DE2632725A1

DE2632725A1 - Einrichtung zur messung von ionenstroemen in der massenspektroskopie

Info

Publication number: DE2632725A1
Application number: DE19762632725
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Dubois; Jean Jacques Le Goux
Original assignee: Cameca SAS
Current assignee: Cameca SAS
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS587226B2; DE2632725C2; FR2319196B1; FR2319196A1; US4036777A; GB1557032A; JPS5216292A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E.Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 i, O O Z /ZO

8 München 60

20. Juli 1976

COMPAGNIE D'APPLICATIONS MECANIQUES A L'ELECTRONIQUE AU CINEMA ET A L'ATOMISTIQUE (C.A.M.E.C.A.)

103, Bd. Saint-Denis

92 Courbevoie / Frankreich

Unser Zeichen: C 3092

Einrichtung zur Messung von Ionenströmen in der Massenspektroskopie

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Ionenströmen in der Massenspektroskopie, mit einer Blende, die mit einem Analysierschlitz zum Trennen der verschiedenen Ionenstrahlen in Abhängigkeit von dem Verhältnis von Masse/Ladung der Ionen versehen ist, mit einem Elektronenvervielfacher, dessen erste Dynode so angeordnet ist, daß sie die Ionen eines von dem Analysierschlitz durchgelassenen Strahls empfängt, und mit einer Einrichtung zur Messung des von dem Elektronenvervielfacher abgegebenen Stroms.

ORIGINAL INSPECTED

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Eine solche Einrichtung wird insbesondere bei der Isotopenanalyse einer Substanz verwendet.

Sie kann auf zwei verschiedene Arten verwendet werden:

Entweder wird jeder Ionenstrahl dem Schlitz während eines Zeitintervalls T zugeführt, in dessen Verlauf der von dem Elektronenvervielfacher abgegebene Strom durch Integration gemessen wird. Die Schwierigkeit besteht darin, eine genau festgelegte und reproduzierbare Positionierung von einer Messung zur anderen während dieses Zeitintervall zu erreichen. Jede Verschiebung in der Positionierung des Ionenstrahls drückt sich nämlich durch eine entsprechende Verschiebung der Aufprallzone auf der Oberfläche der ersten Dynode aus, da diese Oberfläche niemals vollkommen homogen ist.

Oder ein anderes Verfahren besteht darin, mit sehr langsamer Geschwindigkeit den zu messenden Ionenstrahl an dem Schlitz vorbeizuführen.

Theoretisch erhält man so bei dem Vorbeiführen jedes Strahls ein trapezförmiges Signal, wobei die kleine Grundseite des Trapezes dem Zeitintervall T entspricht, während dem der Strahl in seiner Gesamtheit durch den Schlitz hindurchgeht, und wobei die Höhe des Trapezes zu der Stärke des Ionenstroms proportional ist. Es ist dann leicht, eine gute Reproduzierbarkeit der Meßbedingungen

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zu erzielen. Für die Meßzwecke soll die kleine Grundseite nicht zu kurz sein, was darauf hinausläuft, daß der Analysierschlitz breiter sein soll als der Strahl ( seine Breite wird jedoch durch das Erfordernis begrenzt, den Ionenstrahl, an dem die Messung ausgeführt wird, von entsprechenden Strahlen zu isolieren, deren Ionen eine etwa gleiche Masse haben).

Hier kommen aber noch die Fehler in der Homogenität der Oberfläche der ersten Dynode hinzu, die sich durch eine "Modulation" der kleinen Grundseite des Trapezes ausdrücken, d.h. wegen denen die Höhe des Trapezes nicht genau festgelegt ist.

Daraus ergibt sich für das Meßergebnis eine Ungenauigkeit, die einige Prozent erreichen kann.

Ziel der Erfindung ist es, diesen-Nachteil zu beseitigen, d.h. das Problem zu, lösen, die Auswirkungen der Inhomogenitäten der ersten Dynode vernachlässigbar zu machen.

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Vergrößerung der Zone der Dynode, auf die die Ionen des Strahls im Verlauf von wenigstens jedem von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen der Dauer At aufprallen, d ie in dem Zeitintervall T liegen, während welchem der Strahl in seiner Gesamtheit den Schlitz durchquert, wobei die Vergrößerung durch eine Einwirkung auf den Strahl nach seinem Durchgang durch den Analysierschlitz erzeugt wird.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Ver

anschaulichung des Prinzips der Erfindung, und

die Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ionenstrahl F mit gegebenem Verhältnis von Masse/Ladung, der von der Trennvorrichtung eines Massenspektrometers geliefert wird, in den beiden Extremlagen, in denen er den Schlitz in seiner Gesamtheit durchquert, schraffiert dargestellt.

Eine Blende 1 ist mit einem Schlitz 2 versehen, der so ausgerichtet und in der Breite so bemessen ist, daß ein Ionenstrahl mit gegebenem Verhältnis von Masse/Ladung von den Ionenstrahlen mit ähnlich großem Verhältnis \/on Masse/Ladung getrennt wird.

Vorbehaltlich dieses Erfordernisses wird der Schlitz, zumindest wenn die Messung durch Vorbeiführen des Strahls an dem Schlitz erfolgt, ausreichend breit gemacht, dcamit die Durchgangszeit T (beispielsweise in der Größenordnung von 5 s), in der der Strahl in seiner Gesamtheit durch den Schlitz hindurchgeht, nicht zu kurz ist.

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Jenseits der Blende 1 ist ein Elektronenvervielfacher angeordnet, von welchem nur die erste Dynode 3 dargestellt ist. Die übrigen Elemente des Elektronenvervielfachers und eine Einrichtung zur Messung des von der letzten Dynode abgegebenen Stroms sind symbolisch durch ein Rechteck 4 dargestellt.

