DE2110220A1

DE2110220A1 - Device for the detection of particles

Info

Publication number: DE2110220A1
Application number: DE19712110220
Authority: DE
Inventors: Colin Alfred; Kilvington John; Oxford; Robinson Norman Wright Newbury Berkshire; Bailey (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1970-03-05
Filing date: 1971-03-03
Publication date: 1971-09-23
Also published as: GB1288493A

Description

Einrichtungzum Naohweisen von Teilchen Device for detecting particles

Die Erfindung bezieht sich auf zum Nachweisen von Teilchen dienende Einrichtungen derjenigen Art, bei welcher dafür gesorgt ist, daß Teilchen einer bestimmten Art unter den steuernden Einfluß eines Impulssignals in eine .Flugbahn eintreten und durch einen Detektor nachgewiesen werden, nachdem sie die Flugbahn durchlaufen haben, wobei zeitliche Änderungen bezüglich des Ansprechens des Detektors Informationen über die Mengeriverteilung der Teilchen liefern, bei welchen ein bestimmter Parameter unterschiedliche Werte hat, so daß sich-für die Teilchen unterschiedliche Laufzeiten längs der Flugbahn ergeben. Bei den maßgebenden Parameter kann es sich im Fall eines Massenspektrometer s z. B. um das Masse-Ladungsverhältnis von Ionen handeln, oder im -*'all eines Ionenspektrometer oder eines Molykülarstrahlenspektrometers um die Energie der Teilchen.The invention relates to devices for detecting particles of the type in which it is ensured that particles of a certain type are under the controlling influence of a pulse signal in enter a trajectory and are detected by a detector after they have passed through the trajectory, with temporal changes in the response of the detector information about the quantity distribution of the Provide particles in which a certain parameter has different values, so that different values for the particles Run times along the trajectory result. The relevant parameter can be in the case of a mass spectrometer s z. B. to be the mass-to-charge ratio of ions, or in - * 'all of an ion spectrometer or a molecular beam spectrometer to determine the energy of the particles.

Bei einer solchen Einrichtung ist es wichtig, ein hohes Auflösungsvermögen zu erzielen, d. h., einen hohen Grad • der Unterscheidungsmöglichkeit zwischen Teilchen, bei denen die Werte des mai%ebenden Parameters einander nahe benachbart sind. Wenn man eine bestimmte Teilchenquelle be-With such an establishment it is important to have a high To achieve resolving power, d. that is, a high degree of • the ability to differentiate between particles in which the values of the mai% level parameter are close to each other are. If you load a certain particle source

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nutzt und mit einer festgelegten Flugbahn arbeitet, deren größte Länge sich häufig z. B. nach dem Raumbedarf und der bequemen Benutzbarkeit der Einrichtung richtet, kann man das Auflösungsvermögen nur verbessern, indem man die Länge der Impulse verringert, die das Eintreten der Teilchen in die Flugbahn steuern. Bei den bis Jetzt bekannten Anordnungen, bei denen ein vollständiges Überstreichen eines Bereichs von Werten des maisgebenden Parameters durch eine Änderung des Ansprechens des Detektors auf einen einzigen Impuls bewirkt wird, wird das Ausmaß, in dem das Auflösungsvermögen verbessert werden kann, dadurch begrenzt, daß bei äeirkurzen Impulsen während der Dauer dieses Impulses nur eine kleine Zahl von Teilchen in die Flugbahn eintritt, so daß es wegen des sich daraus ergebenden geringen Geräuschabstandes schwierig ist, die Ausgangssignale des Detektors zu verarbeiten.uses and works with a fixed trajectory, whose greatest length often z. B. according to the space requirements and the If the device is convenient to use, the only way to improve the resolution is to increase the length which reduces the impulses that control the entry of the particles into the flight path. With the arrangements known up to now, in which a complete sweeping over of a range of values of the maize-giving parameter by a change the response of the detector to a single pulse is caused, the extent to which the resolving power can be improved, limited by the fact that with extremely short pulses during the duration of this pulse only a small number of particles enter the flight path, so that it is because of the resulting low signal-to-noise ratio is difficult to process the output signals of the detector.

