DE2054579A1 - mass spectrometry - Google Patents
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Description
Pcrtenianwfilie 2 05 A 5Pcrtenianwfilie 2 05 A 5
Dr.-Ing. Wilhelm fieishelDr.-Ing. Wilhelm Fieishel
Dipl.-Ing. Woliyang LLiiolDipl.-Ing. Woliyang LLiiol
6 Frankfurt a. M. i6 Frankfurt a. M. i
Parkstraße 13 6489Parkstrasse 13 6489
Associated Electrical Industries Limited, London,EnglandAssociated Electrical Industries Limited, London, England
Massenspektrometer < Mass spectrometer <
Die Erfindung betrifft Massenspektrometer und bezieht sich insbesondere auf Massenspektrometer mit magnetischem Analysator.The invention relates to mass spectrometers, and more particularly relates to magnetic mass spectrometers Analyzer.
Es ist bekannt, bei Massenspektrometern die Breite des Ionenstrahles mit Hilfe von mechanischen Schlitzblenden zu begrenzen, die sich am Eingang und Ausgang des Analysierbereichs befinden. Diese Schlitze haben häufig feste Abmessungen, so daß das Auflösungsvermögen des Gerätes nur durch Abnehmen der Ionenquelle und des Kollektorsystems geändert werden kann, um die die Schlitze enthaltenden Blenden auszuwechseln.It is known that in mass spectrometers the width of the To limit the ion beam with the help of mechanical slit diaphragms, which are located at the entrance and exit of the analysis area are located. These slots often have fixed dimensions, so that the resolving power of the device only can be changed to contain the slots by removing the ion source and the collector system Replace panels.
Bei Hochleistungsgeräten ist es auch üblich, die beiden Schlitze,nämlich den an der Seite der Ionenquelle und den am Kollektorende des Analysierbereiches durch außerhalb des Vakuumraumes angeordnete Mittel kontinuierlich einstellbar zu machen. Die für die Einstellung erforderlichen mechanischen Einrichtungen enthalten gewöhnlich eine Mikrometerschraube, einen Balg in der Vakuurawandung und zahlreiche Hebel, Gelenke, Federn, sowie verschiebbare Bauteile innerhalb des Vakuumraumes. Bei der Herstellung dieser Einrichtungen iet es notwendig, auf genaue Präzision zu achten, wenn eine genaue und reproduzierbare Kennlinie der Einstellung erzielt werden soll. Der Einstellbereich reicht zum-In the case of high-performance devices, it is also customary to make the two slots, namely the one on the side of the ion source and the one on the collector end of the analysis area, continuously adjustable by means arranged outside the vacuum space. The mechanical devices required for the adjustment usually contain a micrometer screw, a bellows in the vacuum wall and numerous levers, joints, springs and movable components within the vacuum space. In the manufacture of these devices, it iet necessary to pay attention to exact precision, when accurate and reproducible characteristic of the adjustment is to be achieved. The setting range is
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Beispiel von einer maximalen Schlitzweite von etwa 0,125 mm "bis zu einem Mindestwert von 0,0025 mm, wobei die Einstellung bei einer wirksamen Schlitzlänge von etwa 5 mm kontinuierlich variabel ist. Bei diesem Beispiel ist der Schlitz genau gerade und glatt bis auf 0,00025 mm, und die Einstellung soll die Schlitzränder parallel halten mit· einer Genauigkeit von 0,00025 mm über die gesamte 30hlitzlänge.Example from a maximum slot width of approximately 0.125 mm "to a minimum value of 0.0025 mm, the setting being continuously variable for an effective slot length of approximately 5 mm. In this example the slot is exactly straight and smooth up to 0.00025 mm, and the setting is to keep parallel with an accuracy of 0.00025 mm · hlitzlänge over the entire 3 0 the slot edges.
