DE1648898A1 - Feldionisationsmassenspektrometer mit Ionenstrahlregeleinrichtung - Google Patents

Description

Esso iiesearch and. Engineering Company in Elisabeth, rJew Jersey (USA)

Feldionisationsmassenspektrometer rait Ionenstrahlregeleinrichtun.i.';

öle vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein .b'eldionisatiorismassenspektrometer mit einer ionenstrahlregel-

i'iasßofiapektrometrie ist ein Verfahren, um die oheiiiisch'i oder atomare Zuüamrnejnsotzunf¹; von Materialien zu bestimmen, ijr_;j. konventionellen iiassenspektrometern wird das

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zu untersuchende Material in eine Ionisationskammer eingeführt und einem Elektronenbeschuß ausgesetzt, wodurch das zu untersuchende Material ionisiert wird. Die erzeugten Ionen werden innerhalb einer Massenspektrometerröhre durch ein elektrostatisches Feld beschleunigt und mit Hilfe eines magnetischen Feldes in einzelne Gruppen von Massenteilchen aufgeteilt. Die relative Häufigkeit von Teilchen in jener Massengruppe wird daraufhin bestimmt und die Häufigkeitsmaxima auf einem oscillographischen Diagramm aufgezeichnet. Jede ionisierte Massengruppe hat ein^ bestimmtes Massenladungsverhältnis (m/e) und erscheint deshalb in Form einer Häufigkeitsspitze auf dem oscillographischen Diagramm.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, eine verbesserte Anode für Massenspektrometer zu schaffen. Im Gegensatz zu den bekannteren Spektrometern, bei welchen die Ionen durch Elektronenbeschuß erzeugt werden, bezieht sich die Erfindung auf"jene Spektrometer, die eine Ionenquelle mit Feldionisation aufweisen. Feldionisation wird in vorteilhafter Weise in der Massenspektrometrie verwendet, da dadurch einfachere Spektren erzielt werden. Bei diesem Verfahren wird eine Probe des zu analysierenden Materials verdampft und die verdampften Moleküle in ein Gebiet mit sehr hoher elektrostatischer Feldstärke zwischen einer Anode und einer etwa 2 mm davon entfernt lie^enuen Kathode gebracht. In diesem üebiet zwischen der Anode und der

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Kathode herrscht ein elektrostatischer Feldgradient in der Größenordnung" von IU v/cm. Dieser Feldgradient erzeugt derartige Kräfte, daß einzelne Elektronen von den gasförmigen Molekülen weggerissen werden. Die dadurch gebildeten positiven Ionen werden dann sö'hr schnell aus dem Gebiet hoher Feldstärke aufgrund der durch die von der Feldionisationsanode ausgehenden abstoßenden Kräfte ausgestoßen. Von diesem Punkt an wird das lonisationsgemüsjh durch ein beliebiges konventionelles massenspektrometrisches Verfahren analysiert, wie dies in der Fachwelt bekannt ist. Im Gegensatz zu dem Elektronenbeschußverfahren bedingt das Feldionisationsverfahren eine größere Häufigkeit von Normalionen und geringere Mengen von lonenfragmenten, so daß letzteres Verfahren sehr viel vorteilhafter bei der Analyse von Molekulargemischen angewandt werden kann.

Große Feldgradienten, die, wie bereits angedeutet,

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in der Größenordnung von 10 V/cm liegen, können durch eine Anode erreicht werden, die einen sehr kleinen Krümmungsradius aufweist. So kann z.B. errechnet werden, daß eine Feldionisa tion sanode in der Form eines dünnen Drahtes mit einem Durchmesser von 0,25M , eine Feldstärke von 7,6 χ 10 V/cm in der wähe der Oberfläche des Drahtes erzeugt, wenn eine Potentialdifferenz von 10.000 V zwischen der dünnen Drahtanode und einer in deren Wäho sich befindenden Kathode angelegt wird.

