FR2722610A1

FR2722610A1 - ACTIVE MAGNETIC HOLDER FOR CORRECTION OF ABERRATIONS IN A MASS SPECTROMETER

Info

Publication number: FR2722610A1
Application number: FR9408633A
Authority: FR
Inventors: Chambost Emmanuel De; Bernard Rasser
Original assignee: Cameca SAS
Current assignee: Cameca SAS
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: FR2722610B1; EP0692812A1; JPH0845469A

Abstract

La cale magnétique active selon l'invention est destinée à la correction des aberrations dans un spectromètre de masse comportant un dispositif de déviation de particules électriquement chargées formé par un aimant (1) à entrefer (2). Elle est formée par un ensemble de noyaux magnétiques (N1 a ...N4b ) disposés à au moins une extrémité de l'aimant de part et d'autre de l'entrefer (2) pour moduler le champ magnétique de l'aimant. Chaque noyau magnétique est excité par un conducteur (B1 ...B4 ) parcouru par un courant d'intensité déterminée pour que les champs magnétiques produits annulent les aberrations du spectromètre à la sortie de l'aimant (1).Application : spectromètre de masse à simple ou double focalisation.The active magnetic wedge according to the invention is intended for correcting aberrations in a mass spectrometer comprising a device for deflecting electrically charged particles formed by a magnet (1) with an air gap (2). It is formed by a set of magnetic cores (N1 a...N4b ) arranged at at least one end of the magnet on either side of the air gap (2) to modulate the magnetic field of the magnet. Each magnetic core is excited by a conductor (B1...B4) through which flows a current of determined intensity so that the magnetic fields produced cancel out the aberrations of the spectrometer at the output of the magnet (1).Application: mass spectrometer single or dual focus.

Description

La présente invention concerne une cale magnétique active pourThe present invention relates to an active magnetic shim for

la correction des aberrations dans un spectromètre de masse. correction of aberrations in a mass spectrometer.

Elle s'applique notamment à la correction des aberrations dans les spectromètres de masse à simple ou double focalisation Dans son principe un spectromètre de masse à simple focalisation utilise la propriété qu'a le champ magnétique de dévier la trajectoire de particules électriquement chargées dans un plan It applies in particular to the correction of aberrations in single or double focusing mass spectrometers In principle a single focusing mass spectrometer uses the property that the magnetic field has of deviating the trajectory of electrically charged particles in a plane

perpendiculaire à sa direction.perpendicular to its direction.

Cette déviation a lieu suivant un rayon de courbure rm défini par la relation: mv 1 2_V (1) r =-=- (1) m qB BV q mBq dans laquelle B est le champ magnétique m est la masse de la particule v est la vitesse de la particule V est la tension d'accélaration de la particule et This deviation takes place along a radius of curvature rm defined by the relation: mv 1 2_V (1) r = - = - (1) m qB BV q mBq in which B is the magnetic field m is the mass of the particle v is the speed of the particle V is the acceleration voltage of the particle and

q est la charge électrique de la particule. q is the electric charge of the particle.

De tels spectromètres sont notamment décrits dans le livre de John Roboz, publié par John Wiley & sons, New York 1968 ayant pour titre "Introduction to mass spectrometry". Dans ces spectromètres différents moyens sont utilisés pour ioniser les particules à analyser, mais comme il Such spectrometers are notably described in the book by John Roboz, published by John Wiley & sons, New York 1968, entitled "Introduction to mass spectrometry". In these spectrometers different means are used to ionize the particles to be analyzed, but as it

n'existe qu'un petit nombre de valeurs possibles pour la charge q de celles- there are only a small number of possible values for the charge q of these

ci, qui peuvent aller jusqu'à 2 à 4 fois la charge de l'électron et que le potentiel d'accélération V utilisé est identique pour toutes les particules, le rayon de courbure rm dépend essentiellement du champ magnétique appliqué et de la masse de la particule. Le champ magnétique est produit par un aimant et les masses sont analysées dans un plan situé en aval de celui-ci. Si Ox désigne la direction de l'axe du faisceau pour une masse de valeur déterminée m, Oy désigne la direction normale à l'axe du faisceau dans le plan de la trajectoire et Oz désigne la direction du champ magnétique, le coefficient de dispersion en masse est mesuré dans la direction y par la relation: K =y (2) m cd* m Dans le plan de détection, soit Dm la largeur de la partie d'un faisceau qui contient uniquement les ions d'une masse déterminée m. La résolution en masse Rm est définie par l'inverse de l'écart de masse relatif qui peut être effectivement séparé. La résolution en masse est définie par la relation: K., ci, which can go up to 2 to 4 times the charge of the electron and that the acceleration potential V used is identical for all the particles, the radius of curvature rm depends essentially on the applied magnetic field and the mass of the particle. The magnetic field is produced by a magnet and the masses are analyzed in a plane located downstream of it. If Ox indicates the direction of the axis of the beam for a mass of determined value m, Oy indicates the direction normal to the axis of the beam in the plane of the trajectory and Oz indicates the direction of the magnetic field, the coefficient of dispersion in mass is measured in the y direction by the relation: K = y (2) m cd * m In the detection plane, let Dm be the width of the part of a beam which contains only the ions of a determined mass m. The mass resolution Rm is defined by the inverse of the relative mass difference which can be effectively separated. The mass resolution is defined by the relation: K.,