Wenn der Strahl F an dem Schlitz mit Hilfe einer nicht dargestellten magnetischen Ablenkeinrichtung vorbeigeführt wird, ändert sich die Aufprallzone des Strahls auf der ersten Dynode im Verlauf der Zeit T beträchtlich. Es genügt, wenn der Analysierschlitz eine Breite hat, die doppelt so groß ist wie die des Strahls, damit diese Zonen für den ersten und den letzten Zeitpunkt eines Intervalls T vollkommen getrennt sind.

Wenn angenommen wird, daß der Strahl während der Messung fest bleibt, ist zu erkennen, daß die während der Messung feste Aufprallzone sich leicht von einer Messung zur anderen beträchtlich ändern kann.

In Fig. 1 ist außerdem der Strahl F* dargestellt, der sich durch die Vergrößerung des Strah s F ergibt. Der Strahl F' ist für die beiden dargestellten Positionen des Strahls F mit ausgezogenen Linien bzw. gestrichelt dargestellt. Die Differenz zwischen den beiden äußersten Aufprallzonen für ein und dieselbe Messung oder zwischen den beiden zu zwei Messungen gehörenden festen Aufprallzonen wird sehr klein, was gestattet, den Einfluß der Inhomogenitäten der Oberfläche der ersten Dynode auf die Ergebnisse der Messung des Stroms vernachlässigbar zu machen.

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— D —

In den Fig. 2 und 3, in denen die Elemente, die denen von Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind, sind als nicht als Einschränkung zu verstehende Beispiele zwei Ausfuhrungsformen der Erfindung dargestellt.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird eine Zerstreuungslinse benutzt, die eine an Masse liegende Elektrode 5 und eine zylindrische Elektrode 6 aufweist, die über eine Verbindung 9 auf hohem Potential liegt, wobei die Polung dieses Potentials von dem Vorzeichen der Ladung der Ionen abhängt. Diese beiden Elektroden sind mit Schlitzen versehen, die zu dem Analysierschlitz konzentrisch und breiter als derselbe sind. Damit das Potential der Dynode 3 nicht die Verteilung der Äquipotentiallinien (gestrichelt dargestellt) in der zylindrischen Elektrode stört, ist diese durch ein Gitter abgeschlossen. In Fig. 2 ist der Strahl F in einer einzigen und zentralen Lage dargestellt, da diese Ausführungsform insbesondere dem Fall angepaßt ist, in welchem der Strahl F während der Meßzeit fest bleibt.

Die Einrichtung von Fig. 3 ist sowohl für diesen Fall als auch für den Fall geeignet, in welchem der Strahl während der Meßzeit an dem Schlitz vorbeigeführt wird.

In Fig. 3 wird die Vergrößerung der Aufprallzone des Strahls während eines Zeitintervalls At, das gegenüber der Zeit T klein

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mm "T mm

ist, durch eine oszillierende Ablenkung des Ausgangsstrahls des Schlitzes parallel zu der Breite des Schlitzes erreicht. Dazu wird zweckmäßig ein Paar Ablenkplatten 7 benutzt, die zu dem Schlitz parallel sind. An diese beiden Platten wird eine dreieckförmige Wechselspannungsdifferenz angelegt, die für eine Zeit T in der Größenordnung von 5 s eine Frequenz von 10 kHz haben kann und von einer Einrichtung 8 geliefert wird. Es ist zu erkennen, daß diese Ausführungsform die Verwendung von Ablenkspannungen gestattet, die gegenüber der an eine Linse anzulegenden Hochspannung klein sind. In Fig. 3 sind die beiden Extremlagen des Strahls F nach der Ablenkung durch die Platten 7 für eine und dieselbe Lage des Strahls vor dieser Ablenkung mit ausgezogenen bzw. gestrichelten Linien dargestellt.

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Claims

Patentansprüche:

1 . ] Einrichtung zur Messung von lonenströmen in der Massen- ^spektroskopie, mit einer Blende, die mit einem Analysierschlitz versehen ist, der das Trennen der verschiedenen Ionen— strahlen in Abhängigkeit von dem Verhältnis von Masse/Ladung der Ionen gestattet, mit einem Elektronenvervielfacher, dessen erste Dynode so angeordnet ist, daß sie die Ionen eines von dem Analysierschlitz durchgelassenen Strahls empfangt, und mit einer Einrichtung zur Messung des von dem Elektronenvervielfacher abgegebenen Stroms, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Vergrößerung der Zone der Dynode, auf die die Ionen des Strahls im Verlauf von-zumindest jedem von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen der Dauer At aufprallen,die in dem Zeitintervall T liegen, während dem der Strahl in seiner Gesamtheit den Schlitz durchquert, wobei die Vergrößerung durch eine Einwirkung auf den Strahl nach seinem Durchgang durch den Schlitz erzeugt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerungseinrichtung aus einer Zerstreuungslinse besteht, die zwischen dem Analysierschlitz und der ersten Dynode des Elektronenvervielfachers angeordnet ist und deren letzte Elektrode durch ein Gitter abgeschlossen ist,
3. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerungseinrichtung aus einem mit elektrostatischer

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Ablenkung arbeitenden Ablenkplattenpaar, das zwischen dem Analysierschlitz und der ersten Dynode des Elektronenvervielfachers angeordnet ist, und aus einer Einrichtung besteht, die das Plattenpaar mit einer Wechselspannungsdifferenz versorgt, deren Periode Δ t/2 klein gegenüber der Zeit T ist.

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