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In der Vergangenheit ΉμΓΐβη im wesentlichen drei verschiedene Arten Feldionisationsanoden bei Massenspektrometern verwendet. Die erste Art verwendet eine aus einem fiefraktionsmaterial ivie Tungsten, Hatin oder Gold bestehende Nadel, die an ihrer Sptze einen sehr kleinen Krümmungsradius aufweist; der durch elektrolytisehe Ätzung erhaltene Krümmungsradius der Nadelspitze liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 500 1000 A . Die zweite Art verwendet als Anoden lia si erklingen, wobei jedoch die verwendung von dieser Art der Anode bisher sehr beschränkt blieb, da die dadurch erzeugte Feldstärke relativ gering ist» Die dritte Art verwendet dünne Drähte, wie dies bereits oben erwähnt worden ist« Es muß darauf hingewiesen werden, daß diese dünnen Anodendrähte, die auch als ßeckey-wolla= stondrähte bezeichnet werden, aufgrund ihrer Zerbrechlichkeit sehr schwirig herzustellen und zu verwenden sind. Die mit solchen Drahtanoden erreichbaren Empfindlichkeiten sind jedoch 100 bis 1000 mal so groß wie diejenigen mit einer einzelnen Anodenspitze, Trotz der Tatsache, daß, wie oben erwähnt, mit Hilfe dieser einzelnen Drähte bereits sehr hohe Ansprechempfindlichkeiten erreicht werden, so ist doch das Bestreben beim jetzigen Stand der Entwicklung die Empfindlichkeit derartiger Einrichtungen weiter zu steigern; eine Bepcrenzung ergibt sich dadurch, daß die mit derartigen Ionenquellen erzielbaren Sif;-nalstärken jedoch äußerst gering sind, wobei unerwünschte Fluktuationen auftreten. Derartige JOuktuationen sind teilweise durch die bekannten statistischen Vorpru'e^'unfien bei sonv.aeiVM'

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elektrischen Signalen, teilweise jedoch auch durch das Feldionisationsverfahren ganz allgemein und durch die den verwendeten Drähten innewohnenden Eigenschaften im besonderen bedingt. Aufgrund der Parallelanmeldüng der Anmelderin (..■>„ ο .<,.».) ist zum Erzielen stärkerer Signale eine Vorrichtung mit einer besonderen, als "Spitzenanode" bezeichneten Feldionisationsanode beschrieben.

Die Erfindung, die sich auf eine Steuervorrichtung von Massenspektrometer mit einer Feldionisationsquelle bezieht, ist darauf gerichtet, Fluktuationen bei Ionenstrahlen hinsichtlich ihrer Größe zu minimisieren. In diesem Zusammenhang soll hervorgehoben werden, daß die erfindungsgemäße Einrichtung zum Steuern von lonenstrahlflqtuationen unter Verwendung einer beliebigen der oben beschriebenen Anoden verwendet werden kann, wobei jedoch mit Spitzenanoden gemäß der .Parallelanmeldung ( ) besonders gute Resultate erzielt werden können.

Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Steuern der statistischen Fluktuationen der äußerst schwachen Signale bei einem Massenspektrometer mit Feldionisation zu π c hai'fen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Maßprobe für lorienstrahlen zu schaffen, welche nicht mehr als LU üiu 1'· <a aea ■· on---.nstVhMla absorbiert.

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Schließlich ist es Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, durch welche die zeitliche Verringerung des zu unterstehenden Probenmaterials innerhalb der Probenkammer eines Massenspektrometers kompensiert werden kann.

Für den Fachmann wird es sofort klar sein, daß letzt? genanntes Ziel nur bei Massenspektrometern mit Feldionisation verwirklicht werden kann, denn wenn eine derartige Steuereinrichtung innerhalb eines Massenspektrometer mit Elektronenimpaktionisation eingebaut würde, würden die dabei zwischen der Anode und der Kathode, auftretenden Potentianschwankungen zu unerwünschten Veränderungen in dem Aufspaltdiagramm führen.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Meßprobe vorgesehen ist, die ein zur Intensität des Ionenstrahls proportionales elektrisches Signal abgibt und daß Einrichtungen vorhanden sind, durch welche die negative Kathodenspannung in Abhängigkeit des von der Weßprobe abgegebenen Signals geregelt und die Intensität des Ionenstrahls dadurch beeinflußt wird.

