DE1698202C3 - Elektronenstoßionenquelle für ein Multipolmassenfilter - Google Patents

Description

der Elektronenstrahlgenerator ein Steuergitter aufweist.andaseinesfeuerschaltungzumzeitweisen Sperren des Elektronenstrahls Ingeschlossen *5

2. Elektronenstoßionenquelle qach Ansprach 1, bei der der Elektronenstrahlgenerator eine Kathode und eine Anode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und das Steuer- *> litter einerseits und die Anode andererseits auf der von der zentralen Achse abgewandten Seite der mit den Bohrungen versehenen Elektroden angeordnet sind

3. Elektrostoß-Ionenquelle nach Anspruch 1 »5 oder 2, bei der die längüchen Elektroden an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung mit der Wechselstromquelle in Verbindung steht.

4. Elektronenstoß-Ionenquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Rechteckspannung liefert, die den Elektronenstrahl während der einen Halbwelle der Wechselstromquelle sperrt.

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Die Erfindung betrifft eine Elektronenstoß-Ionenquelle für ein Multipolmassenfilter mit mehreren, um eine zentrale Achse angeordneten länglichen Elektroden, wobei die Ionenquelle einen Elektronenstrahlgenerator aufweist, dessen Elektronenstrahl die zentrale Achse senkrecht durchsetzt. Eine derartige Ionenquelle ist aus der FR-PS 1230714 bekannt.

Bei dem aus der französischen Patentschrift 1230714 bekannten Quadropol-Massenfilter sind vier stangenförmige Elektroden um die Strahlachse einander in x-Richtung und in y-Richtung gegenüberliegend angeordnet. Ein ähnliches Quadrupol-Massenf ilter ist aus der US-PS 2 939 952 bekannt, bei dem die Elektroden nach Art von Hyperboloiden ausgebildet sind. Bei den genannten Filtern werden die zu un- tersuchenden Ionen am einen Ende des Filters eingeführt und bewegen sich längs der Mittelachse zwischen den Elektroden. Diese Filter haben jedoch den Nachteil, daß ihr elektrostatisches Streufeld I"nen beim Einlaufen in das Filter ablenkt. Dadurch wird sowohl die Empfindlichkeit wie auch das Auflösungsvermögen des Filters beeinträchtigt.

Es ist zwar aus The Review of Scientific Instruments, Band 20, Nr. 11, November 1949, Seiten 773, 774 bekannt, den aus einer Elektronenstrahiquelle austretenden Elektronenstrom durch Beeinflussung der Raumladung mit Hilfe einer Steuerelektrode zu regeln und dadurch indirekt den erzeugten Ionen-

Elektronens^ g

an das eine Steuerschaltang zum zeitwe***£*?* des Elektronenstrahls angeschlossen ist Dadurch werden die Ionen innerhalb des Filters, d.h. zwischen den Elektroden eraeugt, so daß sie das Streufeld nicht zu passieren craucnen.

Wenn der Elektronenstrahl-Generator eine Kadiode und eine Anode aufweist empfiehlt es sich daß die Kathode und das Steuergitter einerseus und die Anode andererseits auf der von der zentralen Achse abgewandten Seite der mit den Bohrungen versehenen Elektroden angeordnet sind. Sind weiter die langliehen Elektroden an eine Wechselstromquelle angeschlossen, dann steht die Steuerschaltung vorteiLhafterweise mit der Wechselstromquelle in Verbindung. DiJ Steuerschaltung kann dann eine Rechteckspannung liefern, die den Elektronenstrahl wahrend der einen Halbwelle der Wechselstromquelle sperrt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein vierpoliges Massenfilter und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 mit einer schematisierten Schaltung für den Betrieb des Filters.

Als Multipolmassenf ilter ist in den Figuren ein vierpoliges Massenfilter 10 dargestellt, das ein hohles, zylindrisches Metallgehäuse 12 mit vier darin angeordneten Elektroden 14,16,18, 20 aufweist, welche an Isolatoren 22 befestigt sind. Bei den Elektroden 14 bis 20 handelt es sich um gleich lange metallische Stangen, die parallel zueinander sowie symmetrisch um eine zentrale Achse Z des Filters angeordnet sind. Die Mittellinien der sich gegenüberliegenden Elektroden 14 und 18 liegen auf der X-Achse eines kartesischen Koordinatensystems und sind nachstehend auch als ^-Elektroden bezeichnet; das andere Paar von sich gegenüberliegenden Elektroden 16, 20 liegt mit den Längsachsen auf der K-Achse des Systems, diese Elektroden sind auch als V-Elektroden bezeichnet. Theoretisch betrachtet sollten die Elektroden im Querschnitt eine hyperbolische Krümmung haben, um die besten Ergebnisse zu erreichen; in der Praxis hat es sich aber gezeigt, daß ein zylindrischer Querschnitt einen sehr guten Nährungswert bedeutet.