Abgesehen von den Schwierigkeiten bei der Herstellung dieser mechanisch einstellbaren Schlitze sind auch weitere Nachteile vorhanden, die sich auf die Anwendung beziehen* Der verwendete Hechanismus gibt Anlass zu Gaaeinsohlüssen,und es ist auch möglich, daß adsorbiertes Gas beim Reiben der aufeinandergleitenden Flächen sporadisch ausbricht. Da die Schmierung im Hochvakuum schwierig ist, kann sioh auch eine ruckweise Bewegung ergeben, besonders, wenn es eich um hohe Konzentrationen bei,den Proben han delt, woduroh weitere Oberflächenverunreinigungen entstehen, und es kann hierbei zu einer Blockierung des Schlitzes kommen, wenn sich Teile der Probe an den Schlitzrändern W ansammeln.Aside from the difficulties in making these mechanically adjustable slots, there are also other application-related disadvantages. Since lubrication is difficult in a high vacuum, it can also result in jerky movement, especially when the samples are in high concentrations, which can lead to further surface contamination, and the slot can become blocked if parts move of the sample to collect at the edges of the slit W.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Massenspektrometer anzugeben, bei dem die Breite des Ionenstrahls , der in' den Analysenbereich eintritt und/oder ihn verläßt, ohne die erwähnten Schwierigkeiten eingestellt werden kann, die eich bei der Verwendung von mechanisch einstellbaren Schlitzen ergeben.The invention is based on the object of a mass spectrometer specify the width of the ion beam entering and / or leaving the analysis area, can be adjusted without the difficulties mentioned, which are calibrated when using mechanically adjustable Slitting result.
Gemäß der Erfindung ist einer Blende, die der ionenstrahl dee Spektrometer passiert, ein Gunuailinsen3ystem zugeordnet und derart ausgebildet, daß die wirksame Größe der Bien-According to the invention is a diaphragm, which the ion beam The spectrometer happened, assigned a Gunuan lens system and designed in such a way that the effective size of the bee
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denöffnung veränderbar ist.the opening is changeable.
Die Blendenöffnung kann als Schlitz ausgebildet sein, ■ der die Breite des in den Analysenbereich des Spektrometers eintretenden Ionenstrahl definiert, oder der die Breite des den Analysenbereich verlassenden und in den Kollektor eintretenden Ionenstrahls bestimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsforta sind getrennte Blendenschlitze fürden die Ionenquelle verlassenden und den in den Kollektor eintretenden Strahl vorgesehen , und diesen ist je ein Gummilinsensystem zugeordnet, so daß die Breite des in den Analysenbereich eintretenden und die Breite des das Analysensystem verlassenden lonenstrahls getrennt einstellbar sind.The aperture can be designed as a slot, ■ the width of the in the analysis area of the spectrometer Entering ion beam defined, or the width of the analysis area leaving and into the Collector entering ion beam determined. In a preferred embodiment, there are separate aperture slots for the beam leaving the ion source and entering the collector, and this is each assigned a rubber lens system, so that the width of the ion beam entering the analysis area and the width of the ion beam leaving the analysis system are separated are adjustable.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das Massenspektrometer zwei Ionenlinsen, die veränderbare Vergrösserung aufweisen und die zusammen ein Gummilinsensystem bilden , das zwisohen einem Analysierbereich des Spektrometers -und dem Schlitz der Ionenquelle oder des Kollektors angeordnet ist,wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die wirksame Breite des Schlitzes,durch den der Ionenstrahl hindurchgeht, beim Gebrauch des Spektrometers durch elektrische Veränderung der Vergrößerung dieser Linsen geändert werden kann.According to a further feature of the invention, the mass spectrometer two ion lenses which have variable magnification and which together form a rubber lens system form, between an analysis area of the spectrometer and the slot of the ion source or the collector is arranged, the arrangement being made so that the effective width of the slot through which the ion beam is changed when the spectrometer is used by electrically changing the magnification of these lenses can be.
Vorzugsweise besteht jede der Ionenlinsen aus einer An zahl vqn Blenden, durch die der Ionenstrahl hindurchgeht, und es sind Einrichtungen vorgesehen, um ein veränderliches Potential mindestens einem Element dieser Linsen zuzuführen, um die Vergrößerung derselben einzustellen.Each of the ion lenses preferably consists of a number of apertures through which the ion beam passes, and means are provided for applying a variable potential to at least one element of these lenses, to adjust the magnification of the same.
Ein Ausführungsbeiepiel eines Massenspektrometer gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen . näher erläutert: An embodiment of a mass spectrometer according to the invention will now be made with reference to the drawings . explained in more detail:
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Fig. 1 zeigt schematisch ein vollständiges Massenspektrometer; Fig. 1 shows schematically a complete mass spectrometer;
Pig. 2 zeigt schematisoh ein Gummilinsensystem;Pig. Fig. 2 schematically shows a rubber lens system;
fig* 3 zeigt den Aufbau des Gutnmilinsensystetns im einzelnen?fig * 3 shows the structure of the Gutnmilinsensystetns in detail?