Die Erfindung ist auf eine verbesserte Steuereinrichtung bei Massenspektrometern mit Feldionisation gerichtet, wobei mit Hilfe dieser Steuereinrichtung automatisch das i\athodenpotential gegenüber der i-'eldanode derart verändert werden iiann, daß die am Ausgang der ionenquelle auftretenden i'luktuafciotien kompensiert v/erden. Das System ^einälä der Erfindun. Koni-

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pehsiert ebenfalls für den Verbrauch an Probenmaterial,velcher normalerweise im Laufe einer Massenspektrometeruntersuchung auftritt. ?ür den Fachmann dürfte es einleuchtend-sein, daß ein Zunehmen der Potentialdifferenz zwischen der Anode und der Kathode einer Massenspektrometerionenquelle die Zahl der von der quelle erzielbaren Ionen zunimmt} es ist deshalb durch Steuerung der Potentialdifferenz möglich_f die Fluktuationen der lonenstrahlintensität zu kompensieren. Es ist wichtig, festzustellen, daß, wenn im Gegensatz zu einer Ionenquelle mit Elektronenbeschuß eine mit j/eldionisation verwendet wird, die notwendigen 1-Otentialänderungen keine merklichen Veränderungen der .Natur des. Massenspektrometerdiagj^ramms hervorrufen. Wenn eine derartige Betriebsweise bei einer Elektronenbeschußquelle verivendet würde, würden die sich verändernden Potentiale sehr starke nachteilige Veränderungen innerhalb des Aufspaltdiagramms hervorrufen, so daß das massenspektrometrische Diagramm nicht mehr interpretiert werden könnte.

Wie im folgenden noch weiter erklärt werden wird, ist der durch die Ionenstrahlmeßprobe erzeugte Strom etwa zwei üröit>enordnunp;en größer als das zu steuernde Signal. Die Meßprobe besitzt deshalb einen sehr günstigei/elektrisehen Spannungsperrel und das trotz der Tatsache, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform nur ungefähr 10 % des lonenstrahls für den Betrieb des Steuerkreises verwendet werden, während ungefähr 90 % des lonenstrnhls ungehindert an der Meßprobe vorbeige-

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leitet werden. Die Konstruktion der Heßprobe, die konstant

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den zwischen 10 und 10 Ampere variierenden schwachen Ionenstrahl messen und dabei nicht zu viel von demselben absorbieren darf, soll im folgenden noch erörtert werden. Während mit einer Vorrichtung gernei3 der Erfindung es möglich ist, Ionenstrahlfluktuationen derart zu steuern, daß der gesteuerte Wert nur zwischen + 3 bis k % variiert, sind mittlere Abweichungen zwischen + 18 % des öfteren bereits beobachtet worden, wenn keine abartigen Steuermittel angewendet werden.

Im folgenden soll an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung erklärt und erörtert werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm der Ionenstrahlintensitet in Abhängigkeit der angelegten Spannung.

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ionenstrahlmeßprobe für die Verwendung von der innerhalb Fig. 2. dargestellten Steuereinrichtung.

Fig. 4 eine grafische Darstellung der ionenstrahlintensität, der noj.tativeri Versorgunrsf.pannimr· und der- irobenmaterian Verbrauches in Abhnnirivlioit der :-'eit.

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Im folgenden soll auf die Figuren und insbesondae auf Kl,"·;. 1 Bezug genommen t^erden, in welcher eine typ^ische Stromspannungskurve eines iUassenspektrometers mit Peldionisation gezeigt ist. wiese Kurve wurde dadurch erhalten, daß eine trobe von AcEfcon in den lonisationskopf eingeführt wurde, worauf die ein der kathode des lonisationskopf es angelegte negative Speisespannung verändert wurde. Die Ordinate der Fig. 1 ist ein Haß der M-3 58 Spitze von Aceton in Skaleneinteilungen eines Standardmassenspektrometerdiagramrns. Der angegebene Ordinatenwert ist direkt proportional zur Intensität des aus

Ionen dieser besonderen Art von Aceton- bestehenden lonenstrahls.

Die Abszisse des Diagramms gibt die negative Spannung an, die an die Kathode angelegt ist, wobei die Anode konstant auf + 3000 V gehalten worden ist.

