DE815705C

DE815705C - Verfahren und Vorrichtung zur massenspektrometrischen Messung, insbesondere zur Lecksuche in Vakuumapparaten

Info

Publication number: DE815705C
Application number: DEA854A
Authority: DE
Inventors: Ludolf Dr Jenckel
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1950-02-21
Filing date: 1950-02-21
Publication date: 1951-10-04

Description

Verfahren und Vorrichtung zur massenspektrometrischen Messung, insbesondere zur Lecksuche in Vakuumapparaten Bei massenspektrometrischen Messungen wird die Zusammensetzung des im Meßraum vorhandenen Gases vielfach durch die Meßapparatur selbst störend beeinflußt; insbesondere hat sich gezeigt, daß aus der Pumpenanlage leichte Gasanteile in erhel)lichem Maße in den Meßraum übertreten und dort eine Anreicherung an leichten Molekülen hervorrufen, die das Meßergebnis fälscht. Dies ist besonder dann störend für die Messung, wenn es sich, wie bei der Lecksuche, darum handelt, feinste Schwankungen einer Gaskomponente festzustellen, die als Testgas bei der Lecksuche verwendet wird und wenn dieses Gas nicht nur aus der verwendeten Testgasquelle, vielmehr in erheblichem Maße auch aus Teilen der Meßapparatur, insbesondere aus der Pumpenanlage, frei wird und in den Meßraum gelangt. In hohem Maße ist das bei Verwendung von Wasserstoff als Testgas der Fall. Es ist zwar möglich, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, indem man ein restgas verwendet, das als Störkomponente nicht oder nut in ganz geringem Prozentsatz vorkommt und das ein möglichst leichtes Molekulargewicht aufweist; als solches Gas kommt aber in erster Linie nur Helium in Frage, das in Deutschland nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochempfindliche Anzeige auch solcher Gaskomponenten zu erzielen, die in erheblichem Maße als Störanteil aus der Pumpenanlage in den Meßraum gelangen. Dies läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß durch Differenzbildung der Ionenströme aus zwei an dieselhe Pumpe angeschlossenen massenspektrometrischen Systemen, von denen aber nur einem der zu untersuchende Gasstrom zugeleitet wird, die gleich großen Störanteile aus beiden Systemen kompensiert werden.
In der Abbildung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Die dargestellte Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus zwei massenspektrometrischen Systemen, einem Hauptsystem a mit Magnet I und einem Hilfssystem b mit Magnet 2.
Beide Systeme sind an eine gemeinsame 01-diffusionspumpe 3 angeschlossen. Sie sind mit gleichen Ionenquellen 4, 5 und ionenoptischen Einrichtungen 6, 7 versehen, so daß sie sich in bezug auf die Pumpe und die aus der Pumpe in den Meßraum gelangenden Gase gleich verhalten. In den Ionenquellen 4, 5 wird durch Stoßionisation mit Hilfe emittierter Elektronen eine der Gaszusammensetzung und dem Gasdruck entsprechende Ionenkonzentration erzeugt. Durch die Ionenoptik 6 bzw. 7 werden aus der Ionenquelle 4 bzw. 5 Ionen herausgezogen und in gerichtetem Strahl in das Feld der Magneten I, 2 gebracht, wo sie entsprechend der Größe ihrer Masse und der Feldstärke des ablenkenden Magneten mehr oder weniger stark aus ihrer ursprünglichen axialen Richtung abgelenkt werden. Bei der Lecksuche wird die Einrichtung so ausgelegt, daß Ionen des Testgases zu Auffangelektroden 8, 9 hin abgelenkt werden. Aus der Diffusionspumpe 3 austretende Moleküle, insbesondere Wasserstoffmoleküle, gelangen in gleichem Maße in das Haupt- und in das Hilfssystem und rufen dort entsprechende Ionenströme hervor. Die Auffänger 8, g sind gegeneinander geschaltet, so daß sich die auf den Gasanteil aus der Pumpe herrührenden Ionenströme der beiden Systeme gegenseitig aufheben und die angeschlossene Schaltung IO eine Spannung U anzeigt, die der Differenz der Ionenströme entspricht.
Dem Hauptsystem a mit der Ionenquelle 4 wird über eine Leitung Ii das zu untersuchende Gas zugeführt. Bei der Lecksuche wird die Ionenquelle 4 über die Leitung 11 mit dem zu untersuchenden Vakuumgefäß verbunden, das zum Auffinden von Leckstellen mit einem Testgasstrahl, insbesondere mit einem Wasserstoffstrahl, abgesprüht wird. Das durch die Leitung 11 der Ionenquelle 4 zugeführte Gas ruft in der Ionenquelle 4 eine Gaszusammensetzung hervor, die sich von der in der Ionenquelle 5 grundsätzlich unterscheidet. Die Ionenquelle 5 ist zwar genau so wie die Ionenquelle 4 aufgebaut; da ihr jedoch kein Gas von außen unmittelbar zugeleitet wird, stellt sich in ihr im wesentlichen der gleiche Druck und die gleiche Massenzusammensetzung ein, wie in dem allgemeinen Vakuumraum.
Wie ohne weiteres ersichtlich ist, kommt somit die abweichende Gaszusammensetzung in der Ionenquelle 4 gegenüber der in der Ionenquelle 5 durch die Differenzbildung der Ionenströme klar zur Anzeige und wird durch die von der Pumpe gleicherweise in das Hauptsystem und das Hilfssystem gelangenden Gase nicht störend beeinflußt. Insbesondere können Schwankungen dieses Störanteiles keine Schwankungen der Anzeige hervorrufen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. So können die l)eiden Systeme auch verschieden ausgebildet, z. B. das Hauptsystem mit einer geschlossenen Ionisationskammer versehen sein, die mit der Gaszuleitung 1 1 V erbunden ist und, gegen den allgemeinen Vakuum raum abgeschirmt, unter erhöhtem Druck steht, während das Hilfssystem mit einer offenen Ionisationskammer versehen ist und im wesentlichen unter gleichem Druck steht wie der umgebende Vakuumraum. Ferner könnte das anzuzeigende Gas in einem Alolekularstrahl durch den Ionisationsraum des Hauptsystems geführt und nach seinem Durchgang wieder abgesaugt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur massenspektrometrischen Messung, insbesondere zur Lecksuche inVakuumapparaten, dadurch gekennzeichnet, daß durch Differenzbildung der Ionenströme aus zwei an dieselbe Pumpe (3) angeschlossenen massenspektrometrischen Systemen (a und b), von denen aber nur einem der zu untersuchende Gasstrom zugeleitet wird, die gleich großen Störanteile aus beiden Systemen kompensiert werden.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I, gekennzeichnet durch zwei massenspektrometrische Systeme, ein Hauptsystem (a) und ein Hilfssystem (b), deren Auffänger gegeneinander geschaltet und die an die gleiche Pumpenanlage angeschlossen sind, während nur die Ionenquelle (4) des Hauptsystems (a) an die zu untersuchende Gasquelle angeschlossen ist.