Man kann diese Begrenzung dadurch vermeiden, dait man den Detektor so steuert, daß er praktisch nur auf Teilchen anspricht, bei denen der maßgebente Parameter einen bestimmten Wert hat, und daß man das Ausgangssignal des Detektors über einen Satz von Impulsen integriertj hierbei wird der Detektor mit Hilfe eines Impulssignals gesteuert, das dem Impulssignal ähnelt, welches das Eintreten der Teilchen in die Flugbahn steuert, wobei jedoch der Detektor steuerimpuls gegenüber dem die xeilchen steuernden Impuls um einen Betrag verzögert ist, der dem bestimmten wert des maßgebenuen Parameters entspricht; hierbei wird die gewünschte Information bezüglich der Teilchen, denen unterschiedliche Werte dieses Parameters zukommen, aus den Änderungen des integrierten Signals des Detektors gewonnen, die dadurch hervorgerufen werden, daß man das Au&maß der Verzögerung markiert. Bei einer solchen Anordnung ist die Arbeitsgeschwindigkeit im Vergleich zu den bis jetzt gebräuchlichen Anordnungen der eingangs geschilderten Art herabgesetzt, und diese Ver-One can avoid this limitation by doing one controls the detector in such a way that it practically only responds to particles for which the relevant parameter is a certain one Has value, and that the output signal of the detector is integrated over a set of pulsesj hereby becomes the Detector controlled by means of a pulse signal similar to the pulse signal that the particles enter into controls the trajectory, but the detector control pulse compared to the pulse controlling the xeilchen by an amount is delayed, the certain value of the measure Parameter corresponds to; this will provide the desired information regarding the particles that have different values this parameter, obtained from the changes in the integrated signal of the detector that it causes that one marks the extent of the delay. With such an arrangement, the operating speed is compared to the arrangements of the type described above that have been used up to now, and this arrangement

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langsaiüung kann zu schwerwiegenden ϊ'Ό^η führen, wenn mit . einem Impulssignal der gebräuchlichen Art gearbeitet wird. Lie Erfindung beruht nunmehz* auf der Erkenntnis, daß sich in dieser Beziehung eine erhebliche Verbesserung erzielen läßt, wenn man ein Impulssignal von anderer Art auf eine solche Weise benutzt, daß es auf vorteilhafte Weise möglich ist, bekannte Korrelationsverfahren anzuwenden.Slowing down can lead to serious ϊ'Ό ^ η when using . a pulse signal of the usual type is used. Lie's invention is now based on the knowledge that In this respect a considerable improvement can be achieved if a pulse signal of a different type is transferred to a is used in such a way that it is advantageously possible to use known correlation methods.

Die Erfindung sieht nunmehr eine zum Kachweisen von l'eilcnen geeignete Einrichtung der genannten Art vor, bei der der Detektor so eingerichtet ist, daß er mit Hilfe eines Signals gesteuert werden kann, das dem erwähnten Impulssignal ähnelt, jedoch gegenüber diesem Impuls signal um einen variablen Betrag verzögert ist; dieses Signal ist ein pseudoregelloses binäres Signal, und es ist dafür gesorgt, daß das Ausgangssignal des Detektors über eine ganze Zahl von Perioden des Signals bei Jedem gegebenen Verzögerungsbetrag integriert wird. The invention now provides a device of the type mentioned which is suitable for the detection of components which the detector is set up to help with a signal can be controlled which is similar to the aforementioned pulse signal, but compared to this pulse signal is delayed a variable amount; this signal is a pseudoregular binary signal and it is ensured that that the output of the detector is integrated over an integer number of periods of the signal for any given amount of delay.

Ein pseudoregelloses binäres Signal besteht aus einer sich zyklisch wiederholenden Folge von Impulsen, die eine solche Form hat, daß die Übergänge der Wellenform der Folge im wesentlichen regellos aufeinander folgen. Das effektive Inarkierung^-Abstanasverhältnis hat bei einem solchen Signal den Wert 1:1, so daß bei einer Einrichtung nach der Erfindung der Detektor praktisch während 50 % der Dauer einer beliebigen Integrationsperiode in Tätigkeit ist. Dies steht in Gegensatz zu einem Impulssignal der gebräuchlichen Art, das eine Reihe von regelmäßig wiederkehrenden Impulsen ist, bei denen das Düarkierungs-Abstands-Verhältnis notwendigerweise erheblich kleiner ist, da der Abstand zwischen den Impulsen der maximalen Laufzeit der nachzuweisenden Teilchen entsprechen muß. Somit ermöglicht es die Verwendung eines pseudoregellosen binären Signals, bei einer bestimmten Länge der Integrationsperiode eine erheblich höhere Empfindlichkeit zu erzielen oder bei einer gegebenen Empfind-A pseudoregular binary signal consists of a cyclically repeating sequence of pulses which is of such a form that the transitions of the waveform of the sequence follow one another in an essentially random manner. The effective marking ^ distance ratio has the value 1: 1 for such a signal, so that in a device according to the invention the detector is in operation for practically 50 % of the duration of any integration period. This is in contrast to a pulse signal of the usual type, which is a series of regularly recurring pulses in which the marker-to-space ratio is necessarily much smaller since the spacing between the pulses must correspond to the maximum travel time of the particles to be detected. Thus, the use of a pseudoregulatory binary signal makes it possible to achieve a considerably higher sensitivity for a certain length of the integration period or for a given sensitivity

