladung dadurch beträchtlich verringert werden, daß die Potentialverteilung in einem Bereich, der möglichst weit von dem Ort entfernt ist, an dem sich die ausgewählten Ionen im Augenblick befinden, kurzzeitig derart verzerrt wird, dafl die unerwünschten Ionen die Potentialmulde verlassen können (Patentanmeldung M 49 S48 IXb/42 1).B «i mass spectrometers the ·« · type · are sensitivity and resolving power due to the strong space charge from the not selected ions oscillating incoherently in the parabolic potential well. After a suggestion this can disturbing space charge can be considerably reduced in that the potential distribution in an area that is as far as possible from the Location is where the selected ions are at the moment are briefly distorted in such a way that the undesired ions can leave the potential well (patent application M 49 S48 IXb / 42 1).

Es ist auierdem ein Flugzeit-Massenspektrometer vorgeschlagen worden, das eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer vorzugsweise parabolischen Potentialmulde mit negativem Minimum enthält, in der die gleichzeitig mit wenigstens annähernd der Geschwindigkeit und dem Impuls Null an einem Ort außerhalb des Potentialminimums erzeugten Ionen periodische Schwingungen ausführen. WähreM dieser Schwingungen trennen sich Ionen der verschiedenen Art und die getrennten Ionenhaufen können beispielsweise dadurch nachgewiesen werden, daß man die Ionen nach einer bestimmten Zeitspanne aus der Potentialmuld· in einen Sekundärelektronenvervielfacher eintreten läßt (U Sl 278 IXb/42 1).In addition, a time-of-flight mass spectrometer has been proposed which contains an electrode arrangement for generating a preferably parabolic potential well with a negative minimum, in which the ions generated simultaneously with at least approximately the velocity and the zero momentum at a location outside the potential minimum execute periodic oscillations. During these oscillations, ions of different types separate and the separated ion clusters can be detected, for example, by letting the ions enter a secondary electron multiplier after a certain period of time from the potential well (U Sl 278 IXb / 42 1).

Durch die Erfindung soll ein Massenspektrometer angegeben werden, das besonders einfach im Aufbau ist und in seiner bevor-The invention is intended to provide a mass spectrometer that is particularly simple in structure and in its preferred

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zugten Ausführungsiorm auch nur sehr einfache elektronische Zusatz· gerate benötigt« Die Empfindlichkeit und das Auflösungsvermögen sollen auch bei geringen Fartialdrücken der interessierenden Gaeart relativ grofi sein. Ein bevorzugtes, jedoch nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der Erfindung sind Lecksucher.also only a very simple electronic addition gerate needed «The sensitivity and resolution should be Relative to the type of gait of interest even at low partial pressures be great. A preferred but not exclusive field of application of the invention are leak detectors.

Ein Massenspektrometer mit in Längsrichtung eines Vakuumgeiftfies im Abstand voneinander angeordneten Elektroden zur Erzeugung einer elektrischen Potentialverteilung» die wenigstens seitweise an den Enden 4er Elektrodenanordnung positivere Werte annimmt als in der Mitte, so dafi Ionen bestimmter Art aus einer Ionenquelle, die am einen Ende der Elektrodenanordnung angeordnet ist» in der Potential verteilung periodische Schwingungen ausfahren können, ist gemalt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dafl die mittleren Elektroden so vorgespannt sind, dafi das Potential in einem ausgedehnten» mittleren Bereich wenigstens annähernd konstant ist und daß mindestens eine der fulleren Elektroden an eine Impulsquelle anschnallbar ist, deren periodische Ausgangespannung das Potential für einen ersten, vorzugsweise größeren Teil der Periode auf einem weniger positiven Wert und für einen zweiten, vorzugsweise kleineren Teil der Periode auf einem stärker positiven Wert hält.A mass spectrometer with a lengthways vacuum poison at a distance from one another arranged electrodes for generating an electrical potential distribution »which at least laterally to the The ends of the four-electrode arrangement assumes more positive values than in the middle, so that ions of a certain type from an ion source which are at the one end of the electrode arrangement is arranged »in the potential distribution can extend periodic oscillations is painted of the invention characterized in that the central electrodes are so biased that the potential in an extended » middle range is at least approximately constant and that at least one of the fuller electrodes can be strapped to a pulse source, whose periodic output voltage changes the potential for a first, preferably larger part of the period to a less positive one Value and for a second, preferably smaller part of the period holds at a more positive value.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können auch Elektroden an beiden Enden der Anordnung an eine entsprechend ausgebildete oder zwei synchronisierte Impulsquellen angeschlossen sein. DieAccording to a development of the invention, electrodes can also be connected to one or two synchronized pulse sources at both ends of the arrangement. the

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den Elektroden an gegenüberliegenden Enden »!geführten positiven Impulse können gleichseitig auftreten, sind aber vorzugsweise gegeneinander um 180° in der Phase verschoben.Positive impulses conducted to the electrodes at opposite ends can occur at the same time, but are preferably against one another shifted in phase by 180 °.

Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung liefert die Impulsquelle positive Impulse nur an das der kontinuierlich betriebenen Ionenquelle abgewandte Ende der Elektrodenanordnung. Das Ende der Elektrodenanordnung bei der Ionenquelle wird dauernd auf einem positiven Potential gehalten, dessen Höhe sur Einstellung einer bestimmten Ionenart einstellbar oder sur Erfassung eines bestimmten e/m-Berelches (e * Ladung, m ■ Masse eines Ions) zyklisch veränderbar sein kann. Das Potential am Ort der Ionenerzeugung bestimmt nimlich die Energie und damit die Geschwindigkeit, mit der die Ionen in den Bereich konstanten Potentials, der als Laufstrecke dient, eintreten.In a particularly simple embodiment of the invention, the pulse source supplies positive pulses only to that of the continuously operated ion source facing away from the end of the electrode assembly. The end of the electrode assembly at the ion source is permanently held at a positive potential, the level of which is sur setting adjustable for a certain type of ion or by recording a certain e / m range (e * charge, m ■ mass of an ion) can be cyclically changeable. The potential at the location of the ion generation determines the energy and thus the speed, with which the ions enter the area of constant potential, which serves as the path of travel.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausftütrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeuten: The invention will now be based on exemplary embodiments are explained in more detail in connection with the drawing, where:

Fig. 1 eine sehematleche Darstellung einer Elektrodenanordnung einer Massenspektrometerrohre nach der Erfindung;1 shows a schematic representation of an electrode arrangement a mass spectrometer tube according to the invention;

Flg. 1 ein im gleichen Längenmaßstab wie Fig. 1 gezeichnetes Diagramm des Potential·· φ in der A^ch·· der in Fig. 1 dargestellten Elektrodenanordnung undFlg. 1 a drawn in the same length scale as FIG Diagram of the potential · · φ in the A ^ ch ·· shown in Fig. 1 Electrode arrangement and

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Fig. 3 einen Impuls· und Ionenfahrplan *ur Erläuterung einer möglichen Betriebeart einee Maaaenapektrometera nach der Erfindung.3 shows a pulse and ion timetable for explaining a possible mode of operation a Maaaenapektrometera according to the invention.

Die in Fig. I dargestellte Elektrodenanordnung enthllt *ur Erseugung einer Potentialverteilung, in der die Ionen einer gewünschten Art Schwingungen ausführen können, eine Ansah! von hintereinander angeordneten, durchbrochenen Elektroden 1 bis 5, die in einem der Einfachheit halber nicht dargestellten Vakuumgefäß angeordnet sind. Die Elektroden 1 bis 8 sind vorzugsweise bezüglich der Achse β rotationssymmetrisch und koaxial. Die mittleren Elektroden 2, 3, 4 liegen im Betrieb auf dem gleichen Potential, x. B. Masse. Die Elektroden 1 und 5 kennen je nach Betriebsart durch Gleich* und/oder Impuls* spannungen vorgespannt werden, die entsprechenden Klemmen sagefahrt werden. Elektroden« die an eine Impulsquelle angeschlossen sind, liegen wahrend der Impulspausen vorsugswelse auf demselben Potential, wie die Elektroden 2, 3, 4.The electrode arrangement shown in FIG. 1 reveals a view of the generation of a potential distribution in which the ions of a desired type can vibrate. of consecutively arranged, perforated electrodes 1 to 5, which are arranged in a vacuum vessel, not shown for the sake of simplicity. The electrodes 1 to 8 are preferably rotationally symmetrical with respect to the axis β and coaxial. The middle electrodes 2, 3, 4 are at the same potential during operation, x. B. Mass. Depending on the operating mode, electrodes 1 and 5 can be biased by direct * and / or pulse * voltages, and the corresponding terminals are driven. Electrodes that are connected to a pulse source are, as a precautionary measure, at the same potential as electrodes 2, 3, 4 during the pulse pauses.