An nand von I¹Ig. 1 erkennt man, daß durch Veränderung der an die Kathode angelegten negativen Spannung mit zunehmender totentialdifferenz zwischen Anode und Kathode eine Zu-

der
nähme der Menge/von der Ionenquelle abgegebenen Ionen eintritt.

uiese Zunahme tritt bis zu einem mit "e" bezeichneten Punkt ein, von welcher Stelle an die Kurve sich abzuflachen beginnt, ,vie erfindun/'sgemäße iiiinrichtun/'; ist derart ausgelegt, daß nio in (.Um steil ansteigenden Toil des Stromspannungsberei- "A.^f:ti xwujchor; · lon .funkten "o" und "f" arbeibeb. Solange die (:νΐ'\<*'ίΗΐ:··ϊ}?(ιη\Κ[ζ". .:)toLior^>':iLiij'Lohtiin,^r': Ln <;i Losem uobiet betrieben

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keine merklichen Veränderungen der iMatur des Massenspektrometerdiagrammse Wie bereits erwähnt worden ist, findet die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung ihre größte Anwendbarkeit bei IonenstrahlqtaLlen mit Feldionisation, da merkliche Veränderungen des Aufspaltdiagramms auftreten würden, wenn eine derartige Einrichtung bei Massenspektrometerionenquellen mit Elektronenbeschuß verwendet würde.

Im folgenden soll auf Fig. 2 Bezug genommen werden, in welcher eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist. Das schematisch dargestellte Massenspektrometer 1 weist einen lonisationskopf 9 mit einer Kathode 4 und einer Anode 7 auf. Unterhalb der Kathode k- jedoch innerhalb des Ionisationskopfes sind eine Mehrzahl von Platten 3 und 5 angeordnet, deren Funktion in dem folgenden noch beschreiben sein soll. Das Massenspektrometer 1 weist ferner eine Massenspektrometerrohre 2 auf, in deren mittlerem .Bereich ein Magnetfeld mit Hilfe eines Elektromagneten 6 erzeugt wird und die an ihrem Ende mit einer Dedektormeßprobe 8 versehen ist.

Die Massenspektrometerrohre arbeitet wie fo!|gjb: juie zu analysierende Materialprobe wird über eine Leitung 11 in den lonisationskopf S> eingebracht. Die Materialprobe wird daraux'ain innerhalb des lonisationskopfes ionisiert unu die erzeugten Ionon aus dar· loni.aatioits^auua-rU· Li die i-iassenspektrometerröhre ^

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befördert. Beim Flug der ionisierten Teilchen durch&ie Massenspektrometerröhre 2 werden dieselben in homogene Strahlenbündel - beispielsweise 13, 15» 17 - durch das zwischen den Polen des Elektromagneten 6 erzeugte magnetische Feld aufgeteilt. Die Stärke des durch den Magneten 6 erzeugten Magnetfeldes kann variiert werden und ist eine Funktion des durch die Wicklung 19 fließenden elektrischen Stromes. Bei einer gegebenen magnetischen Feldstärke kann nur derjenige ^ Ionenstrahl, dessen Massen-Ladungsiverhältnis m/e der Stärke des magnetischen Feldes entspricht - gemäß Fig. 2 nur der Ionenstrahl 17 - durch den gekrümmten Teil der Massenspektroröhre 2 und durch den Kollektorschlitz 21 in die Dedektoreinheit 8 gelangen. Die d.urch den Kollektorschlitz 21 durchtretenden Ionen fallen innerhalb der Dedektoreinheit 8 auf eine nicht gezeigte Kollektorelektrode und erzeugen einen sehr geringen elektrischen Strom. Dieser Strom wird mit Hilfe von mehreren hintereinander angeordneten nicht gezeigten Sekundäremissionskathoden verstärkt und mit Hilfe ^ eines geeigneten Gerätes 23 registriat. Mit Hilfe dieses üegistriergerätes kann ein nicht gezeigtes oscillographisches uiagramm erzeugt werden, mit dessen Hilfe die Anwesenheit

in-
und die Menge eines bestimmten teressierenden Ions bestimmt

werden kann.

^!.}em£ß der Erfindung- ist eine lonenstrahlmeßprobe 10 innerhalb der llassenspektrometerröhre 2 in dem Gebiet zwischen der Ionenstrahlquelle=¹ und dein Elektromagneten 6 a.nre-

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ordnet. Diese Meßprobe 10 ist im wesentlichen senkrecht zu der Fortbewegungsrichtung des lonenstrahls gelagert und sollte zwischen 3 und 35 cm, vorzugsweise jedoch 25 cm unterhalb der Ionenquelle angeordnet sein. Die kontinuierlich einen schwachen

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Ionenstrahl zwischen 10 und lO Ampere messende heßprobe muß derartig geschaffen sein, daß sie nicht zu sehr das Signal abschwächt, welches vom Dedektor 8 des Massenspektrometers 1 empfangen werden soll«,

