EP0125950A2 - Mass spectrometers - Google Patents

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EP0125950A2
EP0125950A2 EP84400707A EP84400707A EP0125950A2 EP 0125950 A2 EP0125950 A2 EP 0125950A2 EP 84400707 A EP84400707 A EP 84400707A EP 84400707 A EP84400707 A EP 84400707A EP 0125950 A2 EP0125950 A2 EP 0125950A2
Authority
EP
European Patent Office
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ions
envelope
sector
magnetic sector
magnetic
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EP84400707A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0125950B1 (en
EP0125950A3 (en
Inventor
Georges Slodzian
Jean-Claude Lorin
Roger Dennebouy
Marcel Chaintreau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cameca SAS
Original Assignee
Cameca SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Cameca SAS filed Critical Cameca SAS
Publication of EP0125950A2 publication Critical patent/EP0125950A2/en
Publication of EP0125950A3 publication Critical patent/EP0125950A3/en
Application granted granted Critical
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28—Static spectrometers
    • H01J49/30—Static spectrometers using magnetic analysers, e.g. Dempster spectrometer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28—Static spectrometers
    • H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
    • H01J49/326—Static spectrometers using double focusing with magnetic and electrostatic sectors of 90 degrees

Definitions

  • the present invention relates to a mass spectrometer comprising an ion source, means of acceleration capable of imparting to the ions an energy essentially dependent on their electric charge, means for establishing in a sector a magnetic field orthogonal to the plane of the trajectory of the ions to curve this trajectory, and means for detecting ions.
  • a mass scan can be carried out which makes it possible to pass frequently from one isotope to another or from one element to another if it is desired to obtain the precise value of a report.
  • Such mass scanning would be superfluous if the spectrometer were provided with multiple outputs allowing the simultaneous collection, on separate detectors, of several ionic species.
  • multiple output spectrometers are generally designed for particular applications so that it is often difficult, even impossible without structural transformation, to change the nature of the few elements initially provided; these multiple output spectrometers are also expensive. Mass scanning therefore remains the most widespread solution and makes it possible to work, at different times, on isotopes of different masses, with a scan fast enough in time to attenuate the drift of the ion source. .
  • the main object of the invention is to provide a mass spectrometer in which mass scanning can be carried out precisely and quickly.
  • a mass spectrometer of the kind defined above is characterized in that it comprises, at the entrance to the magnetic sector, electrostatic means capable of modifying the tangential speed of the ions, and therefore their energy, from in such a way that ions of different masses can, at different times, follow the same curved trajectory in the magnetic sector.
  • the spectrometer comprises, at the outlet of the magnetic sector, electrostatic means capable of canceling the modification. tion of tangential speed introduced by electrostatic means located at the entrance to the magnetic sector.
  • electrostatic means located at the entrance to the magnetic sector.
  • the ions after having been accelerated by the acecieration means and after having received a determined energy, describe their trajectory, under vacuum, in a metallic enclosure brought to the potential of the mass;
  • the means suitable for modifying the tangential speed of the ions can include a metallic envelope with a closed transverse contour, open at its two ends, and the mean line of which corresponds to the trajectory provided for the ions, this envelope being placed in the magnetic field and s extension of re-entry of the magnetic sector at the exit of this sector, and being brought to the same electrical potential as transverse electrodes located at the entry of the envelope and suitable for creating an electrostatic field of tangential acceleration or braking, essentially parallel to the direction of the speed of the ions at the entry of this envelope.
  • This insulated metal envelope placed in the electromagnetic field, that is to say between the poles of the electromagnet, makes it possible to keep the poles of the magnet grounded, without this resulting in an influence on the ions whose Renergy, modified at the entry of the magnetic field, remains constant in this field.
  • the electric voltage intended to create the electrostatic field of tangential acceleration, at the center of the magnetic sector could be directly applied to the poles of the magnet.
  • the electrical voltage intended to create a tangential acceleration (positive or negative) at the input of the magnetic sector is of the order of a few hundred volts, so that the control of variations in this voltage can be carried out more precise and faster than for a much higher tint.
  • the voltage increments can reach only 15 nillivclts, which allows a high precision of the pointing of a line.
  • the invention advantageously applies to mass spectrometers with double focusing.
  • the objective of which is to allow the precise measurement of the isotopic abundance ratios with a mass spectrometer and more particularly with a mass spectrometer of the ion analyzer type, generally with double focusing.
  • the ions are produced by a phenomenon of secondary ion emission, that is to say that a sample of the material to be analyzed is bombarded with ions; this bombardment causes the ejection of ions characteristic of the material to be analyzed.
  • the analysis performed by the spectrometer relates to these ejected ions.
  • the ions thus ejected exhibit a fairly large dispersion of energy at the start of the target (formed by the material to be analyzed); this energy dispersion is much higher than that which exists when the ions are emitted by thermionic effect.
  • the phenomenon of secondary ion emission produces both polyatomic ions and single ions which can have neighboring masses.
  • magnesium has three isotopes 24m g, 25 Mg, 26 Mg; the vacuum, bombardment conditions or the very nature of the sample mean that there are often ions of the MgH + type which are superimposed on the ions of the Mg + type .
  • the ion source drifts require a mass scan which makes it possible to pass frequently from one isotope to another or from one element to another if one wants to obtain the precise value of a ratio.
  • the invention specifically proposes to improve this mass scanning.
  • This spectrometer comprises an ion source 1 operating according to the phenomenon of secondary ionic emission.
  • This source 1 comprises a target 2 formed by a sample of the material to be analyzed, which is bombarded by ions coming from a source not shown.
  • the entire mass spectrometer is in a closed enclosure, not shown, in which a sufficient vacuum has been established.
  • Acceleration means A are adapted to communicate to the ions ejected from the target 2 an energy essentially dependent on their electrical charge.
  • These means A comprise an electrode E situated in a plane perpendicular to the direction ⁇ of the movement of the ions. This electrode E is disturbed, with respect to target 2, at a potential communicating the desired energy to the ions.
  • the electrostatic field of acceleration between the electrode E and the target Z is parallel to the path of the ions-
  • the electrode E can be brought to the potential of the mass, in which case the target 2 is brought to a positive potential if one wishes accelerate positive ions, or to negative potential for negative ions.
  • the acceleration potential is of the order of several thousand volts, for example of the order of 4000 volts.
  • the ions after being accelerated, circulate in a metallic tubular enclosure 3 brought to the same potential as the electrode E and serving as protection.
  • the ion beam passes through a first electrostatic optic 4 and passes through an inlet diaphragm 5 then enters an electrostatic sector 6 between two concentric curved walls 7 and 8, brought to different potentials so that the electrostatic field in sector 6 is oriented radially.
  • This electrostatic sector produces a first focusing of the ions at the opening 9 of a second diaphragm 10.
  • the direction of the trajectory of the ions, at the exit of the electrostatic sector 6, has turned by a certain angle relative to its direction of entry, this angle being 90 ° in the example of FIG. 1.
  • Means formed by an electromagnet including a pole It is schematically represented, are provided for establishing in a magnetic sector 12 a magnetic field orthogonal to the plane of the path of the ions, that is to say orthogonal to the plane of the Figure 1, suitable for bending the trajectory of the ions.