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lichkeit mit einer Integrationsperiode zu arbeiten, die erheblich kürzer ist, als es bei einer Impulsreihe der üblichen Art möglich sein würde. Außerdem ist es "bei einer impulsreihe der gebräuchlichen Art nicht möglich, das Auflösungsvermögen durch ein Verkürzen der Impulse zu verbessern _t ohne daß sich eine zu der Verkürzung proportionale Verschlechterung der Empfindlichkeit ergibt; diese wirkung tritt bei einem pseudoregellosen binären Signal nicht ein, da es möglich ist, das Auflösungsvermögen zu verbessern, ohne die Empfindlichkeit zu beeinträchtigen, indem man die Zahl der Ziffernintervalle je Periode des Signals erhöht, wobei unter einem Ziffernintervall die Zeit zu verstehen ist, die zwischen aufeinanderfolgenden Augeblicken verstreicht, in denen in der Wellenform der Impulsfolge Übergänge auftreten können. In der Praxis ist es auf diese Weise möglich, das Auflösungsvermögen zu verbessern, bis man einen Punkt erreicht, an welchem das Auflösungsvermögen nicht mehr durch die Form des Signals begrenzt ist, sondern vielmehr durch die Charakteristiken der Teilchenquelle und die Flugbahn.possibility to work with an integration period which is considerably shorter than would be possible with a pulse series of the usual type. Moreover, it is "at a pulse train of the conventional type not possible, the resolution of _t can be improved by shortening the pulses without a proportional to the reduction deterioration of the sensitivity results, this effect does not occur at a pseudo random binary signal, since it is possible is to improve the resolution without impairing the sensitivity by increasing the number of digit intervals per period of the signal, where a digit interval is the time that elapses between successive moments in which transitions occur in the waveform of the pulse train In practice it is possible in this way to improve the resolving power until one reaches a point at which the resolving power is no longer limited by the shape of the signal, but rather by the characteristics of the particle source and the trajectory.

Um das pseudoregellose binäre Ausgangssignal und das benötigte verzögerte Signal zu erzeugen, kann man von bekannten Verfahren Gebrauch machen, bei denen Rückkopplungs-Schieberegister benutzt werden$ in diesem Zusammenhang sei z. B. auf die Zeitschrift "Electronic-Ingenieuring" Band 36, S. 253 (April 1964-) sowie auf die Zeitschrift "Electronics Letters", Band 1, ß. 123 (Juli 1965) verwiesen. Die Größe der Verzögerung kann mit Hilfe digitaler Verfahren gewählt werden, die es ermöglichen, die Verzögerung ohne Schwierigkeiten in Jeder erforderlichen Weise innerhalb eines bestimmten Bereichs zu variieren.To the pseudoregulatory binary output signal and the To generate the required delayed signal, use can be made of known methods in which feedback shift registers are used $ in this context is z. B. on the magazine "Electronic-Ingenieuring" volume 36, p. 253 (April 1964-) and the journal "Electronics Letters ", Volume 1, ß. 123 (July 1965). The size of the delay can be determined with the help of digital methods be chosen that allow the delay without Difficulties vary in any required way within a certain range.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention and advantageous details of the invention are explained in more detail below with reference to a schematic drawing of an embodiment.

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Die Zeichnung zeigt teilweise schematisch und teilweise in einem Blockschaltbild ein erfindungsgemäßes Massenspektrometer, das zur Verwendung bei der Gasanalyse geeignet ist.The drawing shows partly schematically and partly in a block diagram a mass spectrometer according to the invention, which is suitable for use in gas analysis.

Das erfindungsgemäße Spektrometer umfaßt einen Fühlkopf und diesem zugeordnete elektronische Schaltungen; die Bestandteile des Fühlkopfes sind auf einem Fuß angeordnet, durch den hindurch die Zuleitungen für die betreffenden Schaltungselemente mit abdichtender Wirkung nach außen geführt sind, so daß es möglich ist, den Fühlkopf in einer Vakuumkammer anzuordnen, wobei der Fuß einen Teil der Umschließung bildet. Es sei bemerkt, daß es erwünscht ist, die Abmessungen des Fühlkopfes möglichst klein zu halten, und zwar sowohl mit Rücksicht auf eine bequeme Benutzbarkeit, als auch um die Flächen möglichst klein zu halten, an denen sich eine Entgasung abspielen kann.The spectrometer according to the invention comprises a sensing head and electronic circuits associated therewith; the Components of the sensor head are arranged on a foot, through which the supply lines for the relevant Circuit elements are performed with a sealing effect to the outside, so that it is possible to use the sensing head in a To arrange vacuum chamber, with the foot forming part of the enclosure. It should be noted that it is desirable to keep the dimensions of the sensor head as small as possible, both with regard to ease of use and to keep the areas as small as possible, on which degassing can take place.

