DE1673257A1 - Two-wire ion source, especially for mass spectrometers - Google Patents

Two-wire ion source, especially for mass spectrometers

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DE1673257A1
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ion source
emitter
wire
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DE19671673257
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Erickson Raymond A
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/14Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
    • H01J49/147Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers with electrons, e.g. electron impact ionisation, electron attachment

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Description

Patentanwalt DT. CUWJS REINLÄNDER PATENTANWALT Patent attorney DT. CUWJS REINLÄNDER PATENT ADVOCATE

DIPL-ING. H. KLAUS BERNHARDT V1 P117 DDIPL-ING. H. KLAUS BERNHARDT V1 P117 D

8000 MÖNCHEN 23 · MAINZERSTR.58000 MÖNCHEN 23 MAINZERSTR. 5

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ASSOCIATES ·
Palo Alto / California, USA
ASSOCIATES
Palo Alto / California, USA

Zweidraht-Ionenquelle, insbesondere für MassenspektrometerTwo-wire ion source, especially for mass spectrometers

Priorität: 23· März 1966 - Vereinigte Staaten
Ser.Ifo, 556,921
Priority: March 23, 1966 - United States
Ser. Ifo, 556,921

Die Erfindung betrifft allgemein Ionenquellen für Massenspektrometer, und insbesondere eine verbesserte Ionenquelle mit/mehreren, alternativen Quellen zur Erzeugung des ionisierenden Elektronenstrahls der Ionenquelle, so daß bei Ausfall eines' der Elektronen-Emitter der andere Emitter in Betrieb gesetzt werden kann, um die Totzeit des
Spektrometer zu verringern, die zum Ersatz des Drahtes erforderlich ist.
The invention relates generally to ion sources for mass spectrometers, and more particularly to an improved ion source with / several alternative sources for generating the ionizing electron beam of the ion source so that if one of the electron emitters fails, the other emitter can be activated to reduce the dead time of the
To reduce the spectrometer required to replace the wire.

Bisher wird bei Ionenquellen für zykloide Massenspektrometer nur einSo far only one is used in ion sources for cycloid mass spectrometers

einziger Elektroben-Emitter dazu verwendet, den Strahl aus ionisierenden Elektronen zu erzeugen. Üblicherweise arbeitet dieser Emitter in einer relativ feindlichen Umgebung, da der Glühemitter dem ionisierten Gas ausgesetzt ist, und dementsprechend kamyias Gas den Emitter single electroben emitter used to ionize the beam To generate electrons. Usually this emitter works in a relatively hostile environment, since the glow emitter is exposed to the ionized gas, and accordingly gas kamyias the emitter

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sehr leicht angreifen, so daß dieser spröde wird, was wieder zu einem frühen Ausfall führt. Im allgemeinen besteht der Emitter aus einem Werkstoff, beispielsweise Rhenium, das dem Sprödewerden widersteht, dein Abtragen des Metalls durch lonenbombardierung jedoch unterworfen ist. Bie Lebensdauern solcher Rhenium-Emitter schwanken in der Praxis zwischen einigen Stunden und Monaten. Sobald der Emitter ausfällt, muß das, Massenspektrometer geöffnet, d.h. der Atmosphäre ausgesetzt werden, um den Draht auswechseln zu können, und dann wieder zusammengesetzt, ausgeheizt und auf seinen Betriebsdruck im Bereich von beispielsweise to Torr evakuiert werden. Bestenfalls ist dieses Drahtauswechseln zeitaufwendig, es wird üblicherweise dazu ein halber Tag oder mehr benötigt.attack very easily, so that this becomes brittle, which again becomes a early failure leads. In general, the emitter consists of a material for example rhenium, which resists becoming brittle, your erosion of the metal is subject to ion bombardment. Bie The lifetimes of such rhenium emitters vary in practice a few hours and months. As soon as the emitter fails, the mass spectrometer must opened, i.e. exposed to the atmosphere in order to be able to change the wire, and then reassembled, baked out and to its operating pressure in the range of, for example, to Torr to be evacuated. At best, this wire replacement is time-consuming, usually taking half a day or more.

Erfindungsgemäß wird ein Doppeldraht mit zugehörigen Schaltnetzwerken, vorgesehen* um auf einen Reservedraht umschalten zu können,.so daS der • Betrieb schnell wieder aufgenommen werden kann, ohne daß der ausgebrannte Draht ausgewechselt werden muß, ehe der Reservedraht ebenfalls ausfällt. Wenn die erfindungsgemäße Zweidraht-Ionenquelle verwendet wird t wird die mittlere Totzeit durch. Drahtausfall wenigstens halbiert.According to the invention, a double wire with associated switching networks is provided in order to be able to switch to a reserve wire, so that operation can be resumed quickly without the burnt-out wire having to be replaced before the reserve wire also fails. If the two-wire ion source according to the invention is used, the mean dead time becomes t through. Wire failure at least halved.