  • An electrostatic coupling lens 13 is provided between the electrostatic sector 6 and the magnetic sector 12.
  • Selection slots 14 are provided in the focusing zone created by the magnetic sector 12.
  • Ion detection means comprise a detection system 15 located downstream of a collecting lens 16.
  • the spectrometer comprises, at the input 17 of the magnetic sector 12 electrostatic means 18 suitable for modifying the tangential speed of the ions and therefore their energy, in such a way that ions of different masses can, at different instants, follow the same curved trajectory in the magnetic sector 12.
  • the fixed magnetic field, in sector 12 is adjusted so as to address the isotope 25 in the middle of the slot 14. If we also want to address the isotope 25 Mg, but the 24 Mg isotope in the middle of the slit 14, in accordance with the invention, without modifying the magnetic field, the ions are accelerated positively along the direction of their trajectory 17 in sector 12 of such so that the 24 Mg isotope can rotate along the same trajectory as that previously followed by the 25 Mg isotope.
  • the ions, at reentry 17, are subjected to a negative acceleration, that is to say braking along the direction of their trajectory, such so that the 26 Mg isotope follows the same trajectory as that previously followed by the 25 Mg isotope.
  • Electrostatic means 19 are provided at the outlet 20 of the sector 12 to cancel the modification of energy introduced by the means 18. In other words, if the means 18 have positively accelerated the ions at the entry, the means 19 exert braking to return these ions to their initial energy, and conversely, if the means 18 have exerted a braking, the means 19 exert an acceleration.
  • the means 18 comprise a metal casing 21, in particular of copper coated with gold, with a closed transverse contour (see FIG. 4), open at its two ends 22,23, and the mean line of which corresponds to the trajectory provided for the ions in sector 12.
  • This envelope 21 is placed in the magnetic field and extends from the input 17 to the output 20 of sector 12.
  • This envelope 21 is brought to the same electrical potential as transverse metal electrodes or plates 24, connected to this envelope, and located at the entrance 17 of sector 12.
  • These plates 24 are located opposite other transverse plates 25 of the end of the tubular enclosure 3 and brought to the same potential as this enclosure 3, that is to say -Tell the potential of the mass or potential 0.
  • the plates 24 and 25 are located in planes orthogonal to the mean direction of the trajectory of the ions at the level of these plates and form electrodes whose axis is aligned with that of the beam ions.
  • the electric field between these plates is oriented parallel to the axis of the beam.
  • the means 19 comprise other transverse plates, or electrodes, 26 provided at the end 23 of the envelope. These plates 26 are at the same potential as the envelope 21 and as the plates 24. Plates 27, at ground potential, are located opposite the plates 26, the planes of these plates being perpendicular to the axis of the beam d ions leaving sector 12. The electric field created between the plates 26 and 27 exerts an opposite effect, but of the same amplitude, as that produced by the plates 24, 25.
  • the plates 27 are integral with a metallic tubular screen e which is at the same potential as the plates 27 and which extends to the detection system.
  • the metal casing 21 protects the electrically charged ions in the magnetic sector 12 against external parasitic electrostatic influences. Therefore, the poles such as 11 of the electromagnet can be at ground potential without disadvantage.
  • the poles such as 11 of the electromagnet could be brought to the potential of the plates 24 and 26, in which case the metal casing 21 could be eliminated.
  • the cross section 28 (FIG. 4) of this casing is given a flattened shape, substantially in diamond shape, the major axis of which is located in the mediating plane of the air gap field, while the minor axis is located halfway across the air gap.
  • the lateral edges 28a, 28b of the envelope, which are radially spaced from the trajectory of interest, are more distant from the poles of the electromagnet than the central part 28c of the envelope 21; this results in a reduction in the stray capacitance which limits the switching time of the voltages applied to the envelope 21.
  • This envelope 21 advantageously includes, in its wall, steps 29 (FIG. 3) so that baffles are formed inside the envelope 21 to stop the ions whose masses are different from that at which one s' is of particular interest.
  • the magnetic poles 11a, and the magnetic sector 12a can have a shape substantially in Y, constituted by two arcs of a circle 30, 31, turning their convexity towards one another, tangent at one end and symmetrical to one another with respect to the tangent.
  • One of the branches, formed by the arc 30 located on the left of the representation of FIG. 3, is used for the mass spectrometer itself, while the other branch 31 is intended for a viewing device combined with the spectrometer massive.
  • the envelope 21 preferably has a shape similar to that of the magnetic sector 12a and comprises two branches in an arc 30a, 31a, connecting to the common end 32a. Only the branch 30a involved in the part of the spectrometer used for the ionic analyzer comprises the steps 29. The presence of the branch 31a makes it possible to avoid parasitic phenomena, in particular distortions on the image observed in this part of the apparatus. .
  • the focusing effects which may be introduced by electrostatic means 18, 19, the plates 24 and 25 on the one hand and 26, 27 on the other hand, are given a shape allowing avoid or reduce these parasitic focusing effects.
  • the optical properties of the acceleration and braking spaces can be taken into account as well as their deleterious effects on the double focusing.
  • Small "muultipotes" and in particular "quadruooles” 33, 34 suitably placed at the input and / or at the output of the magnetic sector make it possible to correct these parasitic effects. Voltages of a few volts are sufficient so that there is no difficulty in programming the quasi-simultaneous application of the voltage on the envelope 21 and of the voltages on the quadrupoles 33, 34.
  • the quadrupole 33 is formed by four rectangular metal plates arranged along the faces of a rectangular parallelepiped (see FIG. 5); the plates opposite two by two are brought to the medium; the neighboring plates located in orthogonal planes are therefore at different potentials.
  • the fixed value of the magnetic field does not have to be exactly set for a particular isotope to pass through the slots 14; this adjustment can be made directly by means of the voltage "v" applied to the metal casing 21.
  • the precision of the pointing of a line greatly exceeds the resolution in mass; indeed, an ⁇ M / M of 10 -5 is detectable. This precision can be used to determine exactly the nature of a polyatomic ion; it can also be used to address the lines in the middle of the selection slot 14; we can then give the latter the optimal width compatible with the elimination of the interfering ion and with a precise measurement of the intensity of the line because the risks of cutting by the lips of the slot are then minimized.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment according to which the magnetic sector 12 is located upstream of the electrostatic sector 6.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 are used, in FIG. 2, to designate identical or similar elements.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

Spectromètre de masse comportant une source d'ions (1), des moyens d'accélération (A) propres à communiquer aux ions une énergie dépendant essentiellement de leur charge électrique, des moyens (11) pour établir dans un secteur (12) un champ magnétique orthogonal au plan de la trajectoire des ions pour incurver cette trajectoire, et des moyens (15) pour détecter des ions. On prévoit à l'entrée (17) du secteur magnétique (12), des moyens électrostatiques (18) propres à modifier la vitesse tangentielle des ions, et donc leur énergie, d'une manière telle que des ions de masses différentes puissent, à des instants différents, suivre la même trajectoire incurvée dans le secteur magnétique (12).Mass spectrometer comprising an ion source (1), means of acceleration (A) suitable for communicating to the ions an energy essentially dependent on their electric charge, means (11) for establishing a field in a sector (12) magnetic orthogonal to the plane of the trajectory of the ions for bending this trajectory, and means (15) for detecting ions. Electrostatic means (18) capable of modifying the tangential speed of the ions, and therefore their energy, are provided at the input (17) of the magnetic sector (12), so that ions of different masses can, at at different times, follow the same curved path in the magnetic sector (12).