Gemäß der Zeichnung umfaßt der insgesamt mit 1 bezeichnete Fühlkopf eine Ionenquelle 2, einen Ionendetektor 3 und eine Laufzeitröhre 4, die einen feldfreien Raum abgenzt, durch den hindirch sich Ionen von der Quelle 2 aus zu dem Detektor 3 bewegen können; die Laufzeitröhre 4 hat eine Länge von 100 mm, um der Forderung nach möglich* kleinen Abmessungen zu entsprechen. Die Ionenquelle 2 umfaßt einen auf einer Seite offenen Metallkasten 5» in dem positive Ionen dadurch erzeugt werden, daß Gasmoleküle einem Elektronenbündel ausgesetzt werden, das mit Hilfe einer Kathode 6 in Form eines Glühfadens erzeugt wird, wobei das Elektronenbündel bzw. der Strahl in den Metallkasten 5 durch eine vergitterte Öffnung 7 eintritt; während des Betriebs ist der Metallkasten 5 gegenüber der Laufzeitröhre 4 mit einem mittleren positiven Potential von 200 V vorgespannt, una die Kathode 6 wird gegenüber der Laufzeitröhre 4 auf einem positiven Potential von 100 V gehalten. Gegenüber der offenen Seite des hetall-According to the drawing, the sensor head, designated as a whole by 1, comprises an ion source 2, an ion detector 3 and a transit time tube 4, which have a field-free space removed, through which ions can move from the source 2 to the detector 3; the transit time tube 4 has a length of 100 mm to meet the requirement for possible * small dimensions. The ion source 2 includes a metal box 5 'open on one side in which positive ions are generated by gas molecules be exposed to a beam of electrons which is generated with the aid of a cathode 6 in the form of a filament, wherein the electron beam or the beam enters the metal box 5 through a grated opening 7; while During operation, the metal box 5 has a medium positive potential with respect to the transit time tube 4 biased by 200 V, una the cathode 6 is opposite the travel time tube 4 to a positive potential of 100 V held. Opposite the open side of the metal

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kastens 5 ist ein Drahtgitter 8 angeordnet, durch das hindurch Gasmoleküle in den Kasten 5 eintreten können; das Drahtgitter 8 ist mit dem Kasten 5 verbunden. Gegenüber dem Drahtgitter 8 ist vor der oifenen Seite des Ksstens 5 eine gitterförmige Elektrode 9 angeordnet, die gegenüber dem Kasten 5 während des Betriebs mit einer positiven Spannung von IO V vorgespannt ist.box 5, a wire mesh 8 is arranged through which Gas molecules can enter the box 5; the wire mesh 8 is connected to the box 5. Opposite to the wire mesh 8 is in front of the open side of the box 5 a grid-shaped electrode 9 arranged opposite the box 5 during operation with a positive voltage is biased by IO V.

Der Detektor 3 ist auf bekannte Weise ausgebildet und umfaßt eine Fangelektrode, die mit den Ionen bombardiert wird, um Sekundärelektronen zu erzeugen, sowie einen Elektronenvervielfacher} da diese AnoBdnung bekannt ist, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen. Die Enden der Laufzeitröhre 4 sind durch Drahtgitter IO und 11 abgeschlossen, die mit der Hohre verbunden sind. Zwischen den Gittern 9 und IO sind zwei Gitterelektroden 12 und 13 vorgesehen, und zwischen dem Gitter 11 und dem Detektor 3 sind zwei weitere zu dem Gitter 11 parallele Elektroden 14 und 15 angeordnet. Es ist zweckmäßig, wenn der Abstand zwischen den Gittern 9 und 12, den Gittern 13 und 10 und den GitternThe detector 3 is designed in a known manner and comprises a collecting electrode which is bombarded with the ions is used to generate secondary electrons, as well as an electron multiplier} Since this arrangement is known, a more detailed explanation is not necessary. The ends of the Time tubes 4 are closed by wire mesh IO and 11, which are connected to the tube. Between Grids 9 and IO two grid electrodes 12 and 13 are provided, and between the grid 11 and the detector 3 are provided two further electrodes 14 and 14 parallel to the grid 11 15 arranged. It is useful if the distance between the grids 9 and 12, the grids 13 and 10 and the grids