R =- (3)R = - (3)

m DM Pour obtenir une résolution en masse la meilleure possible, il faut soit augmenter le coefficient de dispersion en masse Km soit diminuer la largeur Dm du faisceau. Comme le coefficient Km est directement proportionnel au rayon de courbure rm, Rm peut être amélioré en augmentant le rayon de l'aimant mais ceci peut conduire à des coûts de réalisation importants. Aussi la diminution de la largeur Dm, est souvent obtenue par un système optique de particules chargées qui focalise le faisceau sur le plan de détection. Cependant cette dernière solution impose de conformer l'aimant de façon que les aberrations du système optique ainsi m DM To obtain the best possible mass resolution, either increase the mass dispersion coefficient Km or reduce the beam width Dm. As the coefficient Km is directly proportional to the radius of curvature rm, Rm can be improved by increasing the radius of the magnet but this can lead to significant production costs. Also the reduction in the width Dm is often obtained by an optical system of charged particles which focuses the beam on the detection plane. However, this latter solution requires conforming the magnet so that the aberrations of the optical system thus

réalisé soient les plus petites possibles. made as small as possible.

D'autre part, comme l'indique la relation (1), le champ magnétique de l'aimant disperse aussi les trajectoires des particules électrisées selon leur énergie. Or dans certaines applications, la dispersion en énergie des ions n'est pas négligeable et peut être de nature à produire une aberration chromatique, proportionnelle à la dispersion en énergie. L'aberration chromatique qui est ainsi produite accroît la largeur Dm du faisceau et diminue alors la résolution en masse. Ceci se produit notamment pour les ions générés dans les spectromètres de masse d'ion secondaire de type SIMS décrits par exemple dans le livre de A. Benninghoven et ai intitulé "Secondary Ion Mass Spectrometry" publié par John Wiley, Chemical On the other hand, as indicated by equation (1), the magnetic field of the magnet also disperses the trajectories of the electrified particles according to their energy. However, in certain applications, the energy dispersion of the ions is not negligible and may be such as to produce a chromatic aberration, proportional to the energy dispersion. The chromatic aberration which is thus produced increases the width Dm of the beam and then decreases the mass resolution. This occurs in particular for the ions generated in the secondary ion mass spectrometers of the SIMS type described for example in the book by A. Benninghoven and ai entitled "Secondary Ion Mass Spectrometry" published by John Wiley, Chemical

Analysis Vol. 86. o la dispersion en énergie des ions peut atteindre 20 eV. Analysis Vol. 86. o the energy dispersion of the ions can reach 20 eV.

Pour rendre un spectromètre de masse achromatique, il est connu d'utiliser un système optique à double focalisation. Ceci est obtenu en disposant sur le trajet des ions, avant ou après l'aimant, un champ électrique E qui imprime aux trajectoires ioniques un rayon de courbure R tel que: To make an achromatic mass spectrometer, it is known to use a double focusing optical system. This is obtained by arranging on the path of the ions, before or after the magnet, an electric field E which prints on the ion trajectories a radius of curvature R such that:

R2V (4)R2V (4)

E- de la façon qui est décrite par exemple dans le livre de P. Grivet ayant pour E- in the manner which is described for example in the book by P. Grivet having for

titre "electron Optics" publié par Pergamon-Press Oxford, 1972. title "electron Optics" published by Pergamon-Press Oxford, 1972.

