DE2445711A1

DE2445711A1 - Ionen/elektronen-umwandler

Info

Publication number: DE2445711A1
Application number: DE19742445711
Authority: DE
Inventors: Wilson Reese Turner
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1973-10-03
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1975-04-10
Also published as: FR2246976A1; JPS5515066B2; FR2246976B3; IT1019448B; JPS5070087A

Description

IONEN/ELEKTRONEN-UMWANDLER

Die Erfindung betrifft einen Ionen/Elektronen-Umwandler mit einer evakuierten Umhüllung, einer Einrichtung zum Einschießen geladener und ungeladener Teilchen in die Umhüllung längs' eines Anfangsweges, einer innerhalb der Umhüllung angeordneten Umwandler-Elektrode, einer ebenfalls innerhalb der Umhüllung angeordneten Kollektor-Elektrode, sowie einer Einrichtung zum Aufbau eines elektrischen Feldes zwischen der Umwandler-Elektrode und der Kollektor-Elektrode, wodurch von der Umwandler-Elektrode erzeugte Elektronen zur Kollektor-Elektrode bewegt werden.

Beim üblichen Betrieb eines Massenspektrometer mit hohem Druck, z.B. mit chemischer Ionisation oder Hochdruck-Elektronenstoßionisation wird häufig Hintergrundrauschen beobachtet, das vom Elektronenvervielfacher herkommt. Dieses Rauschen rührt von energiereichen, ungeladenen Teilchen her, die ein Massenfilter durchqueren und aus dem Material, auf das sie auftreffen, Photonen herauslösen.

Volksbank Böblingen AG, Kto. 8458 (BLZ 60390220) · Postscheck: Stuttgart 996 55-709

509815/0905

24457

Diese Photonen setzen Elektronen frei, die durch die an den Dynoden des Elektronenvervielfacher auftretender Sekundäremission vervielfacht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Rauschen zu unterdrücken.

Diese Aufgabe wird bei einem Ionen/Elektronen-Umwandler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Umwandlerelektrode und die Kollektorelektrode außerhalb des Anfangsweges der eingeschossenen Teilchen angeordnet sind, daß ein Rauschunterdrücker mit einer Vielzahl von Mulden innerhalb der Umhüllung im Anfangsweg der' eingeschossenen Teilchen angeordnet. ist und die Umwandler- und die Kollektorelektrode von der beim Auftreffen von ungeladenen Teilchen erzeugten elektro-magnetischen Strahlung abschirmt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die elektrische Felder zwischen Umhüllung, Umwandlerelektrode und Rauschunterdrücker aufbauen, wodurch geladene Teilchen aus dem Anfangsweg zur Umwandlerelektrode abgelenkt werden. Die ungeladene Teilchen gelangen in die Muldan des Rauschunterdrückers. Jede von den ankommenden ungeladenen Teilchen erzeugte elektromagnetische Strahlung wird daher durch die Mulden von der Umwandlerelektrode, der Kollektorelektrode und den Dynoden des Elektronenvervielfachers abgeschirmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

509815/0905

Fig. 1 einen Ionen/Elektronen-Umwandler gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Ionen/Elektronen-Umwandler einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, der sich zur Umwandlung von sowohl positiven als auch negativen Ionen eignet;

Fig. 3 eine perspektivische Anischt des Rauschunterdrückers der Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2; und ^s

Fig. 4 eine Seitenansicht des Rauschunterdrückers gemäß Fig. 3.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung gelangen energiereiche Teilchen von einer Ionen-Injektionsvorrichtung 22, zum Beispiel einem Massenfilter oder einer Hochdruck-Ionenquelle der üblicherweise in einem Massenfilter bei dessen Betrieb mit chemischer Ionisation oder Hochdruck-Elektronenstoß-Ionisation verwendeten Art durch eine öffnung 11 in eine evakuierte Umhüllung 20. Spannungsquellen 111, 112, 114 und 116 erzeugen elektrische Felder zwischen der evakuierten Umhüllung 20, einem Rauschunterdrücker 12, einer Umwandlerelektrode 14, einer Dynode 16 und einem Kollektor 18. Positive geladene Teilchen m werden durch das zwischen dem Rauschunterdrücker 12 und der Umwandlerelektrode 14 bestehende elektrische Feld abgelenkt und treffen auf die Umwandlerelektrode 14 mit derartiger Kraft auf, daß an der Umwandlerelektrode 14 ein Energieübergang stattfindet. Die kinetische.Energie eines bewegten positiv geladenen .Teilchens wird an die Elektronen in der Um-

50981 5/0905

wandlerelektrode 14 übertragen. Durch diese Energieübertragung werden Elektronen von der Umwandlerelektrode 14 freigesetzt. Ein Gitter 15 ist zwischen der Umwandlerelektrode 14 und der Öffnung 11 angeordnet, um die von der Oberfläche der Umwandlerelektrode 14 emittierten Elektronen e daran zu hindern, einem elektrischen Feld zu folgen, welches anderenfalls zur Öffnung 11 hin bestehen würde. Die emittierten Elektronen e werden durch das zwischen der Umwandler-Elektrode 14 und der Dynode 16 erzeugte elektrische Feld in Richtung auf die Dynode 16 gezogen. An der Dynode

16 findet eine Sekundär-Elektronen-Emission statt. Zwischen der Umwandler-Elektrode 14 und der Dynode 16 ist ein Gitter