Damit das Meßgitter Fluktuationen des lonenstrahls genauer messen kann, sind innerhalb ue.r ionenquelle des nassenspektrometers zxvei Sätze von Blenden oder Führungsplatten angeordnet, wobei der erste dieser Sätze durch das ÖSsugszeiehen 3 und der zweite durch das Bezugszeichen 5 gekennzeichnet ist. uer Abstand zwischen diesen beiden Blendensätzen beträgt ungefähr 2,5 mm, so daß der Ionenstrahl ebenfalls auf diese Dicke beschränkt ist. Dies entspricht ebenfalls der Dicke des lonenstralils, der durch die Meßprobe 10 hindurchfällt. Durch diese blenden wird verhindert, daß der· !lähmen der Meßprobe Signale auffingt, wobei dieser Jiahmen dazu dient, die fleßprobe innerhalb oer fipssenspektrometerröhre zu befestigen.

Unterhalb der Meßprobe 10 ist eine Schlit^blendenplatte 29 vorgesehen, die einen über 3^ ^mm langen und 2,5 mm breiten Schlitz aufweist. Diese Platte begrenzt den Ionenstrahl, der durch die Meßprobe iü hindurchgelon/'t, so daß ei>ie ...enauere Hessun/-. innerhalb des Dedektors ;~^; möglich ist.

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In Betrieb arbeitet das Gerät von Fig» 2 wie folgt: Der Ionenstrahl wird mit Hilfe der Meßprobe 10 gemessen» Dadurch wird ein äußerst kleiner Strom in der Größenordnung von

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10 ^J bis 10 , normalerweise jedoch von 10 ^J bis 10 Ampere erzeugt. Dieser Strom, der sich natürlich in Abhängigkeit von der Intensität cies zu messenden ionenstrahls verändert, wird über eine Leitung lh an einen Vorverstärker 12 geleitet, der in der wähe der Meräprobe 10 angeordnet ist. Der Vorverstärker 12 ist vorzugsweise ein Verstärker der Art eines Vibrationsxieed-Elektrometers, das ein Gerät hoher Qualität mit außergewöhnlicher elektrischer Stabilität ist und das in bekannter Weise für die Messung sehr schwacher Signale am Dedektt^ende 8 der üassenspektrometer 2 verwendet wird, wobei Ströme in

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der Größenordnung von 10 bis 10 auftreten. Geeignete Arten von Vibrations-tieed-Elektrometern sind beispielsweise das Vibrations-rieed-Elektrometer CJary, Model 36 und das Femtometer victoreen Model ^75- las sei bemerkt, daß wegen der äußerst hohen Empfindlichkeit des Vorverstärkers 12 eine kurze, vibrationsfreie und vollkommen abgeschirmte Verbindungsleitung 14 zwischen demselben und der Meßprobe 10 notwendig sind. Der Vorverstärker 12 mißt den durch die Meßprobe 10 erzeugten Strom und erzeugt eine Spannung, die direkt zu dem gemessenen Strom proportional ist. uiese Spannung ist gewöhnlich in der Größenordnung 10"^ bis 10"^ Volt.

iüftse Spannung wird daraufhin über eine Leitung 20 an ijp''i.rmun;;;stoiler 22 und von demselben über eine Leitung

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2k an eine Mullableichseinrichtung 26 geleitet, während der

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Spannungsteiler dazu verwendet wird, eine geeignete Spannung für den Ser^osteuermechanismus auszuwählen, dient die hullabgleichseinrichtung dazu, einen zu fixierenden Referenzpunkt herzustellen. Das von dem_ Nullableichsgerc.t 26 gelieferte Signal "wird über eine Leitung 28 an eine Ser^osteuereinrichtung 30. geleitet. Eine geeignete Sefbsteuereinrichtung gemäß der Erfindung kan man. dadurch erhalten, daß man den Schreiber Speedomax, Model 6 der Firma Leeds und JMorthrup modifiziert, indem man den Schreibfedermechanismus entfernt und an der Antriebswelle 31 ^es Hauptpotentiometers eine geeignete jxupplung und Getriebe 32 zum Antrieb einer Kette befestigt. Die mit einem geeigneten Spannmechanismus versehene Kette 34 treibt über ein Zahnrad 36 die Steuerwelle 37 der negativen Spannungsversorgungseinheit 38 an, wodurch die über die Leitung 39 an die Kathode der Feldionisationsquelle 9 gelieferte.Spannung geregelt wird.