14 und 15 ö^eweil^s 1 ^mm beträgt, und wenn der Abstand zwischen den Gittern 12 und 13 und den Gittern 11 und 14 jeweils im Bereich von 0_tl bis 0,2 mm liegt. Während des Gebrauche ist die Elektrode 12 gegenüber dem Metallkasten 5 mit einer negativen Spannung von 200V vorgespannt, die Elektrode 13 wird gegenüber der Laufzeitröhre 4 unter einer positiven Spannung von 210V gehalten, und an der Elektrode14 and 15 ö ^ewe il ^s 1 ^mm, and if the distance between the gratings 12 and 13 and the gratings 11 and 14 each in the range of 0 to 0.2 l _t is mm. During use, the electrode 12 is biased with a negative voltage of 200V with respect to the metal box 5, the electrode 13 is kept with a positive voltage of 210V with respect to the time tube 4, and on the electrode

15 liegt die gleiche Spannung wie an der Laufzeitröhre 4. Um den in die Laufzeitröhre 4 eintretenden Ionenstrom zu modulieren, wird ein erstes Impulssi^nal an den Kasten 5 und die Elektroden 9 und 12 so angelegt, daß diese Teile im Vergleich zu ihren mittleren Potentialen zwischen dem positiven Potential von 5V und einem negativen Potential von 5V umgeschaltet werden. Der Kasten 5 und die Elektroden 9 und 12 sind gegeneinander durch Gleichströme zui-ücichal-15 is the same voltage as on the transit time tube 4. In order to modulate the ion current entering the transit time tube 4, a first pulse signal is sent to the box 5 and the electrodes 9 and 12 applied so that these parts compared to their mean potentials between the positive potential of 5V and a negative potential can be switched from 5V. The box 5 and the electrodes 9 and 12 are connected to each other by direct currents.

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tende Kondensatoren 16 isoliert. Um den Strom der Ionen zu modulieren» die von der Laufzeitröhre 4 aus zu dem Detektor 3 gelangen, wird der Elektrode 14 ein zweites Impulssignal zugeführt, um diese Elektrode gegenüber der Laufzeitröhre 4 zwischen positiven Potentialen von 180 und 235V umzuschalten; die Elektrode 15 ist vorgesehen, um zu erreichen, daß die Modulationscharakteristik der Elektrode 14 derjenigen der Elektrode 13 ähnelt. Um eine übermäßige Verschlechterung der Übergänge in den Impulssignalen zu vermeiden, werden die Impulssignale den betreffenden Elektroden über zwei mit Gold plattierte lütreifenförmige Übertragungsleitungen 17 zugeführt, die einen gemeinsamen Leiter umfassen, wobei die Laufzeitröhre 4 die Sückleitung für eine dieser Leitungen bildet.tending capacitors 16 isolated. To the stream of ions To modulate »which arrive from the transit time tube 4 to the detector 3, the electrode 14 receives a second pulse signal fed to this electrode opposite the transit time tube 4 between positive potentials of 180 and to switch 235V; the electrode 15 is provided, in order to make the modulation characteristic of the electrode 14 resemble that of the electrode 13. To a To avoid excessive deterioration of the transitions in the pulse signals, the pulse signals are concerned Electrodes over two gold-plated hoop-shaped hoops Transmission lines 17, which comprise a common conductor, wherein the delay tube 4 forms the return line for one of these lines.

Der Fühlkopf 1 arbeitet somit in der nachstehend beschriebenen Weise. Die aus dem Kasten 5 über das Gitter 9 austretenden Ionen werden zuerst durch cka Feld zwischen den Gittern 9 und 12 beschleunigt und dann durch daß Feld zwischen den Gittern 12 und 13 abgebremst* Während die Potentiale des Kastens 5 und der Gitter 9 und 12 ihre stärker negativen Werte haben, ist das Bremsfeld genügend stark, um die Ionen abzustoßen, so daß praktisch keine Ionen das Gitter 13 passierenj wenn diese Potentiale jedoch ihre stärker potitiven Werte annehmen, können Ionen das Gitter 13 passieren, und diese Ionen werden dann durch daß Feld zwi-. sehen den Gittern 13 und IO erneut beschleunigt. Die so beschleunigten Ionen, durchlaufen die Bohre 4 «it gleichmäßigen Geschwindigkeiten, die sich jeweils nach den Werten des Masse-Ladungs-Verhältnisses richten, wobei die Laufzeit eines Ions längs der Laufzeitröhre 4 zur Quadratwurzel seines Masse-Ladungs-Verhältnisses proportional ist. Nach dem Passieren des Gitters 11 treten die Ionen in ein weiteres Bremsfeld zwischen den Gittern 11 und 14 ein; während das Potential des Gitters 14 seinen stärker positiven Wert hat, ist dieses Feld genügend stark, um dieThe sensing head 1 thus operates in the manner described below. The ones from the box 5 via the grid 9 Exiting ions are first accelerated by the field between the grids 9 and 12 and then by that field braked between the grids 12 and 13 * While the potentials of the box 5 and the grids 9 and 12 have their more negative values, the braking field is sufficiently strong, in order to repel the ions, so that practically no ions pass through the grid 13, but if these potentials are stronger Assume potent values, ions can the grid 13 happen, and these ions are then passed through the field between. see the grids 13 and IO accelerated again. That accelerated Ions, pass through the drill 4 «it evenly Speeds, which are based on the values of the mass-to-charge ratio, with the running time of an ion along the transit time tube 4 to the square root its mass-to-charge ratio is proportional. After passing through the grid 11, the ions enter a further braking field between the grids 11 and 14; while the potential of the grid 14 has its more positive value, this field is sufficiently strong to the

