DE1573998C3 - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Massenspektrometer mit einer Ionenquelle, mit einem Elektromagneten, dessen Magnetfeld quer zum Ionenstrahl verläuft mit einer Nachweisvorrichtung für einen Spektrumsabschnitt des abgelenkten Ionenstrahls und mit einer Abtastvorrichtung, die einen fortlaufend veränderlichen Strom für den Elektromagneten erzeugt Ein derartiges Massenspektrometer ist aus der GB-PS 9 57 084 bekannt

Bei dem bekannten Massenspektrometer kann eine unbeabsichtigte Ablenkung der Ionenstrahlbahn relativ zur Nachweisvorrichtung dadurch verhindert werden, daß die Polarität und die Stärke eines Ionenhilfssteuerfeldes derart verändert wird, daß die Bahn des Ionenstrahls relativ zur Nachweisvorrichtung unabhängig von langsamen, stetigen Änderungen der Parameter bleibt Die durch die fortschreitende Änderung des Erregerstroms im Magneten entstehenden Wirbelströme bewirken jedoch zusätzlich zu den vorgenannten langsamen Änderungen der Ablenkung eine Veränderung der Brennweite des magnetischen Feldes des Elektromagneten, wodurch das Auflösungsvermögen vermindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei durch Änderung des Magnetfeldes abgetasteten Massenspektren das Auflösungsvermögen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Die erfindungsgemäße Lehre stellt ein einfaches Mittel dar, mit dem die Lage der Fokalebene entsprechend den auftretenden Wirbelströmen verändert werden kann, wodurch das Auflösungsvermögen bei Änderung des Magnetfeldes zum Abtasten des Massenspektrums erhöht werden kann. Wesentlich ist dabei die stetige Korrektur« der Fokallänge des Ionenstrahls während · der , Abtastung mit hoher Geschwindigkeit so daß' Veränderungen, die durch Wirbelströme hervorgerufen sind, kompensiert werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Einzellinse ist im Anspruch 2 beschrieben.

Verschiedene Stellungen, die für die Einzellinse möglich sind, sind durch die Unteransprüche 3 bis 6 gegeben. Für jede dieser Anordnungen ist eine andere Amplitude der Steuerspannung erforderlich.

Drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Äusführungsform des Massenspektrometers;

Fig.2 einen Teil einer Elektrodenanordnung aus F i g. 1 und

F i g. 3 und 4 Vertikalabschnitte durch zwei weitere Ausführungsformen des Massenspektrometers.

Gemäß den F i g. 1,3 und 4 enthält jedes Massenspektrometer eine Ionenstrahlquelle 1, in die eine Probe 3 eingeführt werden kann, und in der an dieser Probe Ionen freigesetzt werden können. Nach Durchtritt durch eine Elektrode 5, an der eine Beschleunigungsspannung liegt gelangt der Ionenstrahl zuerst zu einem elektrostatischen Analysator 7 mit gegenüberstehenden leitenden Platten 7P, zwischen denen eine Potentialdifferenz aufrechterhalten wird, und dann zu einer Schlitzblende 9 und zu einem aus einem Elektromagneten bestehenden Analysator 11. In diesem Analysator 11 erzeugt eine Spule 11 Cein starkes Magnetfeld quer zum Ionenstrahl.

Ein Teil der abgelenkten Ionen durchläuft eine einstellbare Schlitzblende 13 und wird von einer Kollektorelektrode 15 aufgefangen, der ein Elektronenvervielfacher 17 zugeordnet ist Die Schlitzblende 13, die Kollektorelektrode 15 und der Elektronenvervielfacher 17 bilden die Nachweisvorrichtung für die Ionen.

Das bis jetzt beschriebene Massenspektrometer ist an sich bekannt; die Ausgangssignale des Elektronenvervielfachers 17 dienen nach ihrer Verstärkung der Aufzeichnung derjenigen Ionen, die durch die einstellbare Schlitzblende 13 hindurchgehen. Der Ablenkwinkel eines durch den magnetischen Analysator 11 hindurchlaufenden Ions hängt von der Beschleunigungsspannung, die die Geschwindigkeit der Ionen festlegt von der Feldstärke im Analysator 11 und von der Masse des Ions ab. Ein Verfahren, einen großen Bereich des Massenspektrums abzutasten, besteht darin, die im elektrostatischen Analysator 7 und an der Beschleunigungselektrode 5 benutzten Spannungen konstant zu halten und den der Spule 11C des magnetischen Analysators 11 zugeleiteten Strom zu verändern. Hierdurch wird der Ablenkwinkel aller den magnetischen Analysator durchlaufenden Ionen fortschreitend verändert Wenn nun das vom Elektronenvervielfacher 17 abgegebene Signal in einer Kathodenstrahlröhre zur Vertikalablenkung des Strahls benutzt wird und gleichzeitig die horizontale Abtastgeschwindigkeit der Ab- und Zunahme des Magnetfeldes im magnetischen Analysator 11 entspricht wird auf der Röhre das Massenspektrum dargestellt