Fig. 4 und 5 zeigen je einen Schnitt durch ein Linsensystem der Figur 3, wobei Figur 4 ein Schnitt nach der Linie IV-IV in Figur 5 ist, und4 and 5 each show a section through a lens system of FIG. 3, FIG. 4 being a section according to FIG Line IV-IV in Figure 5 is, and
fe Fig. 6 zeigt die Schaltung für das Massenspektrometer.fe Fig. 6 shows the circuit for the mass spectrometer.
Das in Fig. 1 dargestellte Massenspektrometer enthält eine Ionenquelle 1 mit einer nicht dargestellten Ionisationskammer, einen elektrostatischen Analysator 2 , einen magnetischen Analysator 3 und einen Ionenkollektor 4 an sioh bekannter Ausführung. (Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist der Kollektor 4 vorzugsweise mit einem Elektronenvervielfacher verbunden,und die Ausgangsaignale des Vervielfachers werden über einen Verstärker einem geeigneten Ablesegerät zugeführt). Zwei Schlitze 5 und 6 sind den Ionenquellen 1 bezw. dem Kollektor 4 zugeordnet, wobei die Blende 5 die Breite des lonenstrahls begrenzt, h der in den-Ana Iy eier be reich des Spektrometer eintritt, während die Kollektorblende 6 die Breite des Ionenstrahls begrenzt, der in den Kollektor 4 eintritt. Beim Betrieb des Gerätes wird das Magnetfeld, welches der Ionenstrahl in dem magnetischen Analysator 3 durchläuft, auf verschiedene Werte eingestellt, und während dieses Durchlaufens der verschiedenen Werte erreionen Ionen verschiedener Masse den Kollektor 4· Insoweit hat das Massenspektrometer einen üblichen Aufbau.The mass spectrometer shown in Fig. 1 contains an ion source 1 with an ionization chamber (not shown), an electrostatic analyzer 2, a magnetic analyzer 3 and an ion collector 4 in a known design. (Although this is in the drawing is not shown, the collector 4 is preferably connected to an electron multiplier, and the output signals of the multiplier are fed to a suitable reading device via an amplifier). Two slots 5 and 6 are the ion sources 1 respectively. assigned to the collector 4, the diaphragm 5 limiting the width of the ion beam, h that enters the analysis area of the spectrometer while the collector diaphragm 6 limits the width of the ion beam which enters the collector 4. During operation of the device, the magnetic field through which the ion beam passes in the magnetic analyzer 3 is different Values set, and during this cycle of the various values, ions of different masses Collector 4 · In this respect, the mass spectrometer has a conventional one Construction.
Der Blendenschlitz 5 hat eine bestimmte Breite, und um die Breite des lonenstrahls, dervBen Analysierbereich eintritt, zu steuern, ist ein Gummilinsensystem 7 zwischenThe diaphragm slit 5 has a certain width, and around the width of the ion beam entering the analysis area, to control is a rubber lens system 7 between
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der Schlitzblende 5 und dem elektrostatischen Analysator 2 vorgesehen. Das Linsensystem 7 "besteht aus zwei Ionenlinaen 8 und 9 ,die im folgenden näher beschrieben werden.the slit diaphragm 5 and the electrostatic analyzer 2 are provided. The lens system 7 "consists of two Ion lines 8 and 9, which are described in more detail below will.