Le dispositif créant le champ électrique est un secteur délimité par deux plaques électrostatiques qui épousent le rayon de courbure des trajectoires. Il découle de la relation (4) que le secteur électrostatique crée une dispersion en énergie et non en masse. Cette particularité permet dans les spectromètres de masse à double focalisation d'annuler la dispersion en énergie et donc l'aberration chromatique tout en conservant la dispersion en masse de l'aimant. Pour obtenir des dispersions en énergie respectives du secteur électrostatique et de l'aimant de signe contraire, il est également connu d'insérer une lentille entre les deux secteurs magnétique et électrostatique. Un tel dispositif est décrit aux pages 594-606 du livre de M A. Benninghoven déjà cité. Des perfectionnements à ce principe sont également connus de l'article de M.E. de Chambost & al ayant pour titre The device creating the electric field is a sector delimited by two electrostatic plates which follow the radius of curvature of the trajectories. It follows from relation (4) that the electrostatic sector creates a dispersion in energy and not in mass. This feature allows mass spectrometers with double focus to cancel the energy dispersion and therefore chromatic aberration while retaining the mass dispersion of the magnet. To obtain respective energy dispersions of the electrostatic sector and of the magnet of opposite sign, it is also known to insert a lens between the two magnetic and electrostatic sectors. Such a device is described on pages 594-606 of the book by M A. Benninghoven already cited. Improvements to this principle are also known from the article by M.E. de Chambost & al having for title

The Cameca IMS 1270, a description of the secondary ion optical system" The Cameca IMS 1270, a description of the secondary ion optical system "

publié lors de la 8ème conférence internationale sur les spectromètres de published at the 8th international conference on spectrometers

masse SIM VIII par John Wiley & sons 1992. mass SIM VIII by John Wiley & sons 1992.

Comme cela est décrit dans l'article de H.A Enge ayant pour titre "Deflecting Magnet" dans le volume Il de la publication "Focusing of charged particles" éditée par Septier Academic-Press, New-York 1967 page 203, les difficultés rencontrées viennent du fait que les prismes magnétiques ou secteurs utilisés dans les spectromètres ont des propriétés de focalisation qui ne sont pas les mêmes selon toutes les directions du plan de focalisation du faisceau. Généralement un aimant à face droite, possède la propriété de focalisation suivant une première direction d'axe OY de son plan de focalisation qui est parallèle au grand axe de l'entrefer de l'aimant mais ne focalise absolument pas selon une deuxième direction Oz qui lui est perpendiculaire. Cependant, comme l'indique l'article de H.A Enge un effet de focalisation selon l'axe Oz peut malgré tout être obtenu en inclinant les faces de l'aimant. Ceci peut être fort intéressant, car lorsque le faisceau n'est pas refocalisé dans la deuxième direction Oz, I'angle d'ouverture du faisceau en Z est limité, soit matériellement par les pièces polaires de l'aimant, soit par les aberrations rapportées au niveau du plan de détection qui augmentent la largeur du faisceau Dm. Il est toujours possible de limiter ces aberrations par un diaphragme, mais ceci diminue d'autant le signal détecté. Une inclinaison des faces proches de 27 est fréquemment utilisée, car elle permet de rendre à peu près égales les convergences dans les deux directions Oy et Oz. La distance focale fm équivalente est alors de l'ordre de 2 fois le rayon de courbure des trajectoires. Il est classique d'écrire qu'à la sortie du système optique formé par l'aimant d'un spectromètre, I'écart de convergence Ys sur l'axe Oy est une fonction des paramètres d'entrée Yi, Y'i, Zi, Z'i, M et- V o le signe' indique qu'il s'agit d'une dérivée. M V Cette relation permet, en développant les coefficients du développement de Ys au deuxième et troisième ordre, d'apprécier les principales propriétés de l'aimant et notamment la résolution en masse. En effet, le faisceau à l'entrée de l'aimant est caractérisé par sa section définie par AYi AZi et par son ouverture AY'i AZi. Le produit de ces 4 termes, qui sont généralement déterminés par des fentes ou diaphragmes, définit ce qui As described in the article by HA Enge entitled "Deflecting Magnet" in volume II of the publication "Focusing of charged particles" published by Septier Academic-Press, New-York 1967 page 203, the difficulties encountered come from the fact that the magnetic prisms or sectors used in the spectrometers have focusing properties which are not the same in all the directions of the beam focusing plane. Generally a magnet with a straight face, has the property of focusing along a first direction of axis OY of its plane of focus which is parallel to the major axis of the air gap of the magnet but absolutely does not focus in a second direction Oz which is perpendicular to it. However, as the article by H.A Enge indicates, a focusing effect along the Oz axis can still be obtained by tilting the faces of the magnet. This can be very interesting, because when the beam is not refocused in the second direction Oz, the opening angle of the beam in Z is limited, either materially by the pole pieces of the magnet, or by the reported aberrations at the level of the detection plane which increases the width of the beam Dm. It is always possible to limit these aberrations by a diaphragm, but this decreases the detected signal accordingly. An inclination of the faces close to 27 is frequently used, because it makes the convergences in the two directions Oy and Oz roughly equal. The equivalent focal length fm is then of the order of 2 times the radius of curvature of the trajectories. It is conventional to write that at the end of the optical system formed by the magnet of a spectrometer, the convergence deviation Ys on the axis Oy is a function of the input parameters Yi, Y'i, Zi , Z'i, M and- V o the sign 'indicates that it is a derivative. M V This relation allows, by developing the coefficients of the development of Ys in the second and third order, to appreciate the principal properties of the magnet and in particular the resolution in mass. Indeed, the beam at the entrance of the magnet is characterized by its section defined by AYi AZi and by its opening AY'i AZi. The product of these 4 terms, which are generally determined by slits or diaphragms, defines what