Durch die Erfindung soll eine verbesserte. Ionenquelle für Massenspektrometer verfügbar gemacht werden«; die besonders brauchbar ist für zykloide Massenspektrometer.The invention is intended to provide an improved. Ion source for mass spectrometers be made available «; which is particularly useful for cycloids Mass spectrometry.

Erfindungsgemäß wird ein Reserveemitter in einer Ionenquelle angewandt, so daß bei Ausfall dea Primar-Emitters der Betrieb auf den Reserve-Emitter umgeschaltet und der Betrieb der Ionenquelle wieder aufgenommen. werden kann.According to the invention, a reserve emitter is used in an ion source, so that if the primary emitter fails, operation on the reserve emitter switched over and operation of the ion source resumed. can be.

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Gemäß.einer bevorzugten Ausführungsform der. Erfindung sind der Primär-Emitfcer und der Reserve-Emitter an einander gegenüberliegenden Enden des Elektronenstrahlweges angeordnet, so daß ein Emitter»als Strahlkollektor für den anderen Emitter dient, so daß die Placierung der Emitter
in der Ionenquelle erleichtert ist.
According to a preferred embodiment of the. According to the invention, the primary emitter and the reserve emitter are arranged at opposite ends of the electron beam path, so that one emitter serves as a beam collector for the other emitter, so that the emitters are placed
is facilitated in the ion source.

Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung weisen die Emitter einen zusätzlichen Elektronenkollektor auf, um ihre Zweitaufgäbe als Kollektorelektroden besser erfüllen zu können. ·According to a special embodiment of the invention, the emitters have an additional electron collector in order to serve as collector electrodes to be able to fulfill better. ·

Gemäß einer weiteren speziellen Ausbildung der Erfindung weisen die
Emitter ein zugehöriges Schaltnetzwerk auf, um die Drahtenden der KoI-lektor-Emitter-Anordnung kurzzuschließen, so daß diese einwandfrei als Kollektor arbeiten können, auch wenn der Draht durch Bruch oder Durchbrennen unterbrochen ist.
According to a further special embodiment of the invention, the
Emitter an associated switching network to short-circuit the wire ends of the KoI-lektor-emitter arrangement, so that they can work properly as a collector, even if the wire is interrupted by breaking or burning.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen»
Fig. 1 eine teilweise schematische Teil-Seitenansicht eines zykloiden
Massenspektrometers mit Merkmalen der Erfindung;
Further features and advantages of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing; show it"
Fig. 1 is a partially schematic partial side view of a cycloid
Mass spectrometer incorporating features of the invention;

Fig. 2 ein Teil-Schaltbild für die Potentialquelle, die mit der Änaly-3ier-Elektroden-Anordnung nach Fig. 1 verbunden ist;
Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Ionenquelle längs der Linie 5-5
in Fig. 1}
FIG. 2 shows a partial circuit diagram for the potential source which is connected to the analysis 3ier electrode arrangement according to FIG. 1; FIG.
3 shows a partial section through the ion source along the line 5-5
in Fig. 1}

'Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 in·Fig. 3; und
Fig. 5 ein Schaltbild für die Kontrolle des ionisierenden Elektronen- ' Strahls und das Schaltnetzwerk für die beiden Drähte der Ionenquelle
nach Figuren 3 und 4· /
'Fig. 4 shows a partial section along the line 4-4 in Fig. 3; and
5 shows a circuit diagram for the control of the ionizing electron beam and the switching network for the two wires of the ion source
according to Figures 3 and 4 /

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In Fig. 1 ist ein zykloides Massenspektrometer dargestellt. Genauer gesagt, eine Reihe von im allgemeinen rechteckförmigen Ringelektroden 1 ist isoliert in einem dünnen rechteckigen Vakuumgefäß 2 untergebracht, das nur teilweise dargestellt ist, und werden dort mit einem nicht dargestellten schweren rechteckigen Flansch.gehalten, der ein Ende des # · Vakuumgefäßes abschließt.In Fig. 1, a cycloidal mass spectrometer is shown. More specifically, a series of generally rectangular ring electrode 1 is isolated accommodated in a thin rectangular vacuum vessel 2, which is shown only partially, and there by an unillustrated heavy rectangular Flansch.gehalten, closing one end of the # · vacuum vessel.