Die in der Zeichnung am weitesten links gelegene Elektrode I ist bei dem dargestellten Aueffthrungsbeispiel gleichseitig die Anode eines Elektrodenetrahlerseugungssystem· 7, das die Ionenquelle bildet. Das Strahlerxeugungssystem 7 enthalt außer der Anode 1 noch eine Kathodenanordnung t und eine Steuerelektrode 9. Da es in ttbUcher Weise ausgebildet sein kann, erübrigt sich eine nähere Beschreibung. An die Stelle des Strahlerseugungssystems 7 kann auch gewftnschtenfalla eine andere Ionenquelle bekannter Bauweise treten; der StrahlThe leftmost electrode I in the drawing is the anode on the same side in the illustrated embodiment an electrode beam suction system · 7 constituting the ion source. In addition to the anode 1, the emitter extraction system 7 also contains one Cathode assembly t and a control electrode 9. Since it is in books Can be designed in a more detailed description. In place of the radiation suction system 7, a desired case can also be used another ion source of known construction step; the beam

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kann auch senkrecht sur fiohrenaehse f eingeschjosMn werden. Das Arbeitsprinsip des Massenspektrometer· gemli der Erfindung soll anhand einer speziellen Betriebsart in Verbindung mit Fig. 3 und 3 naher erläutert werden. Fig. 2 seigt dia Potential verteilung lang· der Achse · der in Flg. i dargestellten Elektrodenanordnung und Fig, 3 xeigt im linken Teil einen Ionenfahrpian und im rechten Teil ein Impulsdiagramm. Der Deutlichkeit halber sind die Mullinien der Impulskurven p., ρ* gegeneinander verschoben geseishfsef.can also be inserted vertically on the fiohrenaehse. The working principle of the mass spectrometer according to The invention will be explained in more detail using a special operating mode in conjunction with FIGS. 3 and 3. Fig. 2 shows the potential distribution long · the axis · the in Flg. i illustrated electrode arrangement and FIG. 3 shows an ion travel plan in the left part and in the right part a pulse diagram. For the sake of clarity, the mull lines of the momentum curves p., Ρ * are shifted from one another Geseishfsef.

In Fig. 3 ist auf dmr Ordinate naea unten die Zeit t und aaf der Abssisae nach rechts der Ort s lings der Röhrenaehs· f (Fig. i) aufgetragen. Auf der Abssisae entspricht der Nullpunkt etwa dem Ort der Elektrode i und die rechts gestrichelt gezeichnete parallel« sur Ordinate dem Ort der Elektrode S am aadertn Ead« der Röhre. Da« in Fig. S dargestellte Diagramm ist dahingehend vereinfacht« dal Abbreiae· und BescMeuoigaagsrorgange, dt· hei ei*tr Iooeareflexion aa de« positiven Foteatialbergen eintreten, vtrasehllssigt worden sind.In Fig. 3 is NAEA on DMR below ordinate t is the time and the AAF Abssisae to the right of the location s astride the Röhrenaehs · f (Fig. I) applied. On the abssisae the zero point corresponds approximately to the location of the electrode i and the dashed line on the right parallel "on the ordinate" corresponds to the location of the electrode S at the other end of the tube. The diagram shown in Fig. 5 is simplified to the effect that Abbreiae and BescMeuoigaagsrorgange, that is to say, when the positive photeal mountains occur, have been excluded.

Bsi der al« erst·» dtekuttertatt Betriebsart werdea beld·* Ende« 4mr Xl«ktr«4*aftnordB!ing abwechselnd positiv« Impuls· safefahrt. Zur Zeit t_Q li«gt an der Elektrode I ein positiver Impuls SO einer erstes Impulsreih« p., ά*τ an dem in Fig. 1 linken End· der Elektrodenanordnung einen Potentialberg IS mit einem positiven Maximum 14 erseugt. Di« Yorsugsweise mir wahrend 4»m Impuls·« SO im Bereich de« Maximum« 14 erseugten Ionen laufen den Berg ISFor example, the "first" dtekuttertatt operating mode is beld * end " 4mr Xl" ktr "4 * aftnordB! Ing alternately positive" impulse safefahrt. At time t _Q li "to the electrode gt I, a positive pulse of a first Impulsreih SO" p., Ά * τ at the left in Fig. 1 End of the electrode assembly · a potential barrier IS with a positive peak 14 erseugt. The "Yorsugweise" I during 4 "m impulse" SO in the area of the "maximum" 14 ions are diffused up the mountain IS