est appelé "'acceptance du système optique". is called "acceptance of the optical system".

En sortie de l'aimant, la largeur du faisceau Dm se trouve être la somme d'une partie Gaussienne, proportionnelle à Ayi, et d'une partie aberrative qui est d'autant plus importante que les ouvertures AY'i et AZi sont importantes. Ceci peut être résumé par la relation: At the output of the magnet, the width of the beam Dm is found to be the sum of a Gaussian part, proportional to Ayi, and an aberrative part which is all the more important as the openings AY'i and AZi are important . This can be summarized by the relation:

D. G AYD. G AY

+KAY'2 +K,,'I2+ KAY'2 + K ,, 'I2

y y zzy y zz

AV"2 (5)AV "2 (5)

V( V) Y,o +Kyyy '3 Dans la relation (5), ne sont écrits que les termes qui, dans la pratique sont prépondérants, mais formellement, il existe bien d'autres termes possibles, par exemple, des termes en Kyy Y2i, Kzz Z2i. Mais pour une masse de valeur déterminée M il est clair qu'il n'existe pas de termes en M M Ce qui précède montre que l'aimant d'un spectromètre à haute résolution doit être dessiné de façon à rendre le plus petit possible les coefficients d'aberration Kyy, Kzz, etc. Naturellement la relation (6) V (V) Y, o + Kyyy '3 In relation (5), only the terms are written which, in practice are preponderant, but formally, there are many other possible terms, for example, terms in Kyy Y2i, Kzz Z2i. But for a mass of determined value M it is clear that there are no terms in MM. The above shows that the magnet of a high resolution spectrometer must be drawn so as to make the coefficients as small as possible. of aberration Kyy, Kzz, etc. Naturally the relation (6)

s'applique aussi bien à des spectromètres à simple ou double focalisation. applies to both single and double focus spectrometers.

Mais pour les spectromètres à double focalisation, les différents coefficients d'aberration ne dépendent plus que du seul aimant, mais de tous les éléments qui constituent le spectromètre, (secteur électrostatique, lentille et But for double focusing spectrometers, the different aberration coefficients no longer depend only on the single magnet, but on all the elements which constitute the spectrometer, (electrostatic sector, lens and

aimant principalement).mainly loving).

La correction de ces aberrations est classiquement obtenue The correction of these aberrations is conventionally obtained

suivant trois méthodes différentes. using three different methods.

Une première méthode consiste à usiner de manière appropriée les faces d'entrée et de sortie des pôles de l'aimant pour annuler les termes du deuxième et troisième ordre. Des exemples illustrant ce procédé sont par exemple décrits dans l'article de H. Matsuda, dans Int. J. Mass Spect Ion Phys, 14,219 (1974) ayant pour titre "Double focusing Mass Spectrometers of second order" et dans l'article de H. Nakabushi, T. Sakurai, H. Matsuda publié dans Inst. Joumrn. of Mass spectr & Ion Proc 63 (1985) 83-99 ayant pour titre "Effect of a cubic-curve boundaries on ion Optical properties of magnetic sector fields". Une variante de cette méthode consiste à fixer aux extrémités de l'aimant des cales démontables pour permettre une retouche A first method consists in appropriately machining the input and output faces of the poles of the magnet to cancel the terms of the second and third order. Examples illustrating this process are for example described in the article by H. Matsuda, in Int. J. Mass Spect Ion Phys, 14,219 (1974) entitled "Double focusing Mass Spectrometers of second order" and in the article by H. Nakabushi, T. Sakurai, H. Matsuda published in Inst. Joumrn. of Mass spectr & Ion Proc 63 (1985) 83-99 entitled "Effect of a cubic-curve boundaries on ion Optical properties of magnetic sector fields". A variant of this method consists in fixing removable ends to the ends of the magnet to allow retouching.

aisée des faces d'entrée et de sortie ainsi constituées de l'aimant. easy entry and exit faces thus formed of the magnet.