Die getrennten Ringe 1 der Elektroden-Anordnung werden auf geringfügig untex'schiedlichen elektrischen Potentialen betrieben, die von einer Spannungsquelle 5 über Leitungen 4 abgeleitet werden, die an Knoten 5 eines Spannungsteilers 6 angeschlossen sind. Die unterschiedlichen Potentiale an den verschiedenen Ringen sorgen für einen Ber'eich gleichförmigen elektrischen Feldes Ξ im hohlen Inneren der Ringelektrodeii-Anordnung. Das elektrische Feld E ist parallel zur Abwxcklungslinie der Ringelektroden-Anordnung gerichtet.The separate rings 1 of the electrode assembly are on slightly untex'schiedlichen electrical potentials, which are derived from a voltage source 5 via lines 4, which are connected to node 5 a voltage divider 6 are connected. The different Potentials on the various rings ensure an area of uniform electrical field Ξ in the hollow interior of the ring electrode arrangement. The electric field E is directed parallel to the development line of the ring electrode arrangement.

Die Elektroden-Anordnung ist in einen gleichförmigen Bereich eines Hagnetfeldes H eingetaucht, das rechtwinklig zur Richtung des elektrischen Feldes E gerichtet' ist. Das Feld II wird zweckmäßig mit einem Elektromagneten 7 erzeugt, wobei das Vakuumgefäß· 2 in dem schmalen Spalt angeordnet ist, der zwischen zwei Pol schuhen 8 des Magneten "1J gebildet if=t.The electrode arrangement is immersed in a uniform region of a magnetic field H which is directed at right angles to the direction of the electric field E. The field II is expediently generated with an electromagnet 7, wherein the vacuum vessel · 2 is arranged in the narrow gap formed between two pole shoes 8 of the magnet " 1 J if = t.

Ih Betrieb ist das Gefäß Z mit einer Pumpe 10 auf einen geeigneten niederen Druck von beispielsweise 10~ Torr evakuiert. In der Analysesektion mit der Elektroden-Anordnung 1 zu analysierendes Gas wird von einerIn operation, the vessel Z is evacuated with a pump 10 to a suitable low pressure of, for example, 10 ~ Torr. In the analysis section with the electrode assembly 1 to be analyzed gas is from a

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BADBATH

Quelle 9 in die Analysesektion durch das Vakuumgefäß 2 über ein Einlaßrohr 11, beispielsweise aus ros.tfreiem Stahl, eingeführt. Das Einlaßrohr 11 liefert Gas mit einer gewünschten Rate an a ine Ionenquelle 12. Ln der Ionenquelle wird das Gas ionisiert und durch einen Schlitz in das mit dem magnetischen Feld II gekreuzte elektrische PeLd.E der Analysesektion projiziert.Source 9 is introduced into the analysis section through the vacuum vessel 2 via an inlet pipe 11, for example made of stainless steel. The inlet pipe 11 supplies gas at a desired rate at a ine ion source 12. Ln the ion source ionizes the gas and projected through a slot in the magnetic field with the electric PeLd.E II crossed the analysis section.

Unter dem Einfluß der gekreuzten Felder durchlaufen die Ionen zykloide Bahnen. Es werden jedoch nur Ionen einer bestimmten Massenzahl bei einer -bestimmten Stärke von E und H auf einen Detektorschlitz 13 fokussiert, der auf einer bestimmten Fokaldistanz von der Quelle und auf dem gleichen elektrischen Potential angeordnet ist. Ein Ionendetektor 14 ist hinter dem Schlitz 1 ]5 angeordnet und liefert eine Ausgangs spannung entsprechend der Zahl der analysierten Ionen mit einer bestimmten voryegübenen fokussierten Massenzahl, falls solche Ionen vorhanden sind.Under the influence of the crossed fields, the ions pass through cycloids Lanes. However, only ions of a certain mass number are used in a -specific strength of E and H focused on a detector slit 13, that at a certain focal distance from the source and on that the same electrical potential is arranged. An ion detector 14 is arranged behind the slot 1] 5 and provides an output voltage corresponding to the number of ions analyzed with a certain predetermined level focused mass number, if such ions are present.