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hinunter und treten mit einer vom Verhältnis Ihrer Ladung zu ihrer Masse abhängigen Geschwindigkeit in dnti die Laufstrecke bildenden Bereich 17 innerhalb der Elektroden 2, I, 4 ein. in dem das Potential wenigstens annähernd konstant ist. Beim Durchlaufen des Bereiches 17 trennen sich Ionen mit verschiedenem e/m infolge ihrer verschiedenen Laufgeschwindigkeit.down and enter the area 17 within the electrodes 2, 1, 4, which forms the pathway, at a speed that depends on the ratio of their charge to their mass. in which the potential is at least approximately constant. When passing through the region 17, ions with different e / m separate as a result of their different speed.

Die Ionen der gewünschten Art treffen zum Zeitpunkt t, bei der Elektrode 5 am rechten Ende der Elektrodenanordnung ein. Die Elektrode 5 ist sum Zeitpunkt L· durch einen Impuls IB einer «weiten Impulsreihe p« positiv vorgespannt, der am rechten Ende der Elektrodenanordnung einen Potentialwall 19 (Fig. 2) erzeugt, dessen Höhe mindestens gleich der Höhe des Maximums 14 ist. Die gewünschten Ionen werden durch den Potentialwall 19 reflektiert, laufen durch den Bereich 17 zur Elektrode 1 «urttck, wo sie sum Zeitpunkt t. eintreffen. Die Elektrode 1 1st sum Zeitpunkt t« durch den nächsten positiven Impuls SO der Impulsreihe p. wieder positiv vorgespannt. Die Ionen laufen des Potentialwall 13 bis ku ihrem Startpunkt im Bereich des Maximums hoch, kehren um und der beschriebene Vorgang beginnt von Neuem. Während sich die gewünschten Ionen im Bereich des Maximums 14 befinden, werden vorzugsweise neue Ionen erzeugt, s. B. durch Auf» tasten des Strahlerseugungssystems mittels eines dem Wehneltzylinder · angeführten positiven Impulses.The ions of the desired type arrive at the time t at the electrode 5 at the right-hand end of the electrode arrangement. The electrode 5 is positively biased at the point in time L by a pulse IB of a “wide series of pulses p”, which generates a potential wall 19 (FIG. 2) at the right end of the electrode arrangement, the height of which is at least equal to the height of the maximum 14. The desired ions are reflected by the potential wall 19, run through the area 17 to the electrode 1, where they at time t. arrive. The electrode 1 is at the point in time t «by the next positive pulse SO of the pulse series p. positively biased again. The ions run up the potential wall 13 to ku their starting point in the area of the maximum, turn around and the process described begins anew. While the desired ions are in the region of the maximum 14, new ions are preferably generated, for example by activating the emitter suction system by means of a positive pulse applied to the Wehnelt cylinder.

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Die gewtnschten Ionen fahren also zwischen den Elektroden und δ entsprechend der aufgesogenen Ziek-Zack-Linie in Fig. 3 periodische Schwingungen «us. Die Frequenz dieser Schwingungen hingt außer von dem Verhältnis von Ladung su Masse der Ionen auch von der Lange der Laufstrecke 17 und von der Geschwindigkeit ab, mit der diese durchlaufen wird. Die Geschwindigkeit ist ihrerseits wieder eine Funktion der potentiellen Energie am Entstehungsort der Ionen, also der Potentialdifferens «wischen dem Bereich 17 und dem Maximum 14.The desired ions therefore travel between the electrodes and δ corresponding to the drawn Ziek-zag line in FIG. 3 periodic oscillations «us. The frequency of these vibrations depends not only on the ratio of charge to mass of the ions but also on the length of the path 17 and on the speed with which this is run through. The speed is on your part again a function of the potential energy at the point of origin of the ions, that is to say of the potential difference between area 17 and the maximum 14.

Das Ausgangssignal kann ron der Mittelelektrode S abgenommen werden, es hat dann die doppelte Frequenz wie die Reflexionsimpulespannungen p* bsw. p,.The output signal can be taken off the center electrode ron S, then it has bsw twice the frequency of the Reflexionsimpulespannungen p *. p ,.