Die Arbeitsweise des Gummilinsensystems 7 wird nun unter Bezugnahme auf Pig. 2 der Zeichnung näher erläutert. Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist die Linse 8 so angeordnet, daß sie den Ionenstrahl 12 derart beeinflußt, daß eine Zwischenabbildung des Schlitzes 5 in einer Ebene 10 erzeugt wird, die zwischen dieser Linse und einer Linse 9 liegt . Die Linse 9 erzeugt ein Bild des Schlitzes 5 in einer Ebene 11 auf der entgegengesetzten Seite dieser Linse, und diese Ebene iüt die Gegen atandsebene des elektrostatischen Analysators 2 (Fig.l). Die Linsen 8 und 9 folgen bezüglich des Ionenstrahls 12 der üblichen Linsenformel , und man kann leicht zeigen, daß die Geearatvergrößerung "' jn_ des Linsensystem 7 durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:The operation of the rubber lens system 7 is now under Reference to Pig. 2 of the drawing explained in more detail. As can be seen from this figure, the lens 8 is arranged so that it affects the ion beam 12 so that an intermediate image of the slot 5 in a Plane 10 is generated, which lies between this lens and a lens 9. The lens 9 creates an image of the Slit 5 in a plane 11 on the opposite side of this lens, and this plane is the opposite atandsplane of the electrostatic analyzer 2 (Fig.l). The lenses 8 and 9 follow the usual lens formula with respect to the ion beam 12, and one can easily show that the geearate magnification "'jn_ of the lens system 7 is given by the following expression:
V1V2 V 1 V 2
m » —————m »—————
wobei u-, » der Abstand zwischen der Schlitzblonde 5 und '•der Linee 8 ist,. where u-, »is the distance between the slit blonde 5 and '• the line 8 ,.
V^ a der Abstand zwischen der Linse 8 und der Zwisohenbildöbene 10 ist,V ^ a the distance between the lens 8 and the Intermediate image level is 10,
Up = der Abstand zwischen der Ebene 10 und der Linse 9 ist, undUp = the distance between level 10 and the Lens 9 is, and
V2 =* der Abstand zwischen der Linse 9 und der Gegenstandsebene 11 ist*V 2 = * the distance between the lens 9 and the object plane 11 is *
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Da die Linsen 8 und 9 gegenüber der Schlitzblende £> und den übrigen Teilen dea Massenspektrometers eine feste Lage haben, ergibt sich, daß u-, und V2 konstant sind, und daß v-, + U2 ebenfalls konstant iot. Wenn man jedoch die Brennweite der Linsen θ und 9 entsprechend ändert, können v·, und U2 so verändert werden, daß sich die Gesamtvergrößerung des Lin-jensystems 7 ebenfalls ändert* Since the lenses 8 and 9 have a fixed position relative to the slit diaphragm £> and the other parts of the mass spectrometer, it follows that u- and V 2 are constant and that v-, + U 2 are also constant. If, however, the focal length of the lenses θ and 9 is changed accordingly, v ·, and U2 can be changed in such a way that the total magnification of the lens system 7 also changes *
Wenn zum Beispiel U1 = V1 » 1 ist und U2 = v2 = 0,2 ist, (eo daß v·, + U2 = 1,2 ist), ergibt sich eine Gesamtver größerung von 1 . Wenn jedoch die Linsen 8 und 9 so abgeändert werden, daß v-^ = 0,2 und U2 = 1 ist, so ist die Gesamtvergrößerung 1/25·For example, if U 1 = V 1 »1 and U 2 = v 2 = 0.2, (eo that v ·, + U 2 = 1.2), the result is a total magnification of 1. If, however, the lenses 8 and 9 are modified so that v- ^ = 0.2 and U 2 = 1, the total magnification is 1/25 *
Bas Gummilinsensystem 7 kann daher in der Praxis dazu benutzt werden, die Vergrößerung des Blendenschlitzes 5 von dem Wert 1 : 1 auf mehr als 100 : 1 herabzusetzen, eo daß, wenn der Schlitz der Blende eine Breite von 5 tausendstel Zoll (0,125 mm) hat, die Breite des Ionenstrahls in der Gegen3tandsebene 11 kontinuierlich von einem Wert von 5 tausendstel Zoll bia 1/20 von 1 tausendstel Zoll, d.h. (von 0,125 mm und 0,00125 mm )stetig geän-"v dert werden kann. Die wirksame Breite des der Ionenquelle zugeordneten Schlitzes kann daher zwisohen diesen Grenzen geändert werden. iJine bevorzugte Ausführung der Gummilinsen des Gummilinsensystems 7 wird nun unter Bezugnähme auf Fig· 3» 4 und 5 näher erläutert. Das Linsensystem 7 befindet 'sich in einem zylindrischen Metallgehäuse 13, welches unter Zwischenschaltung von Vakuumdichtungen zwischen einer Ionenquellenanordnung I1,(die die Ionenquelle der Pig. 