Die iVusgangssipannung wird einem Verstärker T5 zugeführt, in dem das festgestellte Signal verstärkt und der Y-Achse einet! X-Y-Sohreibers 16 .lagufiihrt wird, wo es in Abhängigkeit von einer Wobbelung-der Magnetfeld; tärke H aufgezeichnet wird, die von einem Wobbelgenerator 17 frewär;t wird. Der Schreiber-Io liefert dadurch ein Maasenspektrum der zu analysierenden Probe.The output voltage is fed to an amplifier T5 in which the The detected signal is amplified and the Y-axis unites! X-Y-Sohreibers 16 .lagufiihrt is where it depends on a wobble-the magnetic field; strength H is recorded, which frewär from a wobble generator 17; t will. The Schreiber-Io thereby delivers a range of measurements analyzing sample.

In b1 igiiren 3 und 4 i-iJt die Ionenquelle 12 mit mehr öiinz.elhaiten darge-3 teilt. Sie besteht aus elnar im v/esentliohen geHchloaaenen, zylindrischwri, metallischen 1 υ nitrier kammer 21, beiapLaliJwöiJij au a rhodium-pla fcIn b 1 igiiren 3 and 4 i iJ t 12, the ion source with more öiinz.elhaiten Darge-3 shares. It consists of elnar im v / esentliohen geHchloaenen, cylindricwri, metallic 1 υ nitriding chamber 21, beiapLaliJwöiJij au a rhodium-pla fc

./o./O

OÜB25/10O8OÜB25 / 10O8

BADBATH

tieitem rostfreien Stahl. Die Karrmer 21 ist quer in drei getrennte Elektroden 22, 23 und 24 aufgeteilt, die mit Isolierpiatten '25, bei:spiels-'' weise aus 0, IJ mm (0,005") dickem Mica, so daß die Elektroden 22 - 24_ im Betrieb auf von einander unabhängigen Fotentialen arbeiten können. Eine Eridwand 26 der Kammexv 21 weist bei 27 eine Mittelöffnung auf,'um einen Gaseinlaßkanal au bilden, der in Gasverbindung mit einem, isolierenden lindsegment 11' des Gaseinladrohrs 11 steht, um au analysierendes Gas in die Ionisierkammer 21 einzulassen. Die andere Endwand 20 der Ionisierkammer 21 ist mit einer axialen Bohrung 2$ mit großem Durchmesser versehen, die mit zwei Messerkanten-Platten 31 verschlossen ist. Die Messerkanten der Platten 31 sind geringfügig voneinander entfernt, so daß ein lonen-Auslaßspalt 32 von beispielsweise 0,0-1 mm (0,00Ö4") Breite gebildet wird5 (Ιίέ Länge ist gleich dem Durchmesser der Bohrung 29· Die Längsausdehnung des Auslaßspaltes 32 liegt in Richtung parallel •zur Richtung des Magnetfeldes H, das in der Ionenkämmer 21 herrscht.made of stainless steel. The Karrmer 21 is divided transversely into three separate electrodes 22, 23 and 24, with the insulation panels '25, wherein: game- '', from 0, IJ mm (0.005 ") thick mica, so that the electrodes 22 - 24_ in operation An Eridwand 26 of the Kammex v 21 has a central opening at 27, 'to form a gas inlet channel which is in gas communication with an, insulating window segment 11' of the gas inlet tube 11, to au analyzing gas into the To admit ionization chamber 21. The other end wall 20 of the ionization chamber 21 is provided with an axial bore 2 $ with a large diameter, which is closed with two knife edge plates 31. The knife edges of the plates 31 are slightly apart so that an ion outlet gap 32 of for example 0.0-1 mm (0.004 ") width is formed5 (Ιίέ length is equal to the diameter of the bore 29 · The longitudinal extent of the outlet gap 32 is in the direction parallel • to the direction of the magnetic field of the H that prevails in the ion chamber 21.

Die Mittelelektrode 25 der Ionenkammer 21 ist auf gegenüberlxegenden Seiten mit je einer zylindrischen Bohrung 35 bzw. 33' versehen, wobei die Achsen der Bohrungen mit der Richtung des Magnetfeldes H koaxial liegen. Eine Elektrcmenemitter-Anoi'dnuiig 34 i-3^ außerhalb der Bohrung 33 angeordnet und projiziert einen Elektronenstrom quer über die Kaimer 21 zur gegenüberliegenden Bohrung 33'· Der Strahl wird vom Magnetfeld H fokuss Lert. Der Elektronenstrahl dient dazu, Gas auf seinem v/ege zu ionLa Laren. Erzeugte Ionen worden durch den Ionenstrahl-Ausgangsspalt 32 mit Potentialen an den Elektroden 22 - 24 aus dem Ionisierbereich herausgeholt, «α daii ein Ionoru) trahl 35 aur Verv/endung im zykloiden Massen-The center electrode 25 of the ion chamber 21 is provided on opposite sides with a cylindrical bore 35 or 33 ', the axes of the bores being coaxial with the direction of the magnetic field H. An Electrcmenemitter-Anoi'dnuiig 34 i- 3 ^ arranged outside the bore 33 and projects a stream of electrons across the Kaimer 21 to the opposite bore 33 '· The beam is focused by the magnetic field H. The electron beam serves to ionLa laren gas on its v / ege. The ions generated are removed from the ionization area through the ion beam exit slit 32 with potentials at the electrodes 22 - 24, so that an ion beam 35 is used in the cycloid mass