Wie man herausgefunden hat, kann bei schneller Abtastung die Auflösung verbessert werden, wenn gewisse durch Wirbelströme im Magneten hervorgerufene Unregelmäßigkeiten im Feld des magnetischen Analysators überwunden werden. Dazu liegt eine als ; Einzellinse ausgebildete Elektrodenanordnung 21 unmittelbar vor dem elektrostatischen Analysator 7, und es wird ihr eine Spannung zugeführt, die in Abhängigkeit von dem Strom durch die Spule HC des magnetischen Analysators 11 in vorgegebener Weise ι ο verändert wird.

Wie aus Fig.2 deutlicher zu erkennen ist, enthält diese Elektrodenanordnung drei mit einem Schlitz versehene Platten 23,25 und 27, die längs der Bahn des Ionenstrahls angeordnet sind; die kleinere Achse der i; Schlitze verläuft dabei parallel zu den Kraftlinien 29 des elektrostatischen Feldes zwischen den Platten TP des elektrostatischen Analysators. Die beiden Platten 23 und 27 sind geerdet, während der Platte 25 von der Steuereinheit 51 eine Spannung zugeführt wird, die sich >o entsprechend dem Strom durch die Spule 11 Cändert, so daß sich während der Abtastung des Spektrums für das Verhältnis von Masse zu Ladung der zu analysierenden Substanz die Elektrodenanordnung wie eine elektrostatische Linse verhält, durch die die Fokalweite des Ionenstrahls veränderbar ist; damit läßt sich die Lage der Fokalebene von der Steuereinheit 51 derart einstellen, daß die Massenauflösung verbessert wird.

Der genaue Zusammenhang zwischen der Steuerspannung und dem Strom im Analysator wird am besten experimentell bestimmt, da er von Analysator zu Analysator verschieden sein wird.

Die Elektrodenanordnung braucht nicht wie in F i g. 1 dargestellt angeordnet zu sein, sondern kann überall längs des Ionenstrahls zwischen der Beschleunigungselektrode 5 und der Schlitzblende 13 mit Ausnahme der Ionenschnittpunkte liegen. Gemäß Fig.3 kann sie zwischen der Schlitzblende 9 und dem elektromagnetischen Analysator 11 oder gemäß Fig.4 zwischen dem magnetischen Analysator 11 und der Schlitzblende 13 angebracht sein. Ihre Arbeitsweise ist im Prinzip davon unabhängig, ob die Lage der Elektronenanordnung 21 nach der F i g. 1,3 oder 4 benutzt wird, jedoch sind die in den drei Fällen benötigten Spannungsamplituden unterschiedlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Massenspektrometer mit einer Ionenquelle, mit einem Elektromagneten, dessen Magnetfeld quer zum Ionenstrahl verläuft, mit einer Nachweisvorrichtung für einen Spektrumsabschnitt des abgelenkten Ionenstrahls und mit einer Abtastvorrichtung, die einen fortlaufend veränderlichen Strom für den Elektromagneten erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ionenquelle und der ι ο Nachweisvorrichtung eine elektrostatische Einzellinse (21) angeordnet ist und daß eine Steuereinheit (51) eine Spannung für die Einzellinse erzeugt, die sich entsprechend dem Strom im Elektromagneten verändert.

2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellinse (21) aus drei mit einem Schlitz versehenen Platten (23,25,27) besteht und daß die beiden äußeren Platten geerdet sind.

3. Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellinse (21) in Strahlrichtung vor dem Elektromagneten (11) angeordnet ist

4. Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellinse (21) in Strahlrichtung hinter den Elektromagneten (11) angeordnet ist

5. Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2 mit einem elektrostatischen Analysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellinse (21) in Strahlrichtung vor dem elektrostatischen Analysator (7) angeordnet ist

6. Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2 mit einem elektrostatischen Analysator, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellinse (21) in Strahlrichtung hinter dem elektrostatischen Analysator (7) angeordnet ist