Application, notamment, aux spectromètres de masse à double focalisation.

Figure imgaf001
Application, in particular, to mass spectrometers with double focusing.
Figure imgaf001

Description

La présente invention est relative à un spectromètre de masse comportant une source d'ions, des moyens d'accélération propres à communiquer aux ions une énergie dépendant essentiellement de leur charge électrique, des moyens pour établir dans un secteur un champ magnétique orthogonal au plan de la trajectoire des ions pour incurver cette trajectoire, et des moyens pour détecter des ions.The present invention relates to a mass spectrometer comprising an ion source, means of acceleration capable of imparting to the ions an energy essentially dependent on their electric charge, means for establishing in a sector a magnetic field orthogonal to the plane of the trajectory of the ions to curve this trajectory, and means for detecting ions.

En vue d'effectuer une mesure précise des rapports d'abondance isotopique, on peut effectuer un balayage en masse qui permet de passer fréquemment d'un isotope à l'autre ou d'un élément à l'autre si l'on veut obtenir la valeur précise d'un rapport. Un tel balayage en masse serait superflu si le spectromètre était pourvu de sorties multiples autorisant la collection simultanée, sur des détecteurs séparés, de plusieurs espèces ioniques. Mais de tels spectromètres à sorties multiples sont en général conçus pour des applications particulières de sorte qu'il est souvent mal aisé, voire impossible sans transformation de structure, de changer la nature des quelques éléments initialement prévus ; ces spectromètres à sorties multiples sont en outre coûteux. Le balayage en masse reste, de ce fait, la solution la plus répandue et permet de travailler, à des instants différents, sur des isotopes de masses différentes, avec un balayage suffisamment rapide dans le temps pour atténuer les dérives de la source d'ions.In order to carry out an accurate measurement of the isotopic abundance ratios, a mass scan can be carried out which makes it possible to pass frequently from one isotope to another or from one element to another if it is desired to obtain the precise value of a report. Such mass scanning would be superfluous if the spectrometer were provided with multiple outputs allowing the simultaneous collection, on separate detectors, of several ionic species. However, such multiple output spectrometers are generally designed for particular applications so that it is often difficult, even impossible without structural transformation, to change the nature of the few elements initially provided; these multiple output spectrometers are also expensive. Mass scanning therefore remains the most widespread solution and makes it possible to work, at different times, on isotopes of different masses, with a scan fast enough in time to attenuate the drift of the ion source. .

L'invention a pour but, surtout, de fournir un spectromètre de masse dans lequel le balayage en masse puisse être effectué de manière précise et rapide.The main object of the invention is to provide a mass spectrometer in which mass scanning can be carried out precisely and quickly.

Selon l'invention, un spectromètre de masse du genre défini précédemment est caractérisé par le fait qu'il comporte, à l'entrée du secteur magnétique, des moyens électrostatiques propres à modifier la vitesse tangentielle des ions, et donc leur énergie, d'une manière telle que des ions de masses différentes puissent, à des instants différents, suivre la même trajectoire incurvée dans le secteur magnétique.According to the invention, a mass spectrometer of the kind defined above is characterized in that it comprises, at the entrance to the magnetic sector, electrostatic means capable of modifying the tangential speed of the ions, and therefore their energy, from in such a way that ions of different masses can, at different times, follow the same curved trajectory in the magnetic sector.

De préférence, le spectromètre comporte, à la sortie du secteur magnétique, des moyens électrostatiques propres à annuler la modification de vitesse tangentielle introduite par les moyens électrostatiques situés à l'entrée du secteur magnétique. Autrement dit, si un ion a subi une accélération tangentielle positive à son entrée dans le secteur magnétique, il sera freiné à la sortie pour retrouver sa vitesse de base inversement, si un ion a été freiné à l'entrée il sera accéléré à la sortie.Preferably, the spectrometer comprises, at the outlet of the magnetic sector, electrostatic means capable of canceling the modification. tion of tangential speed introduced by electrostatic means located at the entrance to the magnetic sector. In other words, if an ion has undergone a positive tangential acceleration when it enters the magnetic sector, it will be braked at the exit to return to its basic speed conversely, if an ion has been braked at the entry it will be accelerated at the exit .

Généralement, les ions après avoir été accélérés par les moyens d'aiccéiération et après avoir reçu une énergie déterminée, décrivent leur trajectoire, sous vide, dans une enceinte métallique portée au potentiel de la masse ; les moyens propres à modifier la vitesse tangentielle des ions peuvent comnpremdre une enveloppe métallique à contour transversal fermé, ouverte à ses deux extrémités, et dont la ligne moyenne correspond à la trajectoire prévue pour les ions, cette enveloppe étant placée dans le champ magnétique et s'étendant de rentrée du secteur magnétique à la sortie de ce secteur, et étant portée au même potentiel électrique que des électrodes transversales situées à l'entrée de l'enveloppe et propres à créer un champ électrostatique d'accélération ou de freinage tangentiel, essentiellement parallèle à la direction de la vitesse des ions à Fentrée de cette enveloppe.Generally, the ions after having been accelerated by the acecieration means and after having received a determined energy, describe their trajectory, under vacuum, in a metallic enclosure brought to the potential of the mass; the means suitable for modifying the tangential speed of the ions can include a metallic envelope with a closed transverse contour, open at its two ends, and the mean line of which corresponds to the trajectory provided for the ions, this envelope being placed in the magnetic field and s extension of re-entry of the magnetic sector at the exit of this sector, and being brought to the same electrical potential as transverse electrodes located at the entry of the envelope and suitable for creating an electrostatic field of tangential acceleration or braking, essentially parallel to the direction of the speed of the ions at the entry of this envelope.

Cette enveloppe métallique isolée placée dans le champ électromagnétique, c'est-à-dire entre les pôles de réiectro-aimant, permet de maintenir Les pôles de l'aimant à la masse, sans qu'il en résulte une influence sur les ions dont rénergie, modifiée à l'entrée du champ magnétique, reste constante dans ce champ.This insulated metal envelope placed in the electromagnetic field, that is to say between the poles of the electromagnet, makes it possible to keep the poles of the magnet grounded, without this resulting in an influence on the ions whose Renergy, modified at the entry of the magnetic field, remains constant in this field.