Die eine periodische Reflexion der gewünschten Ionen gewährleistenden Bedingungen sind für Ionen anderer Masse mit wenigen, noch su erwähnenden Ausnahmen nicht erfillt. Angenommen die gewünschten Ionen besitsen die Masse m ■ 4. Ionen geringerer Masse, s. B. m ■ 2, durchlaufen die Strecke 17 mit höherer Geschwindigkeit und treffen, wie die strichpunktierte Gerade 21 in Flg. S zeigt, an der Elektrode S ein, bevor der Impuls 18 diese Elektrode positiv vorspannt. Die Ionen der Masse 2 finden am rechten Ende der Elektrodeaasordnung also keinen Potentialberg vor« laufen durch die Elektrode » hindurch und werden entladen.The conditions which ensure a periodic reflection of the desired ions are for ions of other mass with few exceptions to be mentioned below are not met. Assuming the desired ions have the mass m ■ 4. Ions lower Mass, see for example m 2, traverse the segment 17 at a higher speed and meet, like the dash-dotted straight line 21 in FIG. S. shows at the electrode S a before the pulse 18 this electrode positive bias. The ions of mass 2 do not find a potential mountain at the right end of the electrode arrangement Electrode »and are discharged.

•a.• a.

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Entsprechend·· gilt für schwerere Massen, z. B. m * β. Diese Massen treffen an der Elektrode β erst ein, nachdem der Impuls 18 schon wieder abgeklungen iat und können deshalb ebenfalls nicht reflektiert werden, siehe die strichpunktierte Gerade 22 in Fig. S.Correspondingly, for heavier masses, e.g. B. m * β. These masses arrive at the electrode β only after the Impulse 18 has already subsided and can therefore also are not reflected, see the dash-dotted straight line 22 in Fig. S.

However, the selection condition is also fulfilled for ions,

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deren Mass· das (2 η + 1) - fache der Masse der ausgewählten Ionen beträgt; η bedeutet dabei eine natürliche Zahl. Bei Verwendung der Anordnung als Lecksucher mit Helium als Testgas könnten also die Massen 36 und 100 stören. Ionen der Masse m » 36 treffen, wie Flg. 3 zeigt, sur Zeit t_ am Ort der Elektrode 5 ein und w«rd«n daher ebenfalls reflektiert. Die Masse 36 kann jedoch höchstens als Kohlenwasserstoff auftreten, der leicht in amr Bohre lenstnt werden kann» a. B. durch einen glühenden Wolframdraht oder einen Elektronenstrahl. Meistens wird die Konzentration von Kohlenwasserstoffen schon durch das Strahlerzeugungssystem der Ionenquelle unter die Nachweis* grenz· abgesenkt. Die Ausschaltung störender Massen ist auch durch elektronische Maßnahmen möglich, dl· weiter unten noch beschrieben werden.2
the mass of which is (2 η + 1) times the mass of the selected ions; η means a natural number. When using the arrangement as a leak detector with helium as the test gas, the masses 36 and 100 could interfere. Ions of mass m »36 meet, as shown in Flg. 3 shows a time t_ at the location of the electrode 5 and is therefore also reflected. However, the mass 36 may act as hydrocarbon maximum that can be easily lenstnt to amr Drill "a. B. by a glowing tungsten wire or an electron beam. In most cases, the concentration of hydrocarbons is already reduced below the detection limit by the beam generation system of the ion source. The elimination of interfering masses is also possible by means of electronic measures, which will be described further below.

Das anhand der Fig. 3 beschriebene Arbeitaprinsip IiSt sich nun auf die verschiedenst· Weise abwandeln. Einen besondere kleinen elektronischen Aufwand «rfordert das folgend· Bttriebsverfahren: Nur die Elektrode 5 ist an eine Impulsquelle angeschlossen, die Impuls·The working principle described with reference to FIG. 3 is now modify it in the most varied of ways. A special little one electronic effort «requires the following operating procedure: Only the electrode 5 is connected to a pulse source, the pulse