1 bildet) und einer Verbindungseinheit 14 angeordnet iet, die mit dem elektrostatischen Analysator 2 der Pig. 1 verbunden ist. ( Ea sei hier erwähnt, daß das hier beschriebene Massenspektrometer eine Abänderung eines handelsüblichen Massenspektrometers ist, bei dem das Linsensystem 7 nioht vorgesehen ist und das Gehäuse 13 durch ein Gehäuse ersetzt ist, welches etwas kürzere Länge hat,The rubber lens system 7 can therefore be used in practice to reduce the magnification of the diaphragm slit 5 from the value 1: 1 to more than 100: 1, eo that if the slit of the diaphragm has a width of 5 thousandths of an inch (0.125 mm) can, the width of the ion beam in the Gegen3tandsebene 11 continuously from a value of 5 mils bia 1/20 of 1 thousandths of an inch, ie, (0.125 mm and 0.00125 mm) continuously altered "v changed to be. the effective width of the The slot assigned to the ion source can therefore be changed between these limits.A preferred embodiment of the rubber lenses of the rubber lens system 7 will now be explained in more detail with reference to Figures 3, 4 and 5. The lens system 7 is located in a cylindrical metal housing 13, which is interposed of vacuum seals between an ion source arrangement I 1 , (which forms the ion source of the Pig. 1) and a connection unit 14 which is connected to the electrostatic analyzer sator 2 the Pig. 1 is connected. (Ea should be mentioned here that the mass spectrometer described here is a modification of a commercially available mass spectrometer in which the lens system 7 is not provided and the housing 13 is replaced by a housing which is slightly shorter in length,
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und das mit der Anordnung 1 und der Anordnung 14 verbunden ist ) .and that is associated with assembly 1 and assembly 14).
Die Linse 8 wird von drei gelochten metallischen Blendenscheiben 15 , 16 und 17 mit den Öffnungen 18 und 19 gebildet, deren Hauptabmessungen in der Ebene der Figuren 3 und 5 liegen. Die Scheiben 15 und 17 sind mit Hilfe von drei Schrauben 20 so eingespannt, daß sie gegen Vorsprünge 21 eines Flansches 22 eines metallischen Halterungsgliedes 23 und einen Flansch 24 eines weiteren metallischen Halterungsgliedes 27 liegen, wobei rohrförmige metallische Abstandsstücke 26 zwischen den Scheiben 15 und 17 vorgesehen sind. Die Scheiben 15 und 17 werden auf Erdpotential gehalten, wie weiter unten noch näher erläutert wird.The lens 8 is made up of three perforated metallic aperture disks 15, 16 and 17 formed with the openings 18 and 19, the main dimensions of which are in the plane of the figures 3 and 5 lie. The discs 15 and 17 are clamped by means of three screws 20 so that they against projections 21 of a flange 22 of a metallic support member 23 and a flange 24 of another metallic one Support member 27 are, with tubular metallic spacers 26 between the discs 15 and 17 are provided. The disks 15 and 17 are held at ground potential, as will be explained in more detail below will.
Die Platte 16 ist mit Hilfe von drei Stiften 28 so gehaltert, daß sie zwischen den Scheiben 15 und 17 und parallel zu ihnen liegt. Die ■ Stifte 28 tragen Abstandsstücke 29 und 30 aus Quartz, und ein Rohr 31 aus einem keramischen Isoliermaterial , so daß die Scheibe 16 elek-The plate 16 is supported by means of three pins 28 so that they are between the discs 15 and 17 and parallel to them. The ■ pins 28 carry spacers 29 and 30 made of quartz, and a tube 31 made of one ceramic insulating material, so that the disc 16 elec-
trisch von den Scheiben 15 und 17 isofcliert ist. Das Ende eines der Stifte 28 , das der Scheibe 16 gegenüberliegt, ist mit einem Federkontakt 50 verbunden. Beim Betrieb wird die Scheibe Io auf einem hohen Potential gehalten, das über ein Kabel 32 zugeführt wird, welches'ducch das Gehäuse 13 über eine Hochspannungsdurchführung 33 -hindurchgeht, wobei der Leiter 34 gegen den Federkontakt 50 anliegt.Isofcliert trisch of the disks 15 and 17. The end one of the pins 28, which is opposite the disk 16, is connected to a spring contact 50. During operation the disk Io is kept at a high potential, which is supplied via a cable 32, which 'ducch the Housing 13 passes through a high-voltage bushing 33, the conductor 34 against the spring contact 50 is present.
