FR2560434A1 - Spectrometre de masse a temps de vol - Google Patents

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Abstract

UN MIROIR IONIQUE 14 RECOIT DES IONS ISSUS D'UNE SOURCE 10 ET UN DETECTEUR 15 EST DISPOSE DE MANIERE A RECEVOIR LES IONS REFLECHIS PAR LE MIROIR; UN SECOND DETECTEUR 16 EST DISPOSE DERRIERE LE MIROIR IONIQUE 14 POUR PERMETTRE NOTAMMENT D'OBTENIR A LA FOIS UN SPECTRE DES IONS REFLECHIS PAR LE MIROIR ET RECUS PAR LE PREMIER DETECTEUR 15 ET UN SPECTRE D'ESPECES NEUTRES EVENTUELLEMENT APPARUES PENDANT LE VOL ET RECUES PAR LE SECOND DETECTEUR16.

Description

SPECTROMETRE DE MASSE A TEMPS DE VOL
La présente invention concerne un spectromètre de masse à temps de vol. Dans un spectromètre de masse à temps de vol, les ions issus d'une source sont accélérés par un champ électrique et leur masse est déterminée en mesurant le temps de vol des ions Jusqu'à
leur arrivée sur un détecteur.
Dans les spectromètres à temps de vol classiques du type direct, les ions sont émis à une extrémité du spectromètre et reçus, après un vol direct, par un détecteur situé à l'autre extrémité. Avec ces spectromètres, il est possible d'analyser en masse des ions moléculaires qui se décomposent après accélération
en donnant éventuellement naissance à des espèces neutres.
Toutefois, la résolution en masse des spectromètres à vol direct
peut s'avérer quelquefois insuffisante.
Il est bien connu d'améliorer la résolution en masse en allongeant le trajet des ions par réflexion au moyen d'un miroir ionique recevant les ions issus de la source et les réflchissant vers le détecteur. Mais il est alors impossible d'analyser en masse de façon complète des ions moléculaires qui se décomposent
pendant le vol en donnant des espèces neutres.
La présente invention a pour but de fournir un spectromètre de masse permettant une analyse complète d'ions
moléculaires avec une résolution élevée.
Ce but est atteint au moyen d'un spectromètre de masse à temps de vol comportant une source d'ions, un miroir ionique recevant des ions issus de la source et un détecteur disposé de manière à recevoir les ions réfléchis par le miroir, spectromètre dans lequel, conformément à l'invention, un second détecteur est disposé derrière le miroir ionique. De la sorte, lorsque le miroir ionique est activé, il est possible d'obtenir à la fois un spectre des ions réfléchis reçus par le premier détecteur et un spectre d'espèces neutres apparues pendant le vol et reçues par le second détecteur. Par ailleurs, un fonctionnement du spectromètre avec
vol direct est possible lorsque le miroir n'est pas activé.
Avantageusement, la source d'ions, le miroir ionique et les deux détecteurs ont un même axe de symétrie. Le premier détecteur est annulaire, laissant le passage aux ions provenant de
l'espace d'accélération.
La source d'ions est par exemple formée par une surface solide bombardée par des particules pour libérer de cette surface les ions dont l'analyse en masse est à effectuer. Le bombardement peut être réalisé au moyen d'ions primaires produits par une source radioactive 252Cf ou d'ions accélérés par cyclotron ou
d'atomes neutres ou encore d'un rayonnement laser.
D'autres particularités et avantages du spectromètre
conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description
faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif. On se référera au dessin annexé dont la figure unique est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation d'un spectromètre
selon l'invention.
La référence 10 désigne une source d'ions moléculaires dont l'analyse en masse est à réaliser. La source 10 est formée par une surface métallique 10a sur laquelle des molécules sont
déposées.
Une source d'ions primaires 11 est disposée à égale distance entre la source 10 d'ions secondaires et un dispositif de
détection 12 destiné à fournir le signal de départ.
La source 11 est dans l'exemple illustré une source radioactive de 252Cf. Le californium 252 est un isotope radioactif qui se désintègre en émettant deux fragments de fission
dans des directions opposées.
L'un des fragments émis vers l'arrière du spectromètre parvient sur une feuille métallique 12a du dispositif de détection 12 et en éjecte des électrons. Un champ électrique est établi entre la feuille 12a et une électrode 12b pour accélérer vers l'arrière les électrons éjectés. Ceuxci sont reçus' par un détecteur à micro-canaux 12c situé à l'arrière du spectromètre et qui fournit une impulsion électrique SO constituant le signal de
départ.
L'autre fragment de fission émis vers l'avant libère par désorption des ions secondaires de la surface métallique 10a. Les ions secondaires lThérés sont accélérés par un champ électrique établi entre la surface métallique 10a et une électrode 13 qui peuvent par exemple être portées à des potentiels respectifs de kV et O V. Un miroir ionique 14 reçoit les ions secondaires émis et
les réfléchit vers un détecteur 15.
Le miroir 14 est situé à proximité de l'extrémité avant du spectromètre. Il comprend une première région de décélération délimitée var deux grilles 14a et 14b minces et parallèles entre lesquelles est établi un champ électrique retardateur, et une deuxième région de réflexion délimitée par la grille 14b et une troisième grille 14c entre lesquelles est également établi un champ retardateur. A titre d'exemple, les potentiels des grilles 14a, 14b et 14c peuvent être respectivement égaux à 0, 213U, et U, avec U = 8 kV ou 10 kV. Des électrodes annulaires 14d à 14h sont disposées à intervalles réguliers entre les grilles 14b et 14c. Les potentiels de ces électrodes sont choisis de manière à imposer une variation uniforme du potentiel entre les grilles 14b