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besitzen aulerdem konstante Frequent. Df· Eltktrod· 1 und die vorsHgsweise dauernd arbeitende Ionenquelle erhalten «in· positive Vor· spannung, deren Bub· di· ausgewählte lonenart bestimmt. Durch Verlnterang dieser Vorspannung kann also ein· bestimmt· lonenart a»sgewlhlt werden. Das Ausgangssignal kann wie bei der suerst beschriebenen Betriebsart von der Mittelelektrode 3 oder in diesem Falle auch von der Elektrode 1 abgenommen werden, die dann auch als Influennkollektor dient. Es ist natürlich auch möglieh, die Elektrode 1 χα tasten und das Signal an der Elektrode β abzunehmen. Man erreicht dann ohne besondere Maßnahmen, daS die Ionenquelle praktisch intermittierend arbeitet.also have constant frequencies. Df · Eltktrod · 1 and the ion source, which is presumably continuously operating, receive a positive bias voltage, the boy of which determines the selected type of ion. By applying this bias voltage, a certain type of ion can be selected. As in the operating mode described above, the output signal can be taken from the center electrode 3 or, in this case, also from the electrode 1, which then also serves as an influence collector. It is of course also possible to touch electrode 1 χα and pick up the signal at electrode β. Without any special measures, one then achieves that the ion source works practically intermittently.

Da die potentielle Energie am Entstehungsort der Ionen deren Laufgeschwindigkeit und damit Schwingungsfrequens bestimmt, ist die GroJe der Gleichvorspannung und/oder Impulsspannung an der der Ionenquelle 7 benachbarten Elektrode i vorzugsweise einstellbar.Since the potential energy at the point of origin of the ions determines their running speed and thus oscillation frequency, the magnitude of the DC bias voltage and / or pulse voltage at the electrode i adjacent to the ion source 7 is preferably adjustable.

Zur Vereiniachung der Elektronik können auch beide ftsftaaieaeelektrodea I₄ 6 gemeinsam getastet werden, nur ist dan*die Reilezionsbedingung auch schon für Ionen der vierfachen Masse erftUt.To Vereiniachung electronics and both can be sampled together ftsftaaieaeelektrodea I ₄ 6 only dan * erftUt the Reilezionsbedingung even for ions four times the mass.

Unerwünschte Ionen, die an sich die Reflexion·kedinfungen erfeilen (wie a. B. die Masse 39 in Fig. 9) können, wie erwfthnt, durch elektronische Maßnahmen ausgeschieden werden. Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Breite der Reflexionsimpulse 1· und/oder 20 so klein au bemessen« dad die gewunechten, leichten Ionen geradeUnwanted ions, which in themselves reduce the reflection (like e.g. the mass 39 in Fig. 9) can, as mentioned, through electronic measures are eliminated. A first possibility is the width of the reflection pulses 1 · and / or 20 Measured so small, because the wanted, light ions are straight

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genug Zeit haben, um den ebenen Teil 17 wieder su erreichen, bevor der Impuls und damit der reflektierende Potentialberg verschwindet. Die schwereren, langsamer laufenden Ionen befinden sich dann noch in der Abwärtsbewegung, wenn der Potentialberg verschwindet. Sie erhalten dadurch nicht ihre volle Energie und Geechwindigkeit und treffen verspätet an dem gegenüberliegenden Röhrenende ein. an dem dann der Reflexionsimpuls schon abgeklungen ist.have enough time to reach the flat part 17 again before the The momentum and thus the reflecting potential mountain disappear. The heavier, slower moving ions are then still there in the downward movement, when the potential mountain disappears. she do not get their full energy and speed and hit late at the opposite end of the tube. at which the reflection pulse has already died down.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Ionen an dem der Ionenquelle entgegengesetzten Ende durch einen sehr kurxen Spannungsimpuls einen Bewegungsimpuls zu erteilen* der den doppelten Betrag und das umgekehrte Vorzeichen des Bewegungsimpulses mv der mit der Geschwindigkeit ν anlaufenden gewünschten Ionen der Masse m besitzt. Hierdurch wird erreicht, dal nur die Ionen gewünschter Masse mit der gleichen Geschwindigkeit wieder durch die Laufstrecke 17 zurücklaufen. Die schwereren Massen laufen langsamer und können die Höhe ihres ursprünglichen Ablaufpunktes nicht mehr erreichen. Die leichteren Massen fliegen fiber das Maximum 14 weg und sind danach ausgeschieden.Another possibility is to attach the ions to the the end opposite the ion source by a very short voltage impulse to give a motion impulse * twice that Amount and the opposite sign of the motion impulse mv of the desired ions of the mass approaching with the velocity ν m owns. This ensures that only the ions are more desirable Run the mass back through the track 17 at the same speed. The heavier masses run slower and can do that No longer reach the height of their original expiry point. The lighter masses fly away over the maximum 14 and are thereafter eliminated.