Selon une autre possibilité, la tension électrique destinée à créer le champ électrostatique d'accétération tangentielle, à l'eutrée du secteur magnétique, pourraît être directement appliquée sur les pôles de l'aimant. La tiension électrique destinée à créer une accélération tangentielle (positive ou négative) à l'entrée du secteur magnétique est de l'ordre de quelques centaines de volts, de telle sorte que la commande des variations de cette tension peut s'effectuer de manière plus précise et plus rapide que pour une teosion beaucoup plus élevée. Les incréments de tension peuvent n'atteindre que 15 nillivclts, ce qui permet une grande précision du pointage d'une raie.According to another possibility, the electric voltage intended to create the electrostatic field of tangential acceleration, at the center of the magnetic sector, could be directly applied to the poles of the magnet. The electrical voltage intended to create a tangential acceleration (positive or negative) at the input of the magnetic sector is of the order of a few hundred volts, so that the control of variations in this voltage can be carried out more precise and faster than for a much higher tint. The voltage increments can reach only 15 nillivclts, which allows a high precision of the pointing of a line.

L'invention s'applique avantageusement aux spectromètres de masse à double focalisation.The invention advantageously applies to mass spectrometers with double focusing.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après, à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.

  • La figure 1, de ces dessins, est un schéma d'un spectromètre de masse, à double focalisation, conforme à l'invention, vu de dessus.
  • La figure 2 est un schéma d'une variante du spectromètre de la figure 1.
  • La figure 3 est une vue en plan d'une enveloppe métallique destinée à être placée dans le secteur magnétique et appartenant aux moyens propres à modifier la vitesse tangentielle des ions.
  • La figure 4 est une coupe suivant IV-IV, figure 3.
  • La figure 5, enfin, est une vue d'un quadrupôle suivant V-V, figure 1.
The invention consists, apart from the arrangements set out above, of certain other arrangements which will be more explicitly discussed below, with regard to particular embodiments described with reference to the attached drawings, but which are by no means limiting.
  • Figure 1 of these drawings is a diagram of a mass spectrometer, double focusing, according to the invention, seen from above.
  • FIG. 2 is a diagram of a variant of the spectrometer in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of a metal envelope intended to be placed in the magnetic sector and belonging to the means suitable for modifying the tangential speed of the ions.
  • Figure 4 is a section along IV-IV, Figure 3.
  • FIG. 5, finally, is a view of a quadrupole along VV, FIG. 1.

Avant d'effectuer la description des dessins, il convient de procéder à quelques rappels permettant de mieux situer l'invention, dont l'objectif est de permettre la mesure précise des rapports d'abondance isotopique avec un spectromètre de masse et plus particulièrement avec un spectromètre de masse du type analyseur ionique, généralement à double focalisation. Dans un analyseur ionique, les ions sont produits par un phénomène d'émission ionique secondaire c'est-à-dire qu'un échantillon de la matière à analyser est bombardé par des ions ; ce bombardement provoque l'éjection d'ions caractéristiques de la matière à analyser. L'analyse effectuée par le spectromètre porte sur ces ions éjectés. Les ions ainsi éjectés présentent une assez grande dispersion d'énegie au départ de la cible (formée par la matière à analyser) ; cette dispersion d'énergie est nettement supérieure à celle qui existe lorsque les ions sont émis par effet thermo-ionique. En outre, le phénomène d'émission ionique secondaire produit tout à la fois des ions polyatomiques et des ions simples qui peuvent avoir des masses voisines. Par exemple, le magnésium possède trois isotopes 24 Mg, 25Mg, 26Mg ; les conditions de vide, de bombardement ou la nature même de l'échantillon font qu'il existe souvent des ions du type MgH+ qui se superposent aux ions du type Mg+ . Ainsi, au nombre de masse 25, on trouvera des ions 25Mg+, (24MgH)+; les seconds (ions poiyatomiques) sont en général beaucoup plus faibles mais leur intensité peut être suffisamment élevée pour gêner une mesure précise des rapports d'abondance isotopique. Dans cet exemple, un pouvoir séparateur (M/ΔM) de 3700 est suffisant pour distinguer les deux types d'ions- De ce fait, on est généralement conduit à utiliser un spectromètre à double focalisation fonctionnant à haute résolution en masse pour rassembler en une seule et même "raie" les ions de même masse quel que soit Pangte (petit) avec lequel ils émergent de la source et quelle que soit rénergie exacte qu'ils possèdent autour de la valeur moyenne à laquelle ils ont été nominalement accélérés.Before carrying out the description of the drawings, a few reminders should be made to better situate the invention, the objective of which is to allow the precise measurement of the isotopic abundance ratios with a mass spectrometer and more particularly with a mass spectrometer of the ion analyzer type, generally with double focusing. In an ion analyzer, the ions are produced by a phenomenon of secondary ion emission, that is to say that a sample of the material to be analyzed is bombarded with ions; this bombardment causes the ejection of ions characteristic of the material to be analyzed. The analysis performed by the spectrometer relates to these ejected ions. The ions thus ejected exhibit a fairly large dispersion of energy at the start of the target (formed by the material to be analyzed); this energy dispersion is much higher than that which exists when the ions are emitted by thermionic effect. In addition, the phenomenon of secondary ion emission produces both polyatomic ions and single ions which can have neighboring masses. For example, magnesium has three isotopes 24m g, 25 Mg, 26 Mg; the vacuum, bombardment conditions or the very nature of the sample mean that there are often ions of the MgH + type which are superimposed on the ions of the Mg + type . Thus, at mass number 25, we will find ions 25 Mg + , ( 24 MgH) + ; the second (polyatomic ions) are generally much weaker but their intensity can be high enough to interfere with an accurate measurement of isotopic abundance ratios. In this example, a separating power (M / ΔM) of 3700 is sufficient to distinguish the two types of ions. As a result, we are generally led to use a double focusing spectrometer operating at high mass resolution to bring together in one only one and the same "line" the ions of the same mass whatever Pangte (small) with which they emerge from the source and whatever exact energy they have around the average value at which they have been nominally accelerated.

Les dérives de la source d'ions rendent nécessaires un balayage en masse qui permet de passer fréquemment d'un isotope à Fautre ou d'un élément à l'autre si l'on veut obtenir la valeur précise d'un rapport.The ion source drifts require a mass scan which makes it possible to pass frequently from one isotope to another or from one element to another if one wants to obtain the precise value of a ratio.

L'invention se propose précisément, d'améliorer ce balayage en masse.The invention specifically proposes to improve this mass scanning.

En se reportant à la figure 1, on peut voir le schéma d'un spectromètre de masse S à double focalisation servant d'analyseur ionique-Ce spectromètre comporte une source d'ions 1 fonctionnant suivant le phénomène d'émission ionique secondaire. Cette source 1 comprend une cible 2 formée par un échantillon de la matière à analyser, qui est bombardée par des ions provenant d'une source non représentée. L'ensemble du spectromètre de masse se trouve dans une enceinte fermée, non représentée, dans laquelle un vide suffisant a été établi.Referring to FIG. 1, one can see the diagram of a mass spectrometer S with double focusing serving as ionic analyzer. This spectrometer comprises an ion source 1 operating according to the phenomenon of secondary ionic emission. This source 1 comprises a target 2 formed by a sample of the material to be analyzed, which is bombarded by ions coming from a source not shown. The entire mass spectrometer is in a closed enclosure, not shown, in which a sufficient vacuum has been established.