1 0 0 ö 2 B / 1 8 0 Ö1 0 0 ö 2 B / 1 8 0 Ö

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

-.■-■■ - 7 --. ■ - ■■ - 7 -

spektrometer gebildet wird. Die Ionenquelle 12 mit drei Elektroden bildet den Gegenstand der gleichzeitig eingereichten Anmeldung (Anwaltsaktes V1 Pi16 D) der Anmelderin.spectrometer is formed. The ion source 12 with three electrodes forms the subject of the application filed at the same time (attorney's file V1 Pi16 D) of the applicant.

Mne zweite, identische Elektronenemitter-Anordnung 36 ist am Ende des LJtrahlweges 37 angeordnet, und dient dort als Strahlkollektor für die ers^te Emitter-Anordnung 34> wenn der erste Emitter 54 in Betrieb ist. Die Emitter-Anordnungen weisen jeweils einetipräzise bearbeiteten Block 38 aus Isolierstoff, beispielsweise Mycalex, hergestellt von Mycalex Corporation of America, auf. Der Isolierblock 58 hat eine Gewindequerbohrung 59j in der eine lange Schraube 4I sitzt, die durch einen Schliiz /\2 in der Kante der Elektrode 22 hindurchgreift. Die Schraube weist eine Unterlegscheibe 43 suf, und wenn die Schraube in den Block J8 eingeschraubt und angezogen wird, dient sie dazu, den Block 38 mit dem Emitter an die Elektrode 22 anzuklemmen.A second, identical electron emitter arrangement 36 is arranged at the end of the beam path 37, where it serves as a beam collector for the first emitter arrangement 34 when the first emitter 54 is in operation. The emitter assemblies each have a precisely machined block 38 of insulating material such as Mycalex manufactured by Mycalex Corporation of America. The insulating block 58 has a threaded transverse bore 59j in which a long screw 4I is seated, which extends through a slot / \ 2 in the edge of the electrode 22. The screw has a washer 43 suf and when the screw is screwed into block J8 and tightened it serves to clamp block 38 with the emitter to electrode 22.

Die Emitter-Ancrdnung enthält einen drahtfcrmigen Emitter 44» beispielsweise aus 0,18 mm (7 mil) Rhenium-Draht, der quer eur Achse der lonisierkaaimer 21 gerichtet ist und auf zwei leitenden Stützen 45 sitzt, die . zweckmäßigerweise aus zwei llaschinensclirauben bestehen, die in Gewindebohrungen im Isolierblock 38 eingeschraubt sind. Eine Hilfs-ICollektorelektrode 46» beispielsweise aus 0,13 && (θ,005") dickem Holytdän von 5,05 mm (0,120") Länge und 0,20 mm (0,0S0") Breite ist elektrisch leitend an einem Ende mit einer der Emitter-Stützen 45 verbunden. Der Eilfs-L·ollektor 46 liegt hinter dem E,-.iittt;r 44 und dient dapu, EIhIc-The emitter arrangement contains a wire-shaped emitter 44, for example from 0.18 mm (7 mil) rhenium wire, the transverse eur axis of the ionization caimer 21 is directed and sits on two conductive supports 45, the . expediently consist of two llaschinensclirauben, which are in threaded holes are screwed into the insulating block 38. An auxiliary IC collector electrode 46 »for example from 0.13 && (θ, 005") thick Holydan of 5.05 mm (0.120 ") long and 0.20 mm (0.0S0") wide is electrically conductive connected at one end to one of the emitter supports 45. Of the The auxiliary air collector 46 is located behind the E, -. Iittt; r 44 and is used for dapu, EIhIc-

■ ■ .= .../ti ■ ■. = ... / ti

1O982&/10O81O982 & / 10O8

BAD ORfGlMALBAD ORfGlMAL

tronen vom Strahl aufzunehmen, die vom zugehörigen Emitterdraht 44 nicht erfaßt wurden, wenn diese Emitter-Anordnung als Kollektor für die entsprechende Emitter-Anordnung 36 verwendet wird. Betriebsspannungen werden den Emitter-Anordnungen 34 und 36 über die Stützen 45 zugeführt, .wie näher in Verbindung mit Fig.·. 5 erläutert wird.to receive trons from the beam which were not detected by the associated emitter wire 44 when this emitter arrangement is used as a collector for the corresponding emitter arrangement 36. Operating voltages are fed to the emitter arrangements 34 and 36 via the supports 45, as described in greater detail in connection with FIG. 5 will be explained.