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Ionen abzustoßen, so daß praktisch keine Ionen das Gitter 14 passieren; wenn Jedoch das Potential des Gitters 14- sei-.nen stärker negativen Wert annimmt, können Ionen die Gitter 14- und 15 passieren und zu dem Detektor 3 gelangen, da sie das Feld¹zwischen dem Gitter 15 und dem Gitter 14 durchdringen. Repel ions so that virtually no ions pass through grid 14; If, however, the potential of the grid 14 -be-.nen assumes a more negative value, ions can pass the grid 14- and 15 and reach the detector 3, since they ^{penetrate the field 1} between the grid 15 and the grid 14.

Bei dem dem Kasten 5 und den Gittern 9 und 12 zuge_ führten Impulssignal handelt es sich um ein pseudoregelloees binäres Signal, das Je Periode bei der maximalen Länge einer Impulsfolge 1023 Ziffernintervalle umfaßt. DiesesIn the case of the box 5 and the grids 9 and 12 led impulse signal is a pseudoregelloees binary signal which comprises 1023 digit intervals per period with the maximum length of a pulse train. This

* Signal wird aurch einen Generator erzeugt, der durch Taktsignale gesteuert wird, welche durch einen weiteren Generator 19 erzeugt werden, der mit einer Frequenz von 100 MHz arbeitet, so daß die Ziffernintervalle eine Länge von 10 Nanosekunden haben und die Dauer einer Periode 10,23 Mikroeekunden beträgt. Dieses Signal wird von dem Generator aus einer Übertragungsleitung 17 über einen Impulsverstärker 20 und außerdem einer Verzögerungsstufe 21 zugeführt, die eine verzögerte Version dieses Signals erzeugt, wobei die Verzögerung gleich einer· ganzen Zahl von Ziffernstellen ist und durch Eineteilen eines Abtastschieberegisters 22 geregelt werden kann. Das verzögerte Signal wird dem Gitter 14 über einen Impulsverstärker 23 und die zugehörige Übertragungsleitung 17 zugeführt. Das Schieberegister 22 wird durch Taktimpulse betätigt, die einem mit variabler Frequenz arbeitenden Generator 24 entnommen werden; hierbei ist die Anordnung derart, daß die Verzögerung wiederholt veranlaßt wird, einen Bereich von Werten zu durchlaufen, der der Laufzeit der Jeweils nachzuweisenden Ionen entspricht, wobei die Verzögerung während dieses Vorgangs bei Jedem dem Schieberegister 22 zugeführten Taktimpuls schritt-' weise um ein Ziffernintervall geändert wird· Das Ausgangssignal des Schieberegisters 22 dient auch dazu, einen Zeitbasisgenerator 25 zu steuern, dessen Ausgangssignal dem Waagerechtablenksystem eines Kathodenstrahloßzilloskops* Signal is generated by a generator that uses clock signals is controlled, which are generated by a further generator 19, which operates at a frequency of 100 MHz works so that the digit intervals have a length of 10 nanoseconds and the duration of one period is 10.23 microseconds amounts to. This signal is generated by the generator from a transmission line 17 via a pulse amplifier 20 and also fed to a delay stage 21 which generates a delayed version of this signal, the Delay is equal to an integer number of digits and can be controlled by dividing a scan shift register 22. The delayed signal is the grating 14 via a pulse amplifier 23 and the associated transmission line 17 supplied. The shift register 22 is operated by clock pulses having a variable frequency working generator 24 can be removed; here, the arrangement is such that the delay repeats is caused to run through a range of values which corresponds to the transit time of the ions to be detected in each case, wherein the delay during this process is incremental for each clock pulse applied to the shift register 22. is changed by a digit interval · The output signal of the shift register 22 is also used to generate a time base generator 25 to control the output signal of the horizontal deflection system of a cathode ray tube scope

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26 zugeführt wird; der Generator 25 erzeugt zyklisch eine Treppenwellenform mit einer Periodendauer, die gleich der Dauer eines Verzögerungsdurchlaufs ist, wobei die einzelnen Stufen in Zeitpunkten auftreten, die den Zeitpunkten des Zuführens der Tastsignale zu dem Schieberegister 22 entsprechen.26 is fed; the generator 25 generates a cyclic Staircase waveform with a period equal to the duration of a delay sweep, each Stages occur at times which correspond to the times when the key signals are supplied to the shift register 22 correspond.