Des moyens d'accélération A sont propres à communiquer aux ions éjectés de la cible 2 une énergie dépendant essentiellement de leur charge électrique. Ces moyens A conmprennent une électrode E située dans un plan perpendiculaire à la direction Δ du mouvement des ions. Cette électrode E est pertée, par rapport à la cible 2 à un potentiel communiquant l'énoegie souhaitée aux ions. Le champ électrostatique d'accélération entre Fétectrode E et la cible Z est parallèle à la trajeciolre des ions-L'électrode E peut être portée au potentiel de la masse, auquei cas la cible 2 est portée à un potentiel positif si l'on souhairte accélérer des ions positifs, ou à un potentiel négatif pour des ions négatifs. Le potentiel d'accélération est de l'ordre de plusieurs milliers de volts, par exemple de l'ordre de 4000 volts. Les ions, après avoir été accélérés, circulent dans une enceinte tubulaire métallique 3 portée au même potentiel que l'électrode E et servant de protection.Acceleration means A are adapted to communicate to the ions ejected from the target 2 an energy essentially dependent on their electrical charge. These means A comprise an electrode E situated in a plane perpendicular to the direction Δ of the movement of the ions. This electrode E is disturbed, with respect to target 2, at a potential communicating the desired energy to the ions. The electrostatic field of acceleration between the electrode E and the target Z is parallel to the path of the ions-The electrode E can be brought to the potential of the mass, in which case the target 2 is brought to a positive potential if one wishes accelerate positive ions, or to negative potential for negative ions. The acceleration potential is of the order of several thousand volts, for example of the order of 4000 volts. The ions, after being accelerated, circulate in a metallic tubular enclosure 3 brought to the same potential as the electrode E and serving as protection.

Le faisceau d'ions traverse une première optique électrostatique 4 et passe à travers un diaphragme d'entrée 5 puis pénètre dans un secteur électrostatique 6 entre deux parois incurvées 7 et 8 concentriques, portées à des potentiels différents de telle sorte que le champ électrostatique dans le secteur 6 soit orienté radialement. Ce secteur électrostatique produit une première focalisation des ions au niveau de l'ouverture 9 d'un second diaphragme 10. La direction de la trajectoire des ions, à la sortie du secteur électrostatique 6, a tourné d'un certain angle par rapport à sa direction d'entrée, cet angle étant de 90° dans l'exemple de la figure 1.The ion beam passes through a first electrostatic optic 4 and passes through an inlet diaphragm 5 then enters an electrostatic sector 6 between two concentric curved walls 7 and 8, brought to different potentials so that the electrostatic field in sector 6 is oriented radially. This electrostatic sector produces a first focusing of the ions at the opening 9 of a second diaphragm 10. The direction of the trajectory of the ions, at the exit of the electrostatic sector 6, has turned by a certain angle relative to its direction of entry, this angle being 90 ° in the example of FIG. 1.

Des moyens, formés par un électro-aimant dont un pôle Il est schématiquement représenté, sont prévus pour établir dans un secteur magnétique 12 un champ magnétique orthogonal au plan de la trajectoire des ions, c'est-à-dire orthogonal au plan de la figure 1, propre à incurver la trajectoire des ions. Une lentille électrostatique de couplage 13 est prévue entre le secteur électrostatique 6 et le secteur magnétique 12. Des fentes de sélection 14 sont prévues dans la zone de focalisation créée par le secteur magnétique 12. Des moyens de détection des ions comprennent un système de détection 15 situé en aval d'une lentille collectrice 16.Means, formed by an electromagnet including a pole It is schematically represented, are provided for establishing in a magnetic sector 12 a magnetic field orthogonal to the plane of the path of the ions, that is to say orthogonal to the plane of the Figure 1, suitable for bending the trajectory of the ions. An electrostatic coupling lens 13 is provided between the electrostatic sector 6 and the magnetic sector 12. Selection slots 14 are provided in the focusing zone created by the magnetic sector 12. Ion detection means comprise a detection system 15 located downstream of a collecting lens 16.

Avec un tel appareil, lorsque le champ magnétique dans le secteur 12, est réglé de façon à adresser exactement des isotopes ayant une masse M déterminée au milieu de la fente 14 de sélection, les autres isotopes ayant même charge électrique mais ayant des masses différentes de M vont tourner, dans le secteur 12, suivant des rayons différents. Les isotopes de masse inférieure à M vont tourner suivant un rayon plus petit, tandis que les isotopes de masse supérieure à M vont tourner suivant un rayon plus grand que celui associé à l'isotope de masse M.With such an apparatus, when the magnetic field in sector 12 is adjusted so as to exactly address isotopes having a determined mass M in the middle of the selection slot 14, the other isotopes having the same electrical charge but having masses different from M will rotate, in sector 12, along different radii. Isotopes of mass less than M will rotate along a smaller radius, while isotopes of mass greater than M will rotate along a larger radius than that associated with the isotope of mass M.

Selon l'invention, le spectromètre comporte, à l'entrée 17 du secteur magnétique 12 des moyens électrostatiques 18 propres à modifier la vitesse tangentielle des ions et donc leur énergie, d'une manière telle que des ions de masses différentes puissent, à des instants différents, suivre la même trajectoire incurvée dans le secteur magnétique 12.According to the invention, the spectrometer comprises, at the input 17 of the magnetic sector 12 electrostatic means 18 suitable for modifying the tangential speed of the ions and therefore their energy, in such a way that ions of different masses can, at different instants, follow the same curved trajectory in the magnetic sector 12.

En reprenant l'exemple du magnésium, on va supposer que le champ magnétique fixe, dans le secteur 12, est réglé de façon à adresser l'isotope 25 au milieu de la fente 14. Si l'on veut adresser non plus l'isotope 25Mg, mais l'isotope 24Mg au milieu de la fente 14, conformément à l'invention, sans modifier le champ magnétique, on accélère positivement suivant la direction de leur trajectoire, les ions à leur entrée 17 dans le secteur 12 de telle sorte que l'isotope 24Mg puisse tourner suivant la même trajectoire que celle suivie précédemment par l'isotope 25Mg.Returning to the example of magnesium, we will assume that the fixed magnetic field, in sector 12, is adjusted so as to address the isotope 25 in the middle of the slot 14. If we also want to address the isotope 25 Mg, but the 24 Mg isotope in the middle of the slit 14, in accordance with the invention, without modifying the magnetic field, the ions are accelerated positively along the direction of their trajectory 17 in sector 12 of such so that the 24 Mg isotope can rotate along the same trajectory as that previously followed by the 25 Mg isotope.

Si l'on veut adresser l'isotope 26Mg au milieu de la fente 14, on fait subir aux ions, à rentrée 17, une accélération négative, c'est-à-dire un freinage suivant la direction de leur trajectoire, de telle sorte que l'isotope 26Mg suive la même trajectoire que celte suivie précédentment par l'isotope 25Mg.If the 26 Mg isotope is to be addressed in the middle of the slot 14, the ions, at reentry 17, are subjected to a negative acceleration, that is to say braking along the direction of their trajectory, such so that the 26 Mg isotope follows the same trajectory as that previously followed by the 25 Mg isotope.