Une deuxième méthode consiste à introduire sur le chemin optique des multipoles (quadrupoles, hexapoles, octopoles...) qui présentent une symétrie angulaire sur les parcours des particules. En polarisant alternativement par des tensions +V, -V, +V les pôles des multipoles, cette méthode permet de créer des termes ajustables du 2ème ordre. Cette méthode avec des hexapoles est utilisée par exemple dans le A second method consists in introducing on the optical path multipoles (quadrupoles, hexapoles, octopoles ...) which have an angular symmetry on the paths of the particles. By alternately polarizing the poles of the multipoles with voltages + V, -V, + V, this method allows the creation of 2nd order adjustable terms. This method with hexapoles is used for example in the

spectromètre de masse IMS 1270 commercialisé par la demanderesse. IMS 1270 mass spectrometer sold by the applicant.

Enfin une troisième méthode consiste à moduler le champ de l'aimant B(v) en disposant sur toute la surface des pièces polaires des lignes de courant concentriques à la trajectoire principale des particules. Une telle méthode est par exemple décrite dans l'article de J. Camplan R. Meunier ayant pour titre "design and use pole face correction coils" publié par Finally, a third method consists in modulating the field of the magnet B (v) by arranging on the entire surface of the pole pieces current lines concentric with the main trajectory of the particles. Such a method is for example described in the article by J. Camplan R. Meunier entitled "design and use pole face correction coils" published by

Nulcear Instruments and Methods, 186 (1981) 445-452. Nulcear Instruments and Methods, 186 (1981) 445-452.

L'inconvénient de la première méthode qui prévoit d'effectuer des usinages des faces d'entrée et de sortie des pôles de l'aimant, est qu'elle ne The disadvantage of the first method which envisages carrying out machining of the faces of entry and exit of the poles of the magnet, is that it does not

peut se prêter à une correction interactive des aberrations. can lend itself to an interactive correction of aberrations.

Les multipoles à symétrie angulaire utilisés dans la deuxième méthode présentent l'inconvénient de générer plusieurs aberrations simultanément, si bien que la compensation d'une aberration peut toujours en ajouter une ou plusieurs. Ainsi un hexapole est tout à fait efficace pour compenser des aberrations du 2ème ordre mais il génère à la fois sur l'axe The multipoles with angular symmetry used in the second method have the disadvantage of generating several aberrations simultaneously, so that the compensation for an aberration can always add one or more. Thus a hexapole is quite effective in compensating for 2nd order aberrations but it generates both on the axis

OY une aberration de la forme K* Y'2 et une aberration de la forme -K Z'2. OY an aberration of the form K * Y'2 and an aberration of the form -K Z'2.

De la même façon, un octopole polarisé alternativement + V, -V, + V, -V.. . génère toujours sur l'axe OY à la fois une aberration K* Y'3 et une aberration -3K*Y'Z'2. La troisième méthode présente l'avantage de générer de façon dominante une aberration du 2ème ordre K2*Y'2 et une aberration du 3ème ordre du type K3*Y3.... Kn*Y'n. Elle offre également une possibilité de réglage interactif. Cependant sa mise en oeuvre est compliquée car il faut réaliser des circuits imprimés de tailles très importantes, de plus cette méthode s'applique difficilement à des aimants déjà réalisés car il faudrait introduire le circuit imprimé dans l'entrefer qui est normalement pleinement In the same way, an octopoly alternately polarized + V, -V, + V, -V ... always generates on the OY axis both an aberration K * Y'3 and an aberration -3K * Y'Z'2. The third method has the advantage of dominantly generating a 2nd order aberration K2 * Y'2 and a 3rd order aberration of the type K3 * Y3 .... Kn * Y'n. It also offers the possibility of interactive adjustment. However its implementation is complicated because it is necessary to produce printed circuits of very large sizes, moreover this method is difficult to apply to magnets already produced because it would be necessary to introduce the printed circuit into the air gap which is normally fully

rempli par le tube sous vide parcouru par le faisceau. filled by the vacuum tube traversed by the beam.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.