Die Betriebsspannungen für die drei Ionisierkammer-Elektroden 22, 23 und 24 werden von einer Stromversorgung 47 mit variabler Spannung abgeleitet. Wenn die Ionenquelle 12 für einen positiven Ionenstrahl betrieben wird , wird die Reflektor-Elektrode 22 auf positivem Potential betrieben, beispielsweise 160-200 Volt, die von einer Stromversorgung abgeleitet werden; das Potential bezieht sich auf die Strahlaustritts-Elektrode 24, die vorzugsweise auf Erdpotential arbeitet. Die Mittel-Elektrode 23 wird auf einem Potential in der Mitte zwischen der Reflektor- und der Ausgangs-Elektrode 22 bzw. 24 betrieben. Das Potential für die Mittelelektrode wird von einem Spannungeteiler 48 mit Mittelanzapfung abgeleitet, der übet der Stromversorgung 47 liegt. Um die CJuelle als negative Ionenquelle zu betreiben, werden die Anschlüsse der Stromversorgung 47 umgedreht, und es werden die Felder E und H in der zykloiden Analysesektion ebenfalls umgedreht.The operating voltages for the three ionization chamber electrodes 22, 23 and 24 are derived from a variable voltage power supply 47. When the ion source 12 is operated for a positive ion beam, the reflector electrode 22 is at positive potential operated, for example 160-200 volts, derived from a power supply; the potential relates to the beam exit electrode 24, which preferably works on earth potential. The center electrode 23 is at a potential in the middle between the reflector and the output electrode 22 and 24, respectively. The potential for the center electrode is from a voltage divider 48 with a center tap derived, which exercises the power supply 47 is. To the CJuelle To operate as a negative ion source, the connections become the power supply 47 turned over, and the fields E and H in the cycloid Analysis section also reversed.

In Fig. 5 ist die elektrische Schaltung für den ionisierenden Elektronenstrahl dargestellt, einschließlich der Stromregelung und der Alternativ-Schal tung. Einer der Drähte 44 dient als Emitter, und der gegenüberliegende Draht mit der Hilfs-Kollektorelektrode dient als Kollektor.In Fig. 5 is the electrical circuit for the ionizing electron beam shown, including the current control and the alternative circuit. One of the wires 44 serves as an emitter, and the opposite one Wire with the auxiliary collector electrode serves as the collector.

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Durch geeignete, zu beschreibende Schaltung werden die Funktionen der beiden Emitter-Anordnungen gewtinschtenfalls umgekehrt. Wechsel-Heizstrom bei einer geeignet niedrigen Spannung von beispielsweise' 6 YoIt wird von einer Wicklung 51 eines Magnetverstärkers 50 abgeleitet, der von einer geeigneten Quelle 52 über eine zweite Wicklung 53 angetrieben wird. Die Heizleistung wird einem ersten zweipoligen Umschalter 54 zugeführt, der in der rechten Schaltstellung gemäß Fig. 5 die linke Draht-Anordnung 36 speist.The functions of the both emitter arrangements reversed, if desired. AC heating current at a suitably low voltage of e.g. '6 YoIt derived from a winding 51 of a magnetic amplifier 50, which is derived from a suitable source 52 through a second winding 53 will. The heating power is fed to a first two-pole changeover switch 54, which in the right switching position according to FIG. 5 is the left wire arrangement 36 feeds.