Des moyens électrostatiques 19 sont prévus à la sortie 20 du secteur 12 pour annuler la modification d'énergie introduite par les moyens 18. Autrement dit, si les moyens 18 ont accélérés positivement les ions à l'entrée, les moyens 19 exercent un freinage pour ramener ces ions à leur énergie initiale, et inversement, si les moyens 18 ont exercé un freinage, les moyens 19 exercent une accélération.Electrostatic means 19 are provided at the outlet 20 of the sector 12 to cancel the modification of energy introduced by the means 18. In other words, if the means 18 have positively accelerated the ions at the entry, the means 19 exert braking to return these ions to their initial energy, and conversely, if the means 18 have exerted a braking, the means 19 exert an acceleration.

Les moyens 18 comprennent une enveloppe métallique 21, notamment en cuivre recouvert d'or, à contour transversal fermé (voir figure 4), ouvertie à ses deux extrémités 22,23, et dont la ligne moyenne correspond à la trajectoire prévue pour les ions dans le secteur 12. Cette enveloppe 21 est placée dans le champ magnétique et s'étend de l'entrée 17 à la sortie 20 du secteur 12. Cette enveloppe 21 est portée au même potentiel électrique que des électrodes ou plaques métalliques transversales 24, reliées à cette envelbppe, et situées à l'entrée 17 du secteur 12. Ces plaques 24 sont situées en regard d'autres plaques transversales 25 de l'éxtrémité de Penceinte tubulaire 3 et portées au même potentiel que cette enceinte 3, c'est-à-dire au potentiel de la masse ou potentiel 0. Les plaques 24 et 25 sont situées dans des plans orthogonaux à la direction moyenne de la trajectoire des ions au niveau de ces plaques et forment des électrodes dont l'axe est aligné sur celui du faisceau d'ions. Le champ électrique entre ces plaques est orienté parallèlement à l'axe du faisceau.The means 18 comprise a metal casing 21, in particular of copper coated with gold, with a closed transverse contour (see FIG. 4), open at its two ends 22,23, and the mean line of which corresponds to the trajectory provided for the ions in sector 12. This envelope 21 is placed in the magnetic field and extends from the input 17 to the output 20 of sector 12. This envelope 21 is brought to the same electrical potential as transverse metal electrodes or plates 24, connected to this envelope, and located at the entrance 17 of sector 12. These plates 24 are located opposite other transverse plates 25 of the end of the tubular enclosure 3 and brought to the same potential as this enclosure 3, that is to say -Tell the potential of the mass or potential 0. The plates 24 and 25 are located in planes orthogonal to the mean direction of the trajectory of the ions at the level of these plates and form electrodes whose axis is aligned with that of the beam ions. The electric field between these plates is oriented parallel to the axis of the beam.

Les moyens 19 comportent d'autres plaques transversales, ou électrodes, 26 prévues à l'extrémité 23 de l'enveloppe. Ces plaques 26 sont au même potentiel que l'enveloppe 21 et que les plaques 24. Des plaques 27, au potentiel de la masse, sont situées en face des plaques 26, les plans de ces plaques étant perpendiculaires à l'axe du faisceau d'ions sortant du secteur 12. Le champ électrique créé entre les plaques 26 et 27 exerce un effet contraire, mais de même amplitude, que celui produit par les plaques 24, 25.The means 19 comprise other transverse plates, or electrodes, 26 provided at the end 23 of the envelope. These plates 26 are at the same potential as the envelope 21 and as the plates 24. Plates 27, at ground potential, are located opposite the plates 26, the planes of these plates being perpendicular to the axis of the beam d ions leaving sector 12. The electric field created between the plates 26 and 27 exerts an opposite effect, but of the same amplitude, as that produced by the plates 24, 25.

Les plaques 27 sont solidaires d'un écran tubulaire métallique e qui se trouve au même potentiel que les plaques 27 et qui s'étend jusqu'au système de détection.The plates 27 are integral with a metallic tubular screen e which is at the same potential as the plates 27 and which extends to the detection system.

L'enveloppe métallique 21 protège les ions chargés électriquement, dans le secteur magnétique 12, contre les influences électrostatiques parasites extérieures. De ce fait, les pôles tels que 11 de l'électro-aimant peuvent se trouver au potentiel de la masse sans inconvénient.The metal casing 21 protects the electrically charged ions in the magnetic sector 12 against external parasitic electrostatic influences. Therefore, the poles such as 11 of the electromagnet can be at ground potential without disadvantage.

Selon une autre solution, de mise en oeuvre moins pratique, les pôles tels que 11 de l'électro-aimant pourraient être portés au potentiel des plaques 24 et 26, auquel cas l'enveloppe métallique 21 pourrait être supprimée.According to another solution, of less practical implementation, the poles such as 11 of the electromagnet could be brought to the potential of the plates 24 and 26, in which case the metal casing 21 could be eliminated.

Pour réduire la formation de capacité parasite entre l'enveloppe 21 et les pôles 11 de l'électro-aimant, on donne à la section transversale 28 (figure 4) de cette enveloppe une forme aplatie, sensiblement en losange dont le grand axe est situé dans le plan médiateur du champ de l'entrefer, tandis que le petit axe est situé à mi-largeur de l'entrefer. Les bords latéraux 28a, 28b de l'enveloppe, qui sont écartés radialement de la trajectoire intéressante, se trouvent plus éloignés des pôles de l'électro-aimant que la partie centrale 28c de l'enveloppe 21 ; il en résulte une diminution de la capacité parasite qui limite le temps de commutation des tensions appliquées à l'enveloppe 21.To reduce the formation of parasitic capacitance between the casing 21 and the poles 11 of the electromagnet, the cross section 28 (FIG. 4) of this casing is given a flattened shape, substantially in diamond shape, the major axis of which is located in the mediating plane of the air gap field, while the minor axis is located halfway across the air gap. The lateral edges 28a, 28b of the envelope, which are radially spaced from the trajectory of interest, are more distant from the poles of the electromagnet than the central part 28c of the envelope 21; this results in a reduction in the stray capacitance which limits the switching time of the voltages applied to the envelope 21.

Cette enveloppe 21 comporte avantageusement, dans sa paroi, des redans 29 (figure 3) de telle sorte que des chicanes soient formées à l'intérieur de l'enveloppe 21 pour arrêter les ions dont les masses sont différentes de celle à laquelle on s'intéresse plus particulièrement.This envelope 21 advantageously includes, in its wall, steps 29 (FIG. 3) so that baffles are formed inside the envelope 21 to stop the ions whose masses are different from that at which one s' is of particular interest.