A cet effet, I'invention a pour objet une cale magnétique active pour la correction des aberrations dans un spectromètre de masse comportant un dispositif de déviation de particules électriquement chargées formé par un aimant à entrefer, caractérisé en ce qu'elle est formée par un ensemble de noyaux magnétiques (N1la...N4b) disposés à au moins une extrémité de l'aimant de part et d'autre de l'entrefer pour moduler le champ magnétique de l'aimant, chaque noyau magnétique étant excité par un conducteur (B1...B4) parcouru par un courant d'intensité déterminée (11 -14) pour que les champs magnétiques produits annulent les aberrations du To this end, the invention relates to an active magnetic shim for the correction of aberrations in a mass spectrometer comprising a device for deflecting electrically charged particles formed by a gap magnet, characterized in that it is formed by a set of magnetic cores (N1la ... N4b) arranged at at least one end of the magnet on either side of the air gap to modulate the magnetic field of the magnet, each magnetic core being excited by a conductor ( B1 ... B4) traversed by a current of determined intensity (11 -14) so that the magnetic fields produced cancel the aberrations of the

spectromètre à la sortie de l'aimant. spectrometer at the exit of the magnet.

L'invention a pour avantage qu'elle permet d'appliquer indifféremment les corrections à l'entrée ou à la sortie de l'aimant. En effet, dans un spectromètre à double focalisation, les trajectoires sont dispersées en énergie avant l'aimant et en masse après l'aimant. Selon que l'on veut générer avec les corrections d'aberration géométriques des corrections d'aberrations chromatiques ou des corrections d'aberrations en masse, The invention has the advantage that it makes it possible to apply the corrections to the input or to the output of the magnet interchangeably. Indeed, in a double focusing spectrometer, the trajectories are dispersed in energy before the magnet and in mass after the magnet. Depending on whether we want to generate with the geometric aberration corrections chromatic aberration corrections or mass aberration corrections,

alors, il faudra introduire une cale active à l'entrée de l'aimant ou à sa sortie. then, it will be necessary to introduce an active wedge at the entry of the magnet or at its exit.

Elle permet aussi d'appliquer les corrections également à l'entrée et à la sortie de l'aimant pour générer par exemple des aberrations du 2ème et 3ème ordre du type K2 * y2 et K3 * Y3. comme cela peut aussi être obtenu It also makes it possible to apply the corrections also to the input and to the output of the magnet to generate for example 2nd and 3rd order aberrations of the type K2 * y2 and K3 * Y3. as can also be obtained

en utilisant la troisième méthode décrite précédemment. using the third method described above.

Ainsi, si le spectromètre est utilisé en multicollection, comme peut l'être celui commercialisé sous la désignation IMS 1270 de la Demanderesse, une cale active selon l'invention disposée en sortie de l'aimant et correctement excitée pour générer des termes du second ordre, pourra être utilisée pour régler l'orientation du plan de focalisation des masses alors qu'une cale active disposée en entrée de l'aimant sera commandée pour compenser les aberrations du second ordre générées par la cale de sortie. Si le même spectromètre est utilisé en monocollection, pour une masse unique, la cale active d'entrée peut être excitée pour générer des termes du troisième ordre et être ainsi dédiée à la correction des aberrations en énergie, alors que la cale de sortie, pourra corriger les aberrations Thus, if the spectrometer is used in multicollection, as may be the one marketed under the designation IMS 1270 by the Applicant, an active wedge according to the invention disposed at the output of the magnet and correctly excited to generate second order terms , can be used to adjust the orientation of the mass focusing plane while an active shim placed at the input of the magnet will be controlled to compensate for second order aberrations generated by the output shim. If the same spectrometer is used in monocollection, for a single mass, the active input wedge can be excited to generate third order terms and thus be dedicated to the correction of energy aberrations, while the output wedge can correct the aberrations

d'ouverture sans affecter les aberrations en énergie. opening without affecting energy aberrations.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront Other characteristics and advantages of the invention will appear

dans la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui in the following description made with reference to the accompanying drawings which

représentent: La figure 1 une vue en coupe d'une cale active selon l'invention represent: Figure 1 a sectional view of an active wedge according to the invention

disposée à l'extrémité de l'aimant d'un spectromètre de masse. placed at the end of the magnet of a mass spectrometer.

La figure 2 une vue selon la coupe AA' de la cale active Figure 2 a view along section AA 'of the active hold

représentée à la figure 1.shown in Figure 1.

La figure 3 un schéma de principe qui montre la disposition de Figure 3 a block diagram which shows the arrangement of

cales actives sur une pièce polaire de l'aimant d'un spectromètre. active shims on a pole piece of the magnet of a spectrometer.