Wenn beispielsweise die Intensität des Ionenstrahls sich aufgrund des Verbrauchs des Materials oder durch kurzzeitige ab a tistische Fluktuationen verringert, wird das von der Meßprobe 1Ü gemessene Signal abnehmen. Jurch diese verringerung des Signals wird ein^ entsprechend proportionales korrektursignal an die Servosteuereinriohtung 30 geleitet. Jie Servosteuereinrichtung 30 wird daraufhin die negative Spannungsversorgungseinheit 38 derart beeinflussen, daß die an die Kathode

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3 gelieferte negative Spannung sich erhöht. Dadurch wird die Intensität des lonenstrahls derart vergrößert, daß dieselbe ihren iJormwert wieder erreicht. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 32 und 36 hängt von der Empfindlichkeit der Servostuereinrichtung ab' und der Geschwindigkeit des Verbrauchs der Materialprobe. Diese Zahnräder müssen deshalb in Abhängigkeit dieser Veränderlichen geeignet gewählt werden.

.p'ig. 3 zeigt schematisch einejd vorteilhafte Ausführungsform der lonenstrahlmeßprobe 1Oo Die Meßprobe besteht aus einem Drahtgitter kk-, a.us Molybden oder Tungstendrähten, welche einen Durchmesser von etwa 0,025 mm aufweisen und in einem Abstand von etwa 0,035 mm angeordnet sind» Das Gitter 44 wird mit Hilfe eines geeigneten HetallrahmensAk gehalten, der wiederum mit Hilfe einer Hehrzahl von Isolierkörpern k2 innerhalb d.er Massenspektrometerröhre 2 befestigt ist. Die Durchlässigkeit des Gitters gegenüber Ionenstrahlen liegt in der Größenordnung von 05 - 90 %. Beim Aufprallen des lonenstrahls auf dem Drahtgitter £|4 wird Strom erzeugt, der zu der Anzahl der Ionenaufschläge und damit zu dem gesamten Ionenstrahl proportional ist. dieser Strom wird wie oben beschrieben über die Leitung 14 an den Vibrations-Keed-Verstärker geleitet.

Die Art und Weise, in welcher ein bestimmtes Meßproblem durch die Einrichtung gemäß der Erfindung gelöst worden ist,

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kann besser im Hinblick auf die ausgeführten kessungen unter Bezug auf das folgende Beispiel verstanden werden.

Beispiel: Eine haterialpro'be von 0,00?6 ml von Aceton (l6,6 Mikromol) wurde in den Peldionisationskopf 9 eingeführt, uie spannung an dem Sekundäremissionsvervielfacher innerhalb des Dedektors 8 war auf lbüü volt und die gesamte Spannung zwischen Anode und Kathode auf ΐΛΟΟϋ Volt eingestellt.

Unter diesen Bedingungen wurden d.ie folgenden Ströme erhalten:

a) Meßprobenstrom: 3,5 x ΙΟ"¹¹ Α

b) geschätzter Strom innerhalb der heßprobe: 2,3 x 10"¹⁰A

c) Strom innerhalb der ersten ,Sekundäremissionskathode des Elektronenvervielfacher des .uedektors 6: 2,2 χ

d) Strom in der letzten Sekundäremissionskathode des Elektronenvervielfachers des Dedektors 8: 2,9 χ ICf⁷ A.

Indem man die obigen Eintragungen a) und b) miteinander vergleicht, kann man erkennen, daß der Strom der Heßprobe ungefähr zwei ü-rÖßenordnungen größer als das zu steuernde Signal ist. Die Servoeinrichtung enthält somit einen genügen ho-

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ben Spannungsjiegel» Dies ist urn so mehr beachtlich, weil nur 10 - 15 /β des Ionenstrahls zur Steuerung des Servokreises verwendet werden.