17 angeordnet, welches verhindert, daß die von der Dynode 16 freigesetzten Elektronen elektrischen Feldern folgen, welche anderenfalls z. B. zwischen der Dynode 16 und der Umwandler-Elektrode 14 bzw. der Öffnung 11 bestehen würden. Zur Erhöhung der Elektronen-Vervielfachung können weitere Dynoden verwendet werden. Die von der letzten Dynode kommenden Elektronen werden durch ein zwischen dem Kollektor

18 und der letzten Dynode erzeugtes elektrisches Feld in Richtung auf den Kollektor 18 gezogen. Durch Wechsel der Polarität der Spannungsquellen 111 und 112 oder dadurch, daß zusätzliche Umwandler, Dynoden und Kollektor-Elektroden vorgesehen und an passende Spannungsquellen angeschlossen werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, kann ein Ionen/ Elektronen-Umwandler mit geringem Rauschen hergestellt werden, der sich sowohl für positiv als auch negativ geladene Ionen eignet.

Auf jeden Fall werden ungeladene Teilchen m° nicht durch irgendwelche elektrische Felder abgelenkt und folgen ihrem anfänglichen Weg in Richtung auf den Rauschunterdrücker 12, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Wie aus Fig. 3 und 4 näher hervorgeht, ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß die ungeladenen Teilchen m° in eine Mulde 13 des Rauschunterdrückers

50981 5/0905

- sr-

12 hineinafliegen, da die Gesamtoberfläche der vorderen Enden 4 des Rauschunterdrückers klein im Vergleich zur Gesamtoberfläche der Muldenöffnungen 3 gemessen in einer Ebene senkrecht zum Anfangsweg eines ankommenden ungeladenen Teilchens m ist. Die Mulden 13 sind so geformt, daß wie in Fig. 4 dargestellt ist, das Verhältnis der Tiefe d jeder Mulde zu ihrer Breite w größer als 1 ist.

Wenn ein energiereiches ungeladenes Teilchen m auf eine Wand 4 oder einen Boden 2 einer Mulde 13 auftritt und elektomagnetische Strahlung abgegeben wird, werden die Umwandler-Elektrode 14, die Dynode 16 und die Kollektor-Elektrode 18 von dieser Strahlung abgeschirmt. Dadurch wird das Auftreten von photoelektrischen Effekten auf der Umwandlerelektrode 14, der Dynode 16, der Kollektor-Elektrode 18 oder der Umhüllung 20 unterdrückt. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung war das beobachtete Hintergrundrauschen auf weniger als ein Zehntel seiner typischen Größe reduziert, wenn der oben beschriebene Rauschunterdrücker 12 in einem Elektronenvervielfacher eines im Hochdruck-Betrieb arbeitenden Massenspektrometers verwendet wurde.

509815/0905

Claims

2U5711

Hewlett-Packard Comp.
Case 825

23. August 1974 Patentansprüche

1. Ionen/Elektronen-Umwandler mit einer evakuierbaren Umhüllung, einer Einrichtung zum Einschießen geladener und ungeladener Teilchen in die Umhüllung längs eines Anfangsweges, einer innerhalb der Umhüllung angeordneten Umwandler-Elektrode, einer ebenfalls innerhalb der Umhüllung angeordneten Kollektor-Elektrode, sowie einer Einrichtung zum Aufbau eines elektrischen Feldes zwischen der Umwandler-Elektrode und der Kollektor-Elektrode, wodurch von der Umwandler-Elektrode erzeugte Elektronen zur Kollektor-Elektrode bewegt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Umwandler-Elektrode (14) und die Kollektorelektrode (18) außerhalb des Anfangsweges der eingeschossenen Teilchen angeordnet sind, daß ein Rauschunterdrücker (12) mit einer Vielzahl von Mulden (13) innerhalb der Umhüllung (20) im Anfangsweg der eingeschossenen Teilchen angeordnet ist und die Umwandler- und die Kollektorelektrode von der beim Auftreffen von ungeladenen Teilchen erzeugten elektromagnetischen Strahlung abgeschirmt, und daß Einrichtungen (111, 112, 114, 116) vorgesehen sind, die elektrische Felder zwischen Umhüllung, Umwandlerelektrode und Rauschunterdrücker · auf bauen , wodurch geladene Teilchen aus dem Anfangsweg zur Umwandler-Elektrode abgelenkt werden.

2, Ionen/Elektronen-Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb der Umhüllung (2O) außerhalb des Anfangsweges der eingeschossenen Teilchen

509815/0905

eine Dynode (16) angeordnet ist, die beim Auftreten von Elektronen Sekundär-Elektronen emittiert, daß eine Einrichtung (114) vorgesehen ist, die ein elektrisches Feld zwischen ümwandler-Elektrode (14) und Dynode aufbaut, wodurch von der ümwandler-Elektrode erzeugte Elektronen in Richtung auf die Dynode bewegt werden, und daß eine Einrichtung (116) vorgesehen ist, die ein elektrisches Feld zwischen der Dynode und Kollektor-Elektrode (18) aufbaut, wodurch die von der Dynode emittierten Sekundär-Elektronen in Richtung auf die Kollektor-Elektrode bewegt werden.

3. Ionen/Eläctronen-Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mulden (13) eine größere Tiefe (d) als Breite (w) haben.

4. Ionen/Elektronen-Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit der ümwandler-Elektrode (14) ein leitendes Gitter (15) elektrisch verbunden ist und so angeordnet ist, daß es die Ümwandler-Elektrode von elektrischen Feldern abschirmt, die sich zwischen dem Anfangsweg der eingeschossenen Teilchen und der Ümwandler-Elektrode aufbauen.

50 98 15/0905