La figure 4 un dispositif pour la commande d'une cale active selon l'invention. La cale active selon l'invention qui est représentée à la figure 1 permet de modifier les propriétés optiques d'un aimant de spectromètre de masse en modulant le champ magnétique B établi à ses extrémités. La modulation du champ magnétique est obtenue en disposant à l'entrée et à la sortie de l'aimant une cale active composée d'une série de bobinages, disposés régulièrement le long des pièces polaires et en réglant les courants électriques passant dans les différentes bobines de façon à annuler ou à rendre minimum les différentes aberrations du sytème optique du spectromètre. La cale active qui est représentée à la figure 1 comporte, disposés symétriquement de chaque côté de l'axe z'Oz de l'aimant 1 d'un spectromètre et de part et d'autre de son entrefer 2, un ensemble de 12 petits noyaux de fer doux N1a, N2a, N3a, Nla, N-2a, N_3a, N1b, N2b, N3b, N-1 b, N-2b, N-3b et un ensemble de quatre gros noyaux de fer doux N_4a, N4a et N_4b, N4b. Sur chacun des noyaux sont disposés des bobinages B1, Figure 4 a device for controlling an active block according to the invention. The active wedge according to the invention which is shown in FIG. 1 makes it possible to modify the optical properties of a mass spectrometer magnet by modulating the magnetic field B established at its ends. The modulation of the magnetic field is obtained by placing at the input and at the output of the magnet an active shim composed of a series of coils, regularly arranged along the pole pieces and by regulating the electric currents passing through the different coils. so as to cancel or minimize the various aberrations of the spectrometer optical system. The active wedge which is represented in FIG. 1 comprises, arranged symmetrically on each side of the axis z'Oz of the magnet 1 of a spectrometer and on either side of its air gap 2, a set of 12 small soft iron nuclei N1a, N2a, N3a, Nla, N-2a, N_3a, N1b, N2b, N3b, N-1b, N-2b, N-3b and a set of four large soft iron nuclei N_4a, N4a and N_4b, N4b. On each of the cores are arranged coils B1,

B2...B4... parcourus par des courants I1, I2.... I 4... B2 ... B4 ... traversed by currents I1, I2 .... I 4 ...

Un bobinage BO supplémentaire parcouru par un courant 10 entoure l'ensemble des noyaux. Chaque paire de noyaux (Nia, Nib) placé en vis-àvis de part et d'autre de l'entrefer 2 est excitée par un même conducteur, bobiné sur les deux noyaux de façon à créer un champ magnétique dans le même sens. Par contre les bobinages BO et B'0 sont parcourus par des courants indépendants. Au total la commande de la cale An additional winding BO traversed by a current 10 surrounds all of the cores. Each pair of cores (Nia, Nib) placed opposite each other of the air gap 2 is excited by the same conductor, wound on the two cores so as to create a magnetic field in the same direction. On the other hand, the windings BO and B'0 are traversed by independent currents. In total the hold control

est assurée par 10 courants indépendants I1, I2, I3, I4, I-2, I-3, I-4, IO, ro0. is provided by 10 independent currents I1, I2, I3, I4, I-2, I-3, I-4, IO, ro0.

La disposition des bobinages sur les noyaux est réalisé de la manière The arrangement of the windings on the cores is carried out in the manner

représentée à la figure 2 par la vue en coupe suivant l'axe AA' de la figure 1. shown in Figure 2 by the sectional view along the axis AA 'of Figure 1.

Le montage de cales actives CA1 et CA2 aux extrémités de l'aimant 1 est The mounting of active wedges CA1 and CA2 at the ends of the magnet 1 is

effectué de la façon représentée à la figure 3. performed as shown in Figure 3.