Die Anodenspannung für die Emitter-Anordnung 36 wird von einer variablen Stromversorgung 55 abgeleitet, die zwischen 5 und 100 Volt einstellbar ist und zwischen dem Draht 44 und der Mittelelektrode 23 liegt, die als Anode dient. Unter dem Einfluß der Anodenspannung und durch die Fokussierung durch das Magnetfeld H bilden die Elektronen einen bandförmigen Strahl von etwa 1,02 mm (0,04Qir) Breite und 0,18 mn (0,007") Dicke, der quer über die Ionisierkammer 21 zur gegenüberliegenden Kollektor-Emitter-Anordnung 34 läuft. Die gegenüberliegende Emitter-Anordnung 34» am Ende des Strahls, ist an den Anschluß eines zweiten zweipoligen Umschalters 56 angeschlossen, der mit einer mechanischen Verbindung 57 mit dem ersten Schalter 54 gekuppelt ist. Die Klemmen des Schalters 56 sind kurzgeschlossen, so daß beide Enden des Drahtes 44 in der rechten geschlossenen Stellung des Schalters kurzgeschlossen sind und auf dem gleichen Potential liegen wie die zugehörige Hilfs-Kollektorelektrode 46.The anode voltage for the emitter arrangement 36 is derived from a variable power supply 55, which can be set between 5 and 100 volts and is located between the wire 44 and the center electrode 23, which serves as the anode. Under the influence of the anode voltage and the focusing of the magnetic field H, the electrons form a ribbon shaped beam of about 1.02 mm (0,04Q ir) width and 0.18 mn (0.007 ") thickness, across the ionization chamber 21 for opposite collector-emitter arrangement 34. The opposite emitter arrangement 34 'at the end of the beam is connected to the terminal of a second two-pole changeover switch 56 which is coupled to the first switch 54 by a mechanical connection 57. The terminals of the switch 56 are short-circuited, so that both ends of the wire 44 are short-circuited in the right closed position of the switch and are at the same potential as the associated auxiliary collector electrode 46.

Die Kollektor-Emitter-Anordnung 34 wir<l vorzugsweise auf einem Potential betrieben, das positiv gegenüber der Anoden-Elektrode 23 ist, um eine The collector-emitter arrangement 34 w i r <l preferably operated at a potential which is positive with respect to the anode electrode 23, by one

.../10... / 10

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vollständige Aufnahme des Strahls auf dem Draht 44 und dem Hilfs-Kollektor 46 zu gewährleisten. Dementsprechend liegt eine Spannungsquelle 58 von beispielsweise +20 Volt zwischen dem Kurzschlußschalter 56 und der Anode 23·full capture of the beam on wire 44 and auxiliary collector 46 to ensure. There is a corresponding voltage source 58 of, for example, +20 volts between the short circuit switch 56 and the Anode 23

Es ist erwünscht, den Elektronenstrahl-Strom zu messen und zu regeln, weil hierdurch die Intensität des Ionenstrahls bestimmt wird. Im Kreis zwischen dem Emitter-Kurzschlußschalter 56 und der Anode 23 liegt deshalb ein Strommesser 59, m^ cLem *er Strahl-Strom gemessen wird, und ein Stromverstärker 61 mit einstellbarer Verstärkung; der Ausgang dieses Verstärkers wird einer Regelwicklung 62 des Magnetverstärkers 50 zugeführt. Der vom Meßinstrument 59 gemessene Strahl-Strom wird durch Ein-.stellung der Verstärkung des Verstärkers 61 auf das gewünschte Niveau eingestellt.- Eine Erhöhung der Stromverstärkung des Verstärkers 61 • ruft einen stärkeren Strom in der Steuerwicklung 62 hervor, wodurch eine stärkere Sättigung des Kerns des Magnetverstärkers hervorgerufen wird, wodurch die Heizleistung verringert und damit der Elektronenstrahl-Strom verkleinert wird.It is desirable to measure and control the electron beam current because this determines the intensity of the ion beam. In the circuit between the emitter short-circuit switch 56 and the anode 23 is therefore an ammeter 59, m ^ cL * em it is measured beam current and a current amplifier 61 with adjustable gain; the output of this amplifier is fed to a control winding 62 of the magnetic amplifier 50. The beam current measured by the measuring instrument 59 is adjusted to the desired level by adjusting the gain of the amplifier 61. Increasing the current gain of the amplifier 61 causes a higher current in the control winding 62, thereby increasing the saturation of the core of the magnetic amplifier is caused, whereby the heating power is reduced and thus the electron beam current is reduced.

Bei Ausfall der Primär-Emitter-Anordnung 36 werden die gekuppelten Schalter 54 und 56 einfach umgeschaltet, so daß die Funktionen der Emitter-Anordnungen 36 und 34 umgekehrt werden. Selbst wenn der Draht 44» <ler als Kollektor arbeitet, durch Durchbrennen oder Bruch unterbrochen ist, arbeitet die Anordnung weiterhin normal als Stiiahlkollektor. Das liegt daran^ daß der Hilfs-Kollektor 46 vorgesehen ist und weil beide Enden des Drahtes 44 gemeinsam mit der Kollektorelektrode 46 über Schalter 56 kurzgeschlossen sind.If the primary emitter arrangement 36 fails, the coupled switches 54 and 56 are simply switched over, so that the functions of the emitter arrangements 36 and 34 are reversed. Even if the wire 44 '' l he works as a collector, interrupted by a burn or break, the arrangement is still operating normally as Stiiahlkollektor. This is because the auxiliary collector 46 is provided and because both ends of the wire 44 are short-circuited together with the collector electrode 46 via switch 56.