Das Ausgangssignal des Detektors 3- wird einer mit einer variablen Zeitkonstante arbeitenden Integra£ionsschaltung 2? zugeführt, und das integrierte Ausgangssignal wird dem Senkrechtablenksystem des Oszilloskops 26 zugeführt. Das kapazitive Element der Integrationsschaltung 27 kann zweckmäßig durch die Streukapäzitat des Detektors 3 gebildet sein, und um die Zeitkonstante zu variieren, wählt man jeweils einen anderen Widerstandswert dee Widerstandselements.The output signal of the detector 3 is an integration circuit operating with a variable time constant 2? and the integrated output signal is applied to the vertical deflection system of the oscilloscope 26 fed. The capacitive element of the integration circuit 27 can expediently through the stray capacitance of the detector 3, and in order to vary the time constant, a different resistance value dee is selected in each case Resistance elements.

Bei jedem gegebenen Wert der Verzögerung spricht der Detektor 3'wegen der Beziehung zwischen dem ersten Impulssignal und dem zweiten Impulssignal sowie wegen der Integration des Ausgangssignals des Detektors vorzugsweise auf Ionen,an, bei denen das Masse-Ladungs-Verhältnis in einem engen Bereich liegt, wobei der Mittelpunkt dieses Bereichs dem gegebenen Wert der Verzögerung entspricht. Die auf dem Schirm des Oszillosteops 26 erscheinende Spur zeigt daher Spitzen, welche die relative Menge der verschiedenen Arten von vorhandenen Ionen anzeigen.At any given value of the delay, the detector 3 'speaks because of the relationship between the first pulse signal and the second pulse signal and because of the integration of the output signal of the detector preferably Ions, in which the mass-to-charge ratio is in a narrow range, the midpoint of this range corresponding to the given value of the delay. The one on the The trace appearing on the oscilloscope screen 26 therefore shows peaks indicating the relative abundance of the various species display of ions present.

Die Empfindlichkeit des Spektrometers richtet sich nach der Wahl der Integrationsperiode für jeden Wert der Verzögerung, der durch die ü'requenz des Generators 24 bestimmt ist. Die Steuereinrichtung zum Variieren der Frequenz des Taktgenerators 24 ist so ausgebildet, daß die Frequenz auf jeden gewünschten Wert von mehreren gewünsch-•ten Werten derart eingestellt werden kann, daß ein '.taktimpuls nach je N Perioden des durch den Generator 1Ö erzeugten Signals erzeugt wird, wobei die möglichen m/erte von H The sensitivity of the spectrometer depends on the selection of the integration period for each value of the delay, which is determined by the frequency of the generator 24. The control device for varying the frequency of the clock generator 24 is designed so that the frequency can be set to any desired value out of several desired values such that a clock pulse is generated after every N periods of the signal generated by the generator 10 , where the possible m / erts of H

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von 1 bis zu einer beliebigen gewünschten großen Zahl variieren können. Gleichzeitig wird die Zeitkonstante der Integrationsschaltung 27 so eingestellt, daß sie annähernd gleich der Dauer der Integrationsperiode ist. Im Idealfall soll das kapazitive Element der Integrationsschaltung am Ende jeder Integrationsperiode entladen werden, Äoch ist dies in der Praxis normalerweise nicht erforderlich. x)±e Notwendigkeit des Arbeitens mit einer hohen Empfindlichkeit ergibt sich nur beim untersuchen von unter einem sehr niedrigen Druck stehenden Gasen, und es sei bemerkt, daß jede Erhöhung der Empfindlichkeit zu einer dazu proportio- P nalen Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit führt. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß Integrationsperiode, die gleich der Länge einer einzigen Periode des pseudoregellosen binären Signals ist, bei einem Gas ausreichendcan vary from 1 to any large number desired. At the same time, the time constant of the integration circuit 27 is set so that it is approximately equal to the duration of the integration period. Ideally, the capacitive element of the integration circuit should be discharged at the end of each integration period, but in practice this is normally not necessary. x) e ± necessity of operating with a high sensitivity is obtained only when examining under a very low pressure gases, and it should be noted that any increase in sensitivity leads to a dimensional propor- P to reduce the operating speed. In this connection it should be noted that the integration period which is equal to the length of a single period of the pseudoregulatory binary signal is sufficient for a gas