Der zur Reflexion erteilte Impuls kann so bemessen werden, dall die gewünschten Ionen das Maximum 14 gerade überwinden und dann in einen Vervielfacher eintreten können. Der Elektronemstrahl wird dann vorzugsweise senkrecht zur Röhrenachse elngesch/osssii.The impulse given for reflection can be measured in such a way that dall the desired ions just overcome the maximum 14 and then can enter a multiplier. The electron beam is then preferably extended perpendicular to the tube axis.

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leichtere Ionen, die bei der Impulsreflexion das Maximum 14 ebenfalle aberwinden können» sind an ihrer höheren Energie su erkennen und können durch eine Antikoinzidenzschaltung erkannt oder gleichstromm&flig vom Nutssignal abgesogen werden. Die Reflexion der Ionen durch die beschriebene Vorzeichenumkehr des Bewegungsimpulses ist besonders in Kombination mit dem oben beschriebenen einfachen Betriebsverfahren vorteilhaft. Bei dauernd arbeitender Ionenquelle werden nämlich immer auch unerwünschte Ionen reflektiert, die ein Störsignal gleicher Frequenz, wie das Nutssignal liefern. Schwerere Ionen können bei der Impulsreflexion nun nicht mehr bis su der als Influenskollektor geschalteten Elektrode 1 gelangen, da sie bai der Reflexion su wenig Energie aufnehmen.lighter ions, which have the maximum 14 but also can wind »are sued by their higher energy recognize and can be recognized by an anti-coincidence circuit or drawn direct current from the slot signal. The reflection of the Ions through the described reversal of the sign of the motion impulse is particularly advantageous in combination with the simple operating method described above. With the ion source working continuously namely, unwanted ions are always reflected, which deliver an interference signal of the same frequency as the groove signal. Heavier ones With the momentum reflection, ions can no longer go as far as south than Influence collector switched electrode 1 get, since they bai the Reflection so take up little energy.

Bei der Reflexion durch Umkehr dee Bewegungsimpulsee ergibt sich eine besonders hohe Paräaldruekempfindliehkeit, diese Betriebsart eignet sich daher besonders für Lecksucher. Bei Helium als Testgas können auAer Heliumionen praktisch nur noch Waseerstoffionen an der Elektrode ein Signal influensleren bsw. über das Maximum 14 in den Multiplier gelangen. Der Wasserstoffpartialdruck ist aber im allgemeinen so klein, dall auch ohne die oben erwähnten Maßnahmen zur Erfassung leichterer Ionen keine Störungen su befürchten sind.In the reflection by reversing the movement impulse lake results a particularly high sensitivity to paraldry pressure, this operating mode is therefore particularly suitable for leak detectors. With helium as the test gas Apart from helium ions, practically only hydrogen ions can reach the Electrode influencing a signal bsw. over the maximum 14 in the Multiplier arrive. The hydrogen partial pressure is, however, in general so small that even without the measures mentioned above Detection of lighter ions no interference is to be feared.

Bei getasteter Ionenquelle ist es erwünscht, dal alle neugebildeten Ionen sur gleichen Zeit starten. Man kann dies dadurch erreichen, dafl man mit einer Hilfselektrode 15, beispellsweise in Form eines Ringes, einenWhen the ion source is scanned, it is desirable that all newly formed Ions start at the same time. One can achieve this by being with an auxiliary electrode 15, for example in the form of a ring, one

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zusätzlichen Potentialberg 16 (Fig. 2) erzeugt, der dm* Ablaufen der neu gebildeten Ionen in die Laufstrecke verbindert und diese erst bei Beendigung der Ionenerzeugung alle gleichseitig freigibt.additional potential mountain 16 (Fig. 2) generated, the dm * running of the new formed ions connects in the running path and these are only released on the same side when the ion generation is complete.

Die Impulse an den getasteten Elektroden kennen unter Umstanden an der Signalabnehmeelektrode ein Störsignal erseugen. Solche Störungen kann man auf folgende Weise ausschalten:You may know the impulses on the probed electrodes Suck an interfering signal at the signal pick-up electrode. Such disturbances can be eliminated in the following way:

Man kann swischen die getastete Elektrode und die Signalabnahmeelektrode eine Kompensationselektrode einschalten, der ein gegen* phasiger Impuls geeigneter Amplitude zugeführt wird.You can wipe the touched electrode and the signal pickup electrode switch on a compensation electrode, which is switched on against * phase pulse of suitable amplitude is supplied.