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Claims (3)

PatentansprücheClaims 1. Ionenquelle mit einem' Raum, in dem gasförmige Substanzen durch Bombardierung mit einem Elektronenstrahl ionisiert werden, einer Beschleunigungseinrichtung für im Ionisierbereich erzeugte Ionen, mit der diese durch eine einen Strahl definierende Öffnung zur Erzeugung eines Ionenstrahls beschleunigt werden, und einer Elektronenstrahlerzeugungs-Einrichtung, mit der der.Elektronenstrahl geformt und durch den Ionisierbereich projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Elektronenstrahlerzeugungs-Einrichtung als Alternative für die erste Einrichtung vorgesehen ist, mit der ebenfalls ein Elektronenstrahl geformt und durch den Ionisierbereich projiziert werden kann, so daß bei Ausfall der ersten Strahlerzeugungs-Einrichtung die zweite Strahlerzeugungs-Einrichtung erregt werden kann, um den Betrieb der Ionenquelle aufrechtzuerhalten.1. Ion source with a 'room in which gaseous substances are ionized by bombarding them with an electron beam, an acceleration device for ions generated in the ionization area, with which they are accelerated through an opening defining a beam to generate an ion beam, and an electron beam generation device, with which der.Elektronenstrahl is formed and projected through the ionizing area, characterized in that a second electron beam generating device is provided as an alternative to the first device, with which an electron beam can also be shaped and projected through the ionizing area, so that if the first beam generating device, the second beam generating device can be excited in order to maintain the operation of the ion source. 2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strahlerzeugung-s-Einrichtung als Strahlkollektor für die erste Strahlerz eugungs-Einrichtung dient, wenn die erste Strahlerzeugungs-Einrichtung im normalen Betrieb arbeitet.2. Ion source according to claim 1, characterized in that the second Beam generation device as a beam collector for the first emitter ore Eugungs-device is used when the first beam generating device works in normal operation. 109825/1608109825/1608 3. Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die erste Strahlerzeugungs-Einrichtung einen drahtförmigen Glühemitter und eine zugehörige Eollektorelektrode aufweist, die elektrisch, mit dem Drahtemitter verbunden ist, um den Elektronenstrahl von der zweiten Strahlerzeugungs-Einrichtung aufzunehmen, so daß eine bessere Kollektorwirkung der Strahlerzeugungs-Einrichtung ermöglicht wird.3. Ion source according to claim 1 or 2, characterized in that at least the first beam generating device a wire-shaped glow emitter and an associated collector electrode electrically connected to the wire emitter for capturing the electron beam from the second beam generating device, so that a better Collector effect of the beam generating device is made possible. 4« Ionenquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3 niit wenigstens einem drahtförmigen Emitter, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Schaltnetzwerk an jeden drahtartigen Emitter angeschlossen ist, mit dem die Drahtenden für Betrieb als Kollektorelektrode für die andere Strahlerzeugungs. Einrichtung elektrisch kurzgeschlossen werden können.4 «Ion source according to claim 1, 2 or 3 with at least one wire-shaped Emitter, characterized in that an electrical switching network is connected to each wire-like emitter, with which the wire ends for operation as a collector electrode for the other beam generation. Device can be short-circuited electrically. 5· Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlerzeugungs-Einrichtungen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Ionisierbereichs angeordnet sind.5 · Ion source according to one of claims 1-4 »characterized in that that the two beam generating devices are arranged on opposite sides of the ionization area. β ο Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1-5» bei der der Ionisierbereich in einer Kammer untergebracht ist, die zwei Endwände und eine zwischenliegende Seitenwand aufweist, die den Ionisierbereich umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungs-Einrichtungen so angeordnet sind, daß sie ihren Elektronenstrahl jeweils quer über die Zwischenwand von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite richten.β ο ion source according to one of claims 1-5 »in which the ionization area is housed in a chamber having two end walls and an intermediate side wall which includes the ionizing area therethrough characterized in that the beam generating means are arranged are that they direct their electron beam across the partition from one side to the opposite side. 109825/1608109825/1608
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