Selon une variante représentée sur la figure 3, les pôles magnétiques lia, et le secteur magnétique 12a; peuvent avoir une forme sensiblement en Y, constituée par deux arcs de cercle 30, 31, tournant leur convexité l'un vers l'autre, tangents à une extrémité et symétriques l'un de l'autre par rapport à la tangente. L'une des branches, formée par l'arc 30 situé sur la gauche de la représentation de la figure 3, sert au spectromètre de masse proprement dit, tandis que l'autre branche 31 est destiée à un appareil de visualisation combiné avec le spectrométre de masse. Dans ce cas, l'enveloppe 21 a, de préférence, une forme semblable á celle du secteur magnétique 12a et comporte deux branches en arc de cercle 30a, 31a, se raccordant à l'extrémité commune 32a. Seule la branche 30a intervenant dans la partie du spectromètre servant à l'analyseur ionique comporte les redans 29. La présence de la branche 31a permet d'éviter les phénomènes parasites, notamment des distorsions sur l'image observée dans cette partie de l'appareil.According to a variant shown in Figure 3, the magnetic poles 11a, and the magnetic sector 12a; can have a shape substantially in Y, constituted by two arcs of a circle 30, 31, turning their convexity towards one another, tangent at one end and symmetrical to one another with respect to the tangent. One of the branches, formed by the arc 30 located on the left of the representation of FIG. 3, is used for the mass spectrometer itself, while the other branch 31 is intended for a viewing device combined with the spectrometer massive. In this case, the envelope 21 preferably has a shape similar to that of the magnetic sector 12a and comprises two branches in an arc 30a, 31a, connecting to the common end 32a. Only the branch 30a involved in the part of the spectrometer used for the ionic analyzer comprises the steps 29. The presence of the branch 31a makes it possible to avoid parasitic phenomena, in particular distortions on the image observed in this part of the apparatus. .

Toujours pour éviter les effets parasites, notamment les effets de focalisation susceptibles d'être introduits par les moyens électrostatuques 18, 19, on donne aux plaques 24 et 25 d'une part et 26, 27 d'autre part, une forme permettant d'éviter ou de réduire ces effets de focalisation parasites.Still to avoid parasitic effects, in particular the focusing effects which may be introduced by electrostatic means 18, 19, the plates 24 and 25 on the one hand and 26, 27 on the other hand, are given a shape allowing avoid or reduce these parasitic focusing effects.

Les propriétés optiques des espaces d'accélération et de freinage (au niveau des moyens 18 et 19) peuvent être prises en compte ainsi que leurs effets déliéteres sur la double focalisation. De petits "muultipotes" et en particulier des "quadruoôles" 33, 34, convenablement placés à l'entrée et/ou à la sortie du secteur magnétique permettent de corriger ces effets parasites. Des tensions de quelques volts sont suffisantes de sorte qu'il n'y a aucune difficulté à programmer l'application quasi-simultanée de la tension sur l'enveloppe 21 et des tensions sur les quadrupôles 33, 34. Le quadrupôle 33 est formé par quatre pkques métalliques rectangulaites disposées suivant les faces d'un parallèlépipède rectangle (voir figure 5); les plaques opposées deux à deux sont portées au méu* pfloifiel; les plaques voisines situées dans des plans orthogonaux sont donc à des potentiels différents.The optical properties of the acceleration and braking spaces (at the means 18 and 19) can be taken into account as well as their deleterious effects on the double focusing. Small "muultipotes" and in particular "quadruooles" 33, 34, suitably placed at the input and / or at the output of the magnetic sector make it possible to correct these parasitic effects. Voltages of a few volts are sufficient so that there is no difficulty in programming the quasi-simultaneous application of the voltage on the envelope 21 and of the voltages on the quadrupoles 33, 34. The quadrupole 33 is formed by four rectangular metal plates arranged along the faces of a rectangular parallelepiped (see FIG. 5); the plates opposite two by two are brought to the medium; the neighboring plates located in orthogonal planes are therefore at different potentials.

Grâce à l'invention, on peut passer en quelques millisecondes d'un isotope à l'autre et conserver des raies pratiquement aussi fines, exactement situées au milieu de la fente de sélection 14. La relation fondanmen- tale entre les masses atomiques M1, M2, M3 ... des éléments considérés et les différences de potentiel V1, V2, V3 ... d'accélération des ions pendant leur passage dans le champ magnétique est la suivante :

  • M1V1=M2V2=M3V3...
Thanks to the invention, it is possible to pass in a few milliseconds from one isotope to another and to keep lines that are practically as fine, exactly located in the middle of the selection slit 14. The fundamental relationship between the atomic masses M 1 , M 2 , M 3 ... of the elements considered and the potential differences V 1 , V 2 , V 3 ... of acceleration of the ions during their passage in the magnetic field is as follows:
  • M 1 V 1 = M 2 V 2 = M 3 V 3 ...

Si V0 est la valeur nominale de la différence de potentiel d'accélération au niveau de la source 1 et v1, v2, v 3 les tensions additionnelles appliquées sur l'enveloppe 21 on a :

  • M1(V0+v1)=M2(V0+v2)=M3(V0+v3)=...
If V 0 is the nominal value of the difference in acceleration potential at source 1 and v 1 , v 2 , v 3 the additional voltages applied to the envelope 21 we have:
  • M 1 (V 0 + v 1 ) = M 2 (V 0 + v 2 ) = M 3 (V 0 + v 3 ) = ...

Il n'y a pas de difficultés à effectuer les mesures dans un domaine d'écart de masse ΔM tel que àM/M sensiblement égal à ± 1/10. Pour V0 de l'ordre de 4000 volts, il suffit de faire varier la tension additionnelle de plus ou moins 400 volts.There is no difficulty in making the measurements in a range of mass deviation ΔM such that àM / M substantially equal to ± 1/10. For V 0 of the order of 4000 volts, it suffices to vary the additional voltage by more or less 400 volts.

Ainsi tous les rapports isotopiques sont accessibles à partir du lithium (y compris le lithium).Thus all isotopic reports are accessible from lithium (including lithium).

On peut encore noter plusieurs points importants.We can still note several important points.

Il n'est pas nécessaire que la valeur fixe du champ magnétique soit exactement réglée pour qu'un isotope particulier passe au milieu des fentes 14 ; ce réglage peut être effectué directement au moyen de la tension "v" appliquée à l'enveloppe métallique 21. La précision du pointage d'une raie dépasse largement la résolution en masse ; en effet, un ΔM/M de 10-5 est détectable. Cette précision peut être utilisée pour déterminer exactement la nature d'un ion polyatomique ; elle peut aussi être mise à profit pour adresser les raies au milieu de la fente de sélection 14 ; on peut alors donner à cette dernière la largeur optimale compatible avec l'élimination de l'ion interférant et avec une mesure précise de l'intensité de la raie car les risques de coupure par les lèvres de la fente sont alors minimisés.The fixed value of the magnetic field does not have to be exactly set for a particular isotope to pass through the slots 14; this adjustment can be made directly by means of the voltage "v" applied to the metal casing 21. The precision of the pointing of a line greatly exceeds the resolution in mass; indeed, an ΔM / M of 10 -5 is detectable. This precision can be used to determine exactly the nature of a polyatomic ion; it can also be used to address the lines in the middle of the selection slot 14; we can then give the latter the optimal width compatible with the elimination of the interfering ion and with a precise measurement of the intensity of the line because the risks of cutting by the lips of the slot are then minimized.

Enfin, si dans la suite du montage la mesure des intensités se fait par comptage avec un multiplicateur (ce qui semble inévitable vu la fréquence de commutation), il faut s'assurer que les faisceaux commutés lrappent toujours au même endroit de la dynode où s'effectue la conversion ions-électrons. Si cela n'était pas le cas, il faudrait placer des correcteurs excités ou synchronisés avec la commutation.Finally, if in the subsequent assembly the measurement of the intensities is done by counting with a multiplier (which seems inevitable given the switching frequency), it must be ensured that the switched beams always strike at the same place in the dynode where s 'performs the ion-electron conversion. If this were not the case, it would be necessary to place correctors excited or synchronized with the switching.