Man kann die Störspannungen an der Signalelektrode in bekannter Weise neutralisieren.The interference voltages at the signal electrode can be neutralized in a known manner.

Störspannungen heben sich an der Mittelelektrode 3 auf, wenn die Elektroden 1 und S gegenphasig getastet werden, d. h. wenn der einen Elektrode ein positiver Refieadonsimpuls sugefflhrt wird, wird an die andere Elektrode gleichseitig ein negativer Impuls gleicher Amplitude gelegt. Dies ist durch die strichpunktierten Kurven in Fig. 2 angedeutet.Interference voltages cancel each other out at the center electrode 3 if the electrodes 1 and S are scanned out of phase, i.e. H. if the one A positive feedback pulse is suggested to the electrode other electrode placed a negative pulse of the same amplitude on the same side. This is indicated by the dash-dotted curves in FIG.

SchlieOlich kann die Ionenquelle mit einer beliebigen niedrigen Frequens moduliert werden, so daü das Nutisignal durch seine Modulation erkannt und ausgesondert werden kann.Finally, the ion source can have any low Frequens are modulated, so that the Nutisignal through its modulation can be recognized and discarded.

Zur radialen Fokussierung der Ionen kann in an sich bekannter Weise ein axial gerichtetes magnetisches Gleichfeld vorgesehen werden. In den Bereich 17 kann man gewftnschtsnfails Anordnungen einbauen,An axially directed constant magnetic field can be provided in a manner known per se for radial focusing of the ions. In the area 17 you can install custom snails arrangements,

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die zusätzlich su den beschriebenen Maßnahmen die Xonenselektion erhöhen* z. B. eine magnetische Ionenoptik oder ein Paul* sehe* Vierpolfeld. the additional measures described below, the xon selection increase * z. B. a magnetic ion optics or a Paul * see * four-pole field.

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Claims

PATENT CLAIMS

1. Mass spectrometer with the length of an axis in a vacuum vessel at a distance from one another arranged electrodes to generate an electrical potential distribution in which ions from one to one Extending the end of the electrode assembly located ion source vibrations lings of the axis, characterized in that a number of central electrodes (2. S, 4) with a direct voltage are so biased that the potential (φ) in an extended, middle area (17) is at least approximately constant and that at least one in the area of the ends of the electrode arrangement lying outer electrode (1 or 5) can be connected to a pulse source, the periodic output voltage of which the potential the connected electrode for a first, preferably larger part of the pulse period on a less positive and for a «wide, preferably smaller part of the pulse period holds at a more positive value.

2. Mass spectrometer according to claim 1, characterized in that the output signal is at a symmetrically located in the middle Electrode (3) is removed.

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1. Mass spectrometer according to claim 1, characterized in that then connect an electrode (1 or 5) at one end of the electrode assembly to the pulse source and da · da «output signal from the electrode at the other end · (f or 1) is removed.

4. Mass spectrometer according to claim i or 1, characterized gekeaascickaet, dai electrodes (1, ·) aa both Baefca the

aa «las Imsttisamell * or awel sjraeareai eierte

·· MMMajapslriüNM »ttsr aa« · AasprvoH 4, thereby gekeaaselcaaet. dft · the Imaulsfualle <M) at «· Xlektredea (1. ·) on both sides poeiure iMpmlee Uefert.

·· Mass spectrometer according to claim 4, characterized in that where the pulse source (ii) is connected to the two electrodes (I, S) alternating positive impulses Uefert.

7. mass spectrometer according to claim β, characterized thereby, that a negative impulse of the same amplitude as that of the other electrode leads to a positive impulse at the same time as the last sugeMhrt.

·. Mass spectrometer according to one of the preceding address, characterized in that the magnitude of the impulse voltage and / or the equilibrium bias voltage, dk that of the IoeenqueUe (7)

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adjacent electrode (1) are adjustable.

9. According to the previous address, mass spectrometer is characterized by the fact that the pulse duration is variable.

10. Mass spectrometer according to one of the preceding address, characterized in that the pulse frequency is variable is.

11. Mass spectrometer according to one of the preceding claims, characterized by the fact that the impulses emitted by the electrode (ft) at the end of the electrode arrangement facing the ion source (7) be suggested that they are on course if possible and that their amplitude is so is dimensioned so that the approaching ions are given a motion impulse , which is twice the amount of the motion impulse of the approaching desired ions and the opposite of * selchen owns.

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