et 14c et conférer ainsi au miroir 14 les propriétés souhaitées.
En particulier, comme cela est connu en soi, le miroir 14 est conçu de manière à compenser les différences de vitesse entre ions de même masse afin que ces ions arrivent en même temps sur le détecteur 15. Cette compensation résulte du fait que les ions les plus rapides pénètrent plus profondément dans la région de
réflexion avant inversion de leur direction de déplacement.
Le détecteur 15 est un détecteur à micro-canaux de forme annulaire disposé du côté arrière du spectromètre. Il permet le passage en son centre des ions secondaires émis par la source 10 et provenant de l'espace d'accélération. L'arrivée des ions réfléchis sur le détecteur 15 provoque l'émission d'une impulsion
S1 constituant un signal d'arrivée.
Selon une caractéristique de la présente invention, un second détecteur 16 est placé à l'extrémité avant du spectromètre, derrière le miroir ionique 14, afin de recevoir les espèces ayant traversé le miroir sans être réfléchies et de fournir, en réponse,
un signal d'arrivée S2.
Lorsque le miroir 14 est activé, les espèces parvenant sur le détecteur 16 sont les espèces neutres qui ont pu apparattre par suite de la décomposition d'ions moléculaires pendant le vol, les
ions étant quant à eux réfléchis et reçus par le détecteur 15.
Lorsque le miroir 14 n'est pas activé, un fonctionnement du spectromètre de façon classique (vol direct sans réflexion) est possible. Il peut en particulier s'avérer utile de comparer les résultats obtenus d'une part, sous forme d'un spectre d'ions et d'un spectre d'espèces neutres lorsque le miroir 14 est activé, et, d'autre part, sous forme d'un spectre direct d'ions et
d'espèces neutres lorsque le miroir 14 n'est pas activé.
Ainsi, le spectromètre selon l'invention s'avère-t-il particulièrement avantageux puisqu'il combine une résolution en masse élevée, grâce à la réflexion par le miroir ionique, avec la possibilité de détection des neutres qui, dans certains cas, contribuent pour une part importante au "pic" moléculaire du spectre obtenu. A titre indicatif, en utilisation avec réflexion, une résolution en masse d'environ 2500 peut être obtenue, alors qu'en utilisation avec vol direct, cette résolution en masse
atteint seulement environ 600.
L'on notera que, dans l'exemple illustré, l'ensemble constitué par la source 10 d'ions secondaires, le miroir ionique 14, le premier détecteur 15 et le second détecteur 16 est de symétrie axiale par rapport à l'axe optique des ions. Il n'y a pas de déflexion ou de retour des ions selon un angle différent de
celui du trajet direct.
Bien que l'on ait envisagé ci-avant l'utilisation de fragments de fission de 252Cf pour la désorption des ions secondaires, celle-ci peut aussi être obtenue par un rayonnement laser dirigé sur la surface 10a ou par des ions d'une énergie de à 100 keV monochargés ou multichargés avec, dans ce dernier cas un état de charge pouvant être élevé (par exemple Jusqu'à +). Des atomes neutres peuvent aussi être utilisés pour la désorption par impact sur la surface 10a. Enfin, des ions avec une énergie de plusieurs MeV (par exemple Jusqu'à 100 MeV ou plus), tels que ceux délivrés par un accélérateur de particules (cyclotron tandem, etc) peuvent créer également la désorption
d'ions secondaires.
Bien entendu, d'autres modifications ou adjonctions pourront être apportées au mode de réalisation décrit ci-avant d'un speetromètre selon l'invention sans pour cela sortir du cadre
de protection défini par les revendications annexées.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Spectromètre de masse à temps de vol comportant une source d'ions (10), un miroir ionique (14) recevant des ions issus de la souce et un détecteur (15) disposé de manière à recevoir les ions réfléchis par le miroir, caractérisé en ce qu'un second détecteur (16) est disposé derrière le miroir ionique (14) pour permettre notamment d'obtenir à la fois un spectre des ions réfléchis par le miroir et reçus par le premier détecteur (15) et un spectre d'espèces neutres éventuellement apparues pendant le vol et reçues par le second
détecteur (16).
2. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source (10)Y, le miroir ionique (14), le premier détecteur (15) et le second détecteur (16) forment un ensemble de
symétrie axiale.
3. Spectromètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier détecteur (15) est de forme annulaire pour
laisser un passage central aux ions issus de la source (10).
4. Spectromètre selon l'un quelconque des revendications 1
à 3, caractérisé en ce que la source d'ions (10) est constituée par une surface métallique sur laquelle est formée un dépôt d'o
les ions sont extraits par désorption.
5. Spectromètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que la désorption est provoquée par l'impact d'un fragment de
fission d'une source primaire radio-active (11).
6. Spectromètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que la désorption est provoquée par des ions d'énergie comprise
entre 0,01 MeV et 100 MeV et d'état de charge élevé.
7. Spectromètre selon la revendication 4, caractérisé en
ce que la désorption est provoquée par un rayonnement laser.
8. Spectromètre selon la revendication 4, caractérisé en
ce que la désorption est provoquée par impact d'atomes neutres.
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