La figure 2 montre une variante de réalisation selon laquelle le secteur magnétique 12 est situé en amont du secteur électrostatique 6. Les mêmes références numériques que celles de la figure 1 sont utilisées, sur la figure 2, pour désigner des éléments identiques ou semblables.FIG. 2 shows an alternative embodiment according to which the magnetic sector 12 is located upstream of the electrostatic sector 6. The same reference numerals as those in FIG. 1 are used, in FIG. 2, to designate identical or similar elements.

Claims (9)

1. Spectromètre de masse comportant une source d'ions, des moyens, d'accélération propres à communiquer aux ions une énergie dépendant essentiellement de leur charge électrique, un électro-aimant pour établir dans un secteur un champ magnétique orthogonal au plan de la trajectoire des ions pour incurver cette trajectoire, et des moyens pour détecter des ions, caractérisé en ce qu'il comporte à l'entrée (17) du secteur magnétique (12), des moyens électrostatiques (18) propres à modifier la vitesse tangentielle des ions, et donc leur énergie, d'une manière telle que des ions de masses différentes puissent, à des instants différents, suivre la même trajectoire incurvée dans le secteur magnétique (12).1. Mass spectrometer comprising an ion source, means, of acceleration capable of imparting to the ions an energy essentially dependent on their electric charge, an electromagnet for establishing in a sector a magnetic field orthogonal to the plane of the trajectory ions for bending this trajectory, and means for detecting ions, characterized in that it comprises, at the input (17) of the magnetic sector (12), electrostatic means (18) capable of modifying the tangential speed of the ions , and therefore their energy, in such a way that ions of different masses can, at different times, follow the same curved trajectory in the magnetic sector (12). 2. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à la sortie (20) du secteur magnétique (12), des moyens électrostatiques (19) propres à annuler la modification de vitesse tangentielle inuiredte. par les moyens électrostatiques (19) situés à l'entrée du secteur magnétique (12).2. Spectrometer according to claim 1, characterized in that it comprises at the output (20) of the magnetic sector (12), electrostatic means (19) capable of canceling the modification of the tangential velocity inuiredte. by electrostatic means (19) located at the entrance to the magnetic sector (12). 3. Spectromètre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les ions décrivent leur trajectoire dans une enceinte métallique portée au potentiel de la masse, caractérisé en ce que les moyens propres à modifier la vitesse tangentielle des ions comprennent une enveloppe métallique (21) à contour transversal (20) fermé, ouverte à ses deux extrémités (22, 23), cette enveloppe étant placée dans le champ magnétique et s'étendant de l'entrée (17) du secteur magnétique à la sortie (20) de ce secteur et étant portée au même potentiel électrique que des plaques transversales (24) situées à rentrée de l'enveloppe et propres à créer un champ électrostatique d'accélération ou de freinage tangentiel, essentiellement parallèle à la direction de la vitesse des ions à rentrée de cette enveloppe.3. Spectrometer according to claim 1 or 2, in which the ions describe their trajectory in a metallic enclosure brought to the potential of the mass, characterized in that the means suitable for modifying the tangential speed of the ions comprise a metallic envelope (21) to closed transverse contour (20), open at its two ends (22, 23), this envelope being placed in the magnetic field and extending from the entrance (17) of the magnetic sector to the exit (20) of this sector and being brought to the same electric potential as transverse plates (24) located at the reentry of the envelope and suitable for creating an electrostatic field of tangential acceleration or braking, essentially parallel to the direction of the speed of the ions at reentry of this envelope . 4. Spectromètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section transversale (28) de l'enveloppe a une forme aplatie, sensiblement en losange, dont le grand axe est situé dans le plan médiateur du champ de l'entrefer, tandis que le petit axe est situé à mi-largeur de l'entrefer.4. Spectrometer according to claim 3, characterized in that the cross section (28) of the envelope has a flattened shape, substantially diamond-shaped, the major axis of which is situated in the mediating plane of the field of the air gap, while the minor axis is located halfway across the air gap. .5. Spectromètre selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que renveloppe (21) comporte, dans sa paroi, des redans (29) de telle sorte qu'une chicane soit formée à l'intérieur de cette envelope pour arrêter les ions de masses différetnes de celle à laquelle on s'intéresse..5. Spectrometer according to claim 3 or 4, characterized in that the envelope (21) has, in its wall, steps (29) so that a baffle is formed inside this envelope to stop the ions of masses different from that in which we are interested. 6. Spectromètre selon la revendication 3 ou selon l'ensemble de la revendication 3 et de l'une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel le secteur magnétique a une forme sensiblement en Y, constituée par deux arcs de cercle tournant leur convexité l'un vers l'autre, caractérisé en ce que l'enveloppe (21) a une forme semblable à celle du secteur magnétique (12a) et comporte deux branches en arc de cercle (30a, 31a) se raccordant à l'extrémité commune (32a).6. Spectrometer according to claim 3 or according to all of claim 3 and any one of claims 3 to 5 wherein the magnetic sector has a substantially Y-shaped, consisting of two arcs of circle rotating their convexity towards each other, characterized in that the envelope (21) has a shape similar to that of the magnetic sector (12a) and has two branches in an arc (30a, 31a) connecting to the common end (32a ). 7. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des multipôles, en particulier des quadrupôles (33, 34), placés à l'entrée et/ou à la sortie du secteur magnétique (12) pour la correction d'effets parasites des espaces d'accélération et de freinage.7. Spectrometer according to claim 1, characterized in that it comprises multipoles, in particular quadrupoles (33, 34), placed at the input and / or at the output of the magnetic sector (12) for the correction of parasitic effects of acceleration and braking spaces. 8. Spectromètre selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens électrostatiques propres à modifier la vitesse tangentielle des ions sont formés par une tension électrique directement appliquée sur les pôles (11) de l'électro-aimant, et destinée à créer un champ électrostatique d'accélération tangentielle.8. Spectrometer according to claims 1 or 2, characterized in that the electrostatic means capable of modifying the tangential speed of the ions are formed by an electric voltage directly applied to the poles (11) of the electromagnet, and intended to create an electrostatic field of tangential acceleration. 9. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électrostatiques propres à modifier la vitesse tangentielle des ions à l'entrée du secteur magnétique sont alimentés par une tension électrique de l'ordre de quelques centaines de volts, les incréments de tension pouvant n'atteindre que 15 millivolts.9. Spectrometer according to claim 1, characterized in that the electrostatic means capable of modifying the tangential speed of the ions at the input of the magnetic sector are supplied with an electric voltage of the order of a few hundred volts, the voltage increments which can only reach 15 millivolts.
EP84400707A 1983-04-19 1984-04-10 Mass spectrometers Expired EP0125950B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8306375 1983-04-19
FR8306375A FR2544914B1 (en) 1983-04-19 1983-04-19 IMPROVEMENTS TO MASS SPECTROMETERS

Publications (3)

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