—ft ist, dessen Partialdruck bis herab zu 1O~ torr beträgt; wird mit einer solchen Integrationsperiode gearbeitet, nimmt ein vollständiges Überstreichen der möglichen werte . der Verzögerung, was dem Überstreichen eines Bereichs von Massenzahlen bis zu 200 entspricht, nur wenig mehr als 10 Millisekunden in Anspruch, so daß das Spektrometer unter diesen Bedingungen benutzt werden kann, um sich schnell ändernde Gaszusammensetzungen zu überwachen.-Ft, the partial pressure of which is down to 10 ~ torr; If such an integration period is used, the possible values are completely crossed over . the delay, which corresponds to sweeping a range from mass numbers up to 200, is little more than 10 milliseconds to complete, so that the spectrometer can be used under these conditions to move quickly monitor changing gas compositions.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann man anstelle der Verwendung einer Steuerelektrode, z. B. des Gitters 14, dafür sorgen, daß der Detektor durch das Zuführen dea verzögerten Signals zu einer seiner Elektroden angeschlossene Steuerschaltung gesteuert wird. Eine solche Abänderung würde in der Praxis in bestimmten Fällen sogar erforderlich seinj beispielsweise wäre es bei einem Molekularstrahlspektrometer nicht möglich, den i'luß der Moleküle zu dem Detektor durch das Umschalten elektrischer Felder mit Hilfe einer Steuerelektrode zu regeln, da die Moleküle elektrisch neutral sind, i'erner wäre es anstelle der Verwendung einer Quelle, bei der die Teilchen konti-In other embodiments of the invention one can instead of using a control electrode, e.g. B. the grid 14, ensure that the detector by feeding dea delayed signal to one of its electrodes connected control circuit is controlled. Such In practice, modification would even be necessary in certain cases - for example, it would be for one Molecular beam spectrometer not possible to control the flow of To regulate molecules to the detector by switching electric fields with the help of a control electrode, since the Molecules are electrically neutral, otherwise it would be instead the use of a source where the particles are continuously

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nuierlich erzeugt werden, und anstelle der Benutzung des Impulssignals zum Steuern ihrer Zufuhr zu der Flugbahn möglich, eine Quelle zu benutzen, bei der die in Frage kommenden Teilchen intermittierend unter dem steuernden Einfluß des Impulssignals erzeugt werden, wobei alle so erzeugten Teilchen direkt in die Flugbahn eintreten. Auch hierbei würde es in bestimmten Fällen erforderlich sein, eine Abänderung vorzunehmen. Beispielsweise würde es sich bei einem Molekularstrahlspektrometer bei den nachzuweisenden Teilchen um Moleküle handeln, die sich in einem angeregten Zustand befinden, der durch eine Bombardierung mit einem Elektronenstahl herbeigeführt wird, und um eine Steuerung zu bewirken, würde man in diesem Fall das Impulssignal benutzen, um den Molekularstrahl ein- und abzuschalten. can be created, and instead of using the Pulse signal to control their delivery to the trajectory possible to use a source in which the particles in question are intermittently below the controlling one Influence of the pulse signal can be generated, with all particles generated in this way enter the flight path directly. Even it would be necessary to amend this in certain cases. For example, it would be In a molecular beam spectrometer, the particles to be detected are molecules that are in a excited state that is brought about by bombarding with an electron beam, and around a To effect control, one would in this case use the pulse signal to turn the molecular beam on and off.

Patent claims *

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Claims

PATENT CLAIMS

IA means for detecting particles, provided in this is that particles enter a particular type in a trajectory intermittently dam controlling influence of a pulse signal in which the particles are detected by a detector after having passed through the trajectory and at the temporary Changes in the output signal of the detector provide information on the relative frequency of particles for which a certain parameter has different values so that the particles travel the trajectory at different speeds, characterized in that the detector is arranged to be controlled by a signal which is similar to the aforementioned pulse signal, but is delayed by a variable amount with respect to this pulse signal, that this signal is a pseudoregulatory binary signal and that measures are taken to keep the output signal of the detector during an integer number of periods of the signal at each integrate m given amount of delay.

2. Device according to claim 1, characterized in that g e k e η η, that the mentioned whole number of periods can be varied,

5. Device according to claim 1 or 2, characterized g e indicates That action is taken to cause the delay to repeat itself in the form of a Set of individual steps through a certain range of values:

4. Device according to claim 3, characterized in that that a device is provided which

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a visual indication of the integrated output of the detector for each value of the delay within the swept area supplies.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the particles of the particular type mentioned are electrically charged, and that the detector is arranged to be "controlled by it." that the delayed signal is fed to a GitteaeLekfcrod © arranged between the flight path and the detector will.

The patent attorney:

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