Chacun des 10 courants indépendants Ii est contrôlé de la manière représentée à la figure 4 par une variable numérique Vi au travers d'un convertisseur numérique analogique 3 disposé entre un microprocesseur de commande 4 et un amplificateur tension/courant 5. Les variables numériques fournies par le microprocesseur 4 sont données par les combinaisons linéaire suivantes: V1 = k1 1 f1 + k12f2 + k13f3 V-1 =- kl 1 fl +k12 f2 k13f3 V2=3k21 fl +9k22f2 + 27 k 23f3 V-2 = -3k21 f1 +9k22 f2 -27k23 f3 V3= 5 k31 fl + 25 k32 f2 + 125 k33 f3 V-3 = - 5k31 fl + 25 k32 f2 - 125 k33 f3 V4 = 10 k41 fl + 100 k42 f2 + 1000 k43 f3 V-4 = -10 k41 fl + 100 k42 f2 1000 k43 f3 V= k ffo + kO fo V'o = ko fo - k'0 f'o Les coefficients k sont de l'ordre de grandeur de l'unité. Les fonctions f1, f2, f3, fo et f0 ont les significations suivantes: - la fonction fl est celle d'un stigmateur YZ. Elle est équivalente à un changement de l'angle des faces de l'aimant. Cette fonction agit sur les propriétés du premier ordre (focalisation en Y simultanément avec Each of the 10 independent currents Ii is controlled as shown in FIG. 4 by a digital variable Vi through a digital analog converter 3 disposed between a control microprocessor 4 and a voltage / current amplifier 5. The digital variables provided by microprocessor 4 are given by the following linear combinations: V1 = k1 1 f1 + k12f2 + k13f3 V-1 = - kl 1 fl + k12 f2 k13f3 V2 = 3k21 fl + 9k22f2 + 27 k 23f3 V-2 = -3k21 f1 + 9k22 f2 -27k23 f3 V3 = 5 k31 fl + 25 k32 f2 + 125 k33 f3 V-3 = - 5k31 fl + 25 k32 f2 - 125 k33 f3 V4 = 10 k41 fl + 100 k42 f2 + 1000 k43 f3 V-4 = -10 k41 fl + 100 k42 f2 1000 k43 f3 V = k ffo + kO fo V'o = ko fo - k'0 f'o The coefficients k are of the order of magnitude of the unit. The functions f1, f2, f3, fo and f0 have the following meanings: - the function fl is that of a stigmator YZ. It is equivalent to a change in the angle of the faces of the magnet. This function acts on the properties of the first order (focusing in Y simultaneously with

défocalisation opposée en Z).opposite defocus in Z).

- f2 agit sur l'aberration du deuxième ordre Ky, y, Y'2 - f3 agit sur l'aberration du troisième ordre Ky, y, y, Y'3 s -f0 est équivalent à un recul ou une avancée de la face de l'aimant. La fonction f0 est celle d'un stigmateur à 45 . Naturellement d'autres variantes d'exécution de l'invention sont également possibles en modifiant par exemple le nombre des noyaux de fer doux et leur position de part et d'autre de l'entrefer que la cale magnétique ainsi réalisée soit amovible ou non aux extrémités de l'aimant. Egalement on peut concevoir dans certaines réalisations qu'une seule cale placée à une seule extrémité - f2 acts on the second order aberration Ky, y, Y'2 - f3 acts on the third order aberration Ky, y, y, Y'3 s -f0 is equivalent to a recoil or an advance of the face of the magnet. The function f0 is that of a stigmator at 45. Naturally other alternative embodiments of the invention are also possible by modifying for example the number of the soft iron cores and their position on either side of the air gap whether the magnetic wedge thus produced is removable or not from the ends of the magnet. It is also conceivable in certain embodiments that a single wedge placed at one end

de l'aimant (1) est suffisante pour corriger de façon efficace les aberrations. of the magnet (1) is sufficient to effectively correct the aberrations.

Claims

1. Active magnetic shim for the correction of aberrations in a mass spectrometer comprising a device for deflecting electrically charged particles formed by a magnet (1) with air gap (2), characterized in that it is formed by a set of cores magnetic (N1la ... N4b) arranged at at least one end of the magnet on either side of the air gap (2) to modulate the magnetic field of the magnet, each magnetic core being excited by a conductor ( B1 ... B4) traversed by a current of determined intensity (11 - 14) so that the magnetic fields produced cancel the aberrations of the spectrometer at the output

of the magnet (1).

2. Magnetic block according to claim 1, characterized in that the magnetic cores are grouped in pairs and are excited by coils traversed by the same current, the cores of a pair being

placed vis-à-vis on either side of the air gap (2).

3. Magnetic block according to any one of claims 1

and 2, characterized in that the set of magnetic cores is arranged symmetrically on either side of the axis of symmetry (z'0z) of the magnet parallel to the main direction of the magnetic field B created in

the air gap (1).

4. Magnetic block according to claim 3, characterized in that the set of magnetic cores comprises a first set of large cores (N_4a ... N4ab) arranged inside and on either side of the

first set of small nuclei (Nla ... N-3b).

5. Magnetic block according to any one of claims 2

to 4, characterized in that it comprises a first winding (B0) and a second winding (BO0) additional surrounding all of the cores

and arranged respectively on either side of the air gap (2).

6. Magnetic block according to claims 4 and 5 characterized in

that the first set of large nuclei consists of 4 nuclei and in

that the second set of small nuclei consists of 12 nuclei.

7. Magnetic block according to any one of claims 1

to 6, characterized in that the conductors of the coils are excited by a current which is the linear combination of a function f1 of stigmator (Y,

2722610 ....

Z), of a function f2 representative of a second order aberration, of a function f3 representative of a 3rd order aberration and of a

fO function of stigmator at 45.