Die Linoe 9 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Linse 8 und wird daher nicht näher beschrieben. Der Halterungsteil 51 ist an dem Bauteil 14 mit Hilfe von nicht dargestellten Schrauben befestigt, so daß sich eine elektrische Verbindung ergibt, durch die die Scheiben 35 und 36 auf Erdpotential gehalten werden, ebenso, wie die ScheibenThe Linoe 9 has essentially the same structure as the lens 8 and is therefore not described in more detail. The mounting part 51 is attached to the component 14 with the aid of fastened screws, not shown, so that there is an electrical connection through which the discs 35 and 36 are held at ground potential, as are the disks
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15 und 17 der Linse 7« Die Blendenacheibe 37 wird auf einem hohen Potential gehalten, das über ein Kabel 38 zugeleitet wird.15 and 17 of the lens 7 «The diaphragm disk 37 is kept at a high potential, which is above a Cable 38 is fed.
Der Schlitz 5 (Fig· l)befindet sich in einer Blendenscheibe 51» die an dem Plansch 27 des Teiles 23 befe stigt ist, wobei der Sohlitz, der in Pig* 3 nicht . sichtbar ist, in der Ebene dieser Figur liegt.The slot 5 (FIG. 1) is located in a diaphragm disk 5 1 »which is fastened to the flange 27 of the part 23, whereby the sole seat that is not shown in Pig * 3. is visible, lies in the plane of this figure.
Es sei bemerkt, daß die Brennweiten der Linsen 8 und 9 geändert werden können, so daß sich die Gesamtvergrösserung des Linsensystems ändert, in dem lediglich die * über die Kabel zugeführten Spannungen 32 und 38 geändert werden.It should be noted that the focal lengths of the lenses 8 and 9 can be changed so that the overall magnification of the lens system changes, in which only the voltages 32 and 38 supplied via the cables are changed will.
Wie sich aus Pig. 1 ergibt, hat der Kollektorschlitz 6 ein zugeordnetes Gummilinsensystem 38 , das im wesent liehen ebenso aufgebaut ist, wie das Linsensystem ?· Das Massenspektrometer arbeitet so, daß die den magnetischen Analysator 3 verlassenden Ionen ein Bild ( das im folgenden "Analysatorbild" genannt wird) des Blendenschlitzes bilden kurz nachdem sie den Analysator verlassen, und die Gegenstandssoheibe des Linsensystems 39 ist so angeordnet, daß sie mit der Ebene dieses Bildes zusammenfällt. Das Linsensystem 39 dient dazu, ein verkleinertes Bild des | Schlitzes, 6 in der Gegenstandsebene zu erzeugen. Bei anderer Betrachtungsweise kann man auch sagen, daß das Linsensystem 39 ein vergrößertes Bild des Analysatorlhildes erzeugt, das in der Ebene des Kollektorschlitzes 6 liegt. Dieses vergrößerte Bild hat im wesentlichen die gleiche Breite oder ist auch breitet; als der Schlitz 6 , so daß die Ionen des gesamten Analyeatorbildes oder eines Teiles desselben dem Kollektor 4- zugeleitet werden ( in Abhängigkeit von den beeonderen Betriebsbedingungen). Wie i«aAs evidenced by Pig. 1 results, the collector slot 6 has an associated rubber lens system 38, which borrowed wesent is constructed in the same way as the lens system? · The mass spectrometer works in such a way that the magnetic Analyzer 3 ions leaving an image (hereinafter referred to as the "analyzer image") of the aperture slit form shortly after they leave the analyzer, and the object surface of the lens system 39 is arranged so that that it coincides with the plane of this picture. The lens system 39 is used to provide a reduced image of the | Slot to generate 6 in the plane of the object. If you look at it differently, you can also say that Lens system 39 shows an enlarged image of the analyzer screen generated, which lies in the plane of the collector slot 6. This enlarged image is essentially the same Width or is also broad; than the slot 6 so that the ions of the entire analyzer image or a part of the same are fed to the collector 4- (depending on the special operating conditions). How i «a
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Fall des Linsensysterna 7 ist es möglich, die wirksame Breite des Kollektorschlitzes 6 durch Veränderung der Vergrößerung des Linsensystems 39 einzustellen.Case of the Linsensysterna 7 it is possible to have the most effective Adjust the width of the collector slot 6 by changing the magnification of the lens system 39.