Fig. k erhält die Heßergebnisse, die über einen Meßzeitraum von 4-0 Minuten wieder unter Verwendung einer Acetonprobe und der Auswertung der m/e 58 Spitze erhalten worden sind. Wie man anhand der mit b) bezeichneten üurve erkennen kann, wird die negative Versorgungsspannung trotz leichter Fluktuationen graduell von 76ΟΟ auf 8300 Volt erhöht, während zur selben Zeit die Menge der haterialprobe um 30 % abnimmt, wie dies durch die Linie c) angegeben ist. Die Kurve a) gibt die Flixtuationen von ^O i'ießwerken in Skaleneinheiten der m/e 5Ö Spitze von Aceton über einen Meßzeitraum von kQ Minuten an· Die Abweichungen der Punkte auf beiden Seiten der Linie a) sind zufällig und zeigen im wesentlichen keine zeitabhängige Tendenz. Diese Punkte und die denselben entsprechenden Meßwerte zeigen an, daß die mittlere Abweichung trotz der kQ aufeinan» üer folgenden heiSpunkte der m/e 5& Spitze von Aceton über einen Zeitraum von 40 Minuten auf ungefähr + 3,3 . % gehalten werden konnte. In diesem Zusammenhang ist es sehr wichtig, darauf hinzuweisen, daß ohne die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung jedoch unter ähnlichen Versuchsbedingungen mittlere Abweichungen von + 18 ^Kfo sehr oft beobachtet werden konnten.

Anhand der obigen Ausführungen wurde gezeigt, daß die hiermit geoffenbarte Einrichtung als nützliches Mittel bei Has-

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senspektrometern mit Felaionisation zum automatischen Kompensieren sowohl der statistischen Fluktuationen von schwachen
Signalen als auch des zeitlichen Verbrauchs einer Materialprobe verwendet werden kann. Die oben beschriebenen sehr vorteilhaften fiesultate wurden dabei ohne nennenswerte Verringerung der Intensität des ursprünglichen Ionenstrahls erreicht.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ι. !''eluionisationsmassenspektrometer mit einer Ionenstrahl-

   reroleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, üais eine heßprobe (lü) vorgesehen ist, die ein zur Intensität des Ionenstrahls proportionales elektrisches Signal abgibt UHj cab rlinrichtungen (12, 22, 26, 30, 3^) vorhanden sind, durch welche die negative ivathoaenspannung in Abhängigkeit des von cer iießprobe (10) ab&egebenen Signals geregelt und aie intensität des IonenStrahls dadurch beeinflußt ist.

   2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch g e -

   k e η η zeich η et , daß die Meßprobe (10) aus einem feinen Drahtnetz (^) besteht, welches mit Hilfe eines Rahmens (U-Q) und daran befestigten Isolationskörpern (k-2) innerhalb der riassenspektrometerröhre (2) angeordnet ist.

   3· massenspektrometer nach Anspruch 2, dadurch g e -

   Kennzeichnet, daß das Drahtnetz (U-U-) senkrecht zur aichtung des lonenstrahls etwa 25 cm von der Ionenstrahlquelle (9) entfernt innerhalb der Massenspektrometerrohre (2) angeordnet ist.

   U-. Massenspektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtnetz (U-U-) aus holybdendrähten besteht.

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   5. Massenspektrometer nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte des Drahtnetzes (i|4) nicht mehr als 15 % der gesamten querschnitt sf la ehe des Drahtnetzes (*J4) ausmachen.

   6. Massenspektrometer nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte eine Stärke von ungefähr 0,025 mm aufweisen und daß der Abstand zwischen den einzelnen Drähten des Drahtnetzes (*J4) ungefähr 0,225 mm beträgt.

   7« Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die negative kathodenspannung beeinflussenden Einrichtungen (12, 22, 26, 30, 38) aus einem Signalverstärker (12), einem Servosteuergerät ('3O) und einer verstellbaren Spannungsversorgung^- einheit (38) für die Regelung der negativen Kathodenspannung bestehen.

   8. Massenspektrometer nach Anspruch 7i dadurch p; e kenn ζ e ic h η e t , daß der Signalverstärker ein Vibrations-ßeed-Elektrometer ist.

   9· Massenspektrometer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß dem Signalverstärker (12) ein einstellbarer Spannungsteiler (22) und eine wullabgleichs-

   einrichtung (2b) nachgeschaltet sind und daß das Aus;;angssignal der iMulläTleichsrfinrichtui],:'; (2υ) als tiegel/a-'öße für das

   üorvosteuergerät (30) verwendet wird. &»**

   109824/1397 *«, ordinal

   Leerseite