Innerhalb und im Bereich des einen Endes des Gehäuses 12 ist querverlaufend eine elektrisch leitende, zylindrische Platte 24 befestigt, die eine zentrale kreisförmige öffnung 25 hat, welche einen Ausgang für die Ionen bildet. Ebenfalls innerhalb und am Ende des Gehäuses 12 ist eine Kollektor-Elektrode 26 -in Blickrichtung hinter der Öffnung 25 vorgesehen, die über einen Isolator 27 am Gehäuse befestigt ist.

Im Betrieb des Filters 10 wird dieses mit Hilfe einer konventionellen Vakuumpumpe 27Λ evakuiert, und

zum Einführen gasförmiger Proben in das Gehäuse 12 dient eine Einlaßöffnung 28. Das Gas wird im Filter mit Hilfe eines Elektronenstrahlgenerators 29 ionisiert. Einige der im Gehäuse 12 entstehenden Ionen bewegen sich durch das Filter hindurch und treffen auf die Kollektor-Elektrode 26 auf. Zum Messen des Ionenstroms dient beispielsweise ein Meßinstrument 30, das den Spannungsabfall an einem Widerstand 31 mißt und einerseits an die Elektrode 26 sowie andererseits an Masse angeschlossen ist.

Der Elektronenstrahlgenerator 29 enthält eine Kathode 32, die an einer Gleichstromquelle 33, beispielsweise einer Batterie liegt, deren anderes Ende mit Masse verbunden ist. Beide V-Elektroden 16,20 sind mit Bohrungen 34, 35 versehen, die in rechten Winkeln zur zentralen Achse Z verlaufen und fluchtend zueinander angeordnet sind. Die Kathode 32 liegt am äußeren Ende der Bohrung 34 der Elektrode 20 und ist so angeordnet, daß der von ihr ausgehende Elektronenstrahl 32A die Bohrungen 34 und 35 durchsetzt und auf eine Anode 36 auftrifft, die am äußeren Ende der Bohrung 35 der Elektrode 16 angeordnet ist. Die Anode 36 liegt an Masse, wodurch der Strompfad geschlossen ist. Zwischen der Kathode 32 und der Elektrode 20 ist ein Steuergitter 37 vorgesehen, das die Stärke des Elektronenstrahls zwischen

Kathode 32 und Anode 36 während aufeinanderfolgender Perioden in der nachstehend noch beschriebenen Weise begrenzt.

Die Schaltung für die Stromversorgung des Filters ist in Fig. 2 gezeigt. Zum Versorgen der Elektroden i4, 18 und 16, 20 mit Wechselspannung dient ein Hochfrequenzgenerator 40, dessen Ausgangsspannung und Frequenz veränderbar ist. Die Elektroden 14,18 und 16,20 sind weiterhin an eine Gleichstromquelle 41, beispielsweise eine Batterie angeschlossen. Parallel zu der Reihenschaltung aus Hochfrequenzgenerator 40 und Gleichspannungsquelle 41 liegt ein Spannungsteiler 42, dessen Mittelabgriff geerdet ist. In Reihe mit dem Steuergitter 37 und dem Hochfrequenzgenerator 40 liegt ein Rechteckgenerator 43, der Rechteckimpulse in richtiger Phasenlage mit Bezug auf den Ausgang des HF-Generators an das Steuergitter abgibt und dieses so vorspannt, daß der im Elektronenstrahlgenerator 29 erzeugte Elektronenstrahl bei jeder negativen Halbwelle der vom HF-Generator 40 an die Y-Elektroden abgegebenen Wechselspannung unterbrochen wird. Würde der Elektronenstrahl während der negativen Halbwellen aufrechterhalten bleiben, würden die Elektronen quer zur Richtung der Längsachse beschleunigt und dadurch gegen die Elektroden gelangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentanspmche:

1. Elektronenstoßionenquelle für ein Multipolmassenfflter mit mehreren, um eine zentrale Achse angeordneten länglichen Elektroden, wo strom zu steuern. Jedoch kann durch diese Maßnahme der erwähnte nachteilige Einfluß des Eingangs-Streu-SeTdTRlterelektroden nicht beseitigt werden.

Der Erfindung ***J» g***
bei der fngangs 2