Beim Betrieb des obenbeschriebenen Massenspektrometer wird das der Ionenquellenblende 5 zugeordnete Linsensystem 7 dazu benutzt, die wirksame Breite des Ionenstrahls zu steuern, während das Linsensystem 39» das dem Kollektorsystem 6 zugeordnet ist, dazu benutzt wird, die dem Kollektor 4 zugeleiteten Ionen zu steuern, um eine optimale Empfindlichkeit bei einer gegebenen Auflösung zu erhalten.When operating the mass spectrometer described above the lens system 7 assigned to the ion source diaphragm 5 is used to determine the effective width of the ion beam to control, while the lens system 39 », which is assigned to the collector system 6, is used to control the the collector 4 to control ions fed to a obtain optimal sensitivity for a given resolution.
Bei dieser Anordnung kann eine rasche Änderung der Auflösung dadurch erzielt werden, daß man lediglich die den Linsensystemen 7 und 39 zugeführten Potentiale entsprechend verändert. Wenn das Magnetfeld des magnetischen Analysators 3 .' im Bereich der obengenannten Werte verändert wird, um Ionen verschiedener Masse festzustellen, kann eine sehr hohe Auflösung über einen kleinen ausgewählten Teil des gesamten Massenbereiches verwendet werden, der insgesamt untersucht wird, während der Rest der Abtastung mit einer kleineren Auflösung und entsprechend höherer Empfindlichkeit durchgeführt werden kann.With this arrangement, a rapid change in resolution can be achieved by only changing the lens systems 7 and 39 supplied potentials changed accordingly. When the magnetic field of the magnetic analyzer 3. ' is changed in the range of the above-mentioned values in order to determine ions of different mass, a very high resolution can be achieved can be used over a small selected portion of the total mass range that is examined as a whole is carried out during the rest of the scan with a lower resolution and a correspondingly higher sensitivity can be.
Die den Linsen 8 und 9 des Linsensystems 7 zugeführten Spannungen können zum Beispiel von der Energie des Ionenstrahls abhängig gemacht werden, um eine entsprechende Verkleinerung an dem Ionenquellenschlitz 5 zu erhalten. Um automatisch Änderungen des Potentials der Ionenquelle zu kompensieren, kann es erwünscht sein, die Linsenpotentiale von demselben Ionenquellenpotential abhängig zu machen. Eine Schaltung für diesen Zweok ist in Pig. 6 dargestellt. Bei dieser Schaltung wird ein kleiner Teil derThe voltages supplied to the lenses 8 and 9 of the lens system 7 can, for example, be derived from the energy of the ion beam can be made dependent in order to obtain a corresponding reduction in size at the ion source slot 5. Around To automatically compensate for changes in the potential of the ion source, it may be desirable to adjust the lens potentials to make dependent on the same ion source potential. A circuit for this purpose is in Pig. 6 shown. In this circuit, a small part of the
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- Io -- Io -
Spannung, die von der Spannungaquelle 40 zugeführt wird, und die Ionenquelle 1 (Fig.l) .-speist, einem Verstärker 41 zugeleitet, der seinerseits vier Potentiometer 42 bis 45 mit einer Spannung speist, die proportional der Ionenquellenspannung ist. Hochspannungseinheiten 46 bis 49 sind an die Anzapfpunkte der Potentiometer 42 bis 45 angeschlossen , und diese Einheiten liefern die Potentiale für die Linsensyateme 7 und 39 und sind daher abhängig von dem'Ionenquellenpotential.Voltage, which is supplied by the voltage source 40 and feeds the ion source 1 (FIG. 1), is fed to an amplifier 41, which in turn has four potentiometers 42 to 45 with a voltage proportional to the Ion source voltage is. High-voltage units 46 to 49 are connected to the tapping points of the potentiometers 42 to 45 connected, and these units supply the potentials for the lens systems 7 and 39 and are therefore dependent of the ion source potential.
Beim Betrieb des Missenspektrometers kann daher die. Vergrößerung des Linsensystems· 7 geändert v/erden, indem lediglich die Anzapfpunkte der Potentiometer 42 und 45 verschoben werden, während das Linsensystem 39 in ähnlicher Weise durchVttrstellung der Potentiometer 44 und 45 einge stellt werden kann.When operating the miss spectrometer can therefore. enlargement of the lens system · 7 changed by simply shifting the tapping points of the potentiometers 42 and 45 while the lens system 39 is adjusted in a similar manner by adjusting the potentiometers 44 and 45 can be.
Die Anordnung kann vorzugsweise auch so abgeändert werden, daß nur eine einzige Einstellvorrichtung für jedes der Linsensysteme 7 und 39 vorgesehen ist. So kann z.B. das Linseneystem 7 anstelle des Potentiometers 43 mit einem Punktionsgenerator zusammenarbeiten, der auf die von dem Potentiometer gelieferte Spannung anspricht, und eine ent-' sprechende Spannung an die Einheit 47 liefert, um eine richtige Einstellung des Linsensystems 7 bei allen Einstellungen des Potentiometers zu erhalten.The arrangement can preferably also be modified so that only a single adjustment device for each of the Lens systems 7 and 39 is provided. For example, instead of the potentiometer 43, the lens system 7 can be equipped with a Work together puncture generator based on the Voltage supplied by the potentiometer responds, and a corresponding A speaking voltage is supplied to the unit 47 in order to ensure a correct setting of the lens system 7 for all settings of the potentiometer.
Anstatt die Potentiale , die den Linsensystemen 7' und 39 zugeführt werden, kontinuierlich einstellbar zu machen, wie sich aus der Schaltung nach Pig. 6 ergibt, können sie auch auf eine Reihe von vorbestimmten Werten einstellbar sein. In diesem Pail ist das Auflösungsvermögen des Spektrometere nur in Stufen einstellbar.Instead of making the potentials that are fed to the lens systems 7 'and 39 continuously adjustable, as can be seen from the circuit according to Pig. 6, they can also be set to a range of predetermined values be. In this pail is the resolving power of the spectrometer only adjustable in steps.
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Bei einer anderen Ausführung3forra kann das Massenspektrometer so angeordnet sein, daß es automatisch sein Auflösungsvermögen steuert. Diea kann dadurch erreicht werden, daß das Spektrometer eine einzelne Ionenciasse abtastet (einer Probe, die über die Ionenquelle eingeführt ist) , und daß auf die Linsensteuerung ein elektrisches Signal einwirkt, welches ein Haß der ' Breite (d.h. der Zeitdauer) der am Kollektor gemessenen 'Spitze " ist. Wenn das Auflösungsvermögen auf diese Weise eingestellt wird, wird das Verhältnis der Vergrößerungen der beiden Linsensysteme automatisch so eingestellt, daß sich die günstigsten Übertragungsbedingungen ergeben ( d.h. daß automatisch die maximale Spitzenhöhe bei der ausgewählten Spitzenbreite eingestellt wird).In another 3forra version, the mass spectrometer be arranged so that it automatically controls its resolving power. Diea can thereby can be achieved that the spectrometer scans a single ion class (a sample that passes through the ion source is introduced), and that an electrical signal acts on the lens control, which a hatred of the ' Width (i.e. the length of time) of the 'peak "measured at the collector. If the resolving power is on this Wise, the ratio of the magnifications of the two lens systems is automatically set so that that the most favorable transmission conditions result (i.e. that automatically the maximum peak height is set at the selected tip width).
Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schlitz 5 eine feste Breite hat, so sei doch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf Massenspektro meiner beschrärit ist, die Schlitze mit körperlich festgelegter Breite haben. Der Gesamtbereich der wirksamen Breite des Schlitzes 5 kann z.B. da-durch vergrößert werden, daß der Schlitz 5 einstellbar ist , oder daß er durch eine Blende mit einem Schlitz abweiohender Breite ersetzt wird.Although the slot 5 has a fixed width in the embodiment described, it should be noted pointed out that the invention is not based on my mass spectrometry is beschrärit, the slots with physically fixed Have width. The total area of the effective width of the slot 5 can for example be enlarged by the fact that the slot 5 is adjustable, or that it is replaced by a panel with a slot deviating in width.
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| DE3522340A1 (en) * | 1985-06-22 | 1987-01-02 | Finnigan Mat Gmbh | LENS ARRANGEMENT FOR FOCUSING ELECTRICALLY CHARGED PARTICLES AND MASS SPECTROMETER WITH SUCH A LENS ARRANGEMENT |
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