HU201409B

HU201409B - Device for direct measuring of output ion current of gas chromatographic apparatus (gc/ms) containing quadrupole mass spectrometer

Info

Publication number: HU201409B
Application number: HU446388A
Authority: HU
Inventors: Gyoergy Hars; Andras Blazsek; Janos Giber; Lajos Bori; Bela Illes; Gyoergy Goldgruber
Original assignee: Budapesti Mueszaki Egyetem
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-10-28

Abstract

A találmány tárgya berendezés kvadrupol tömegspektrométert tartalmazó gázkromatográfiás készülék (GC/MS) kimenő ionáramának közvetlen mérésére. A berendezés működéséhez vákuum szükséges, amelynek előállítására vákuumszivattyú (9) szolgál, az ionáramot mérő berendezés maga pedig vákuumkamrában (3) helyezkedik el. A kvadrupol tömegspektrométerre (1) ionforrás (7) van felszerelve. Az ionforrásba (7) kapilláris (12) van bevezetve. Az ionforrásban (7) keletkező ionokat a kvadrupol tömegspektrométer (1) megszűri, és egy kiválasztott specifikus tömegű ion által reprezentált áram a Farady serlegbe (2) kerül. A találmány szerinti Farady serleg (2) különleges kialakítású. Kívülről árnyékoló henger (10) veszi körül a kóbor ionok távoltartására, belső felülete pedig szemcseszórási technológiával érdesítve van a szekunder emissziós veszteség minimalizálására. A leírt kivitelű szerkezettel ezrelékes pontosságú árammérés valósítható meg. (1. ábra). A leírás terjedelme: 4 oldal, 1 ábra -1-FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for direct measurement of the outgoing ion current of a gas chromatography apparatus (GC / MS) comprising a quadrupole mass spectrometer. A vacuum pump (9) is required for the operation of the apparatus, and the ion current measuring device itself is located in a vacuum chamber (3). The quadrupole mass spectrometer (1) is equipped with an ion source (7). A capillary (12) is introduced into the ion source (7). The ions generated in the ion source (7) are filtered by the quadrupole mass spectrometer (1) and the current represented by a selected specific mass ion is fed into the Farady goblet (2). The Farady Goblet (2) according to the invention has a special design. Outside, a shading roller (10) surrounds the stray ions for retention, and its internal surface is roughened by blasting technology to minimize secondary emission loss. With the described design structure, one thousandth accuracy of current measurement can be realized. (Figure 1). Scope of the description: 4 pages, Figure 1 -1-

Description

A találmány tárgya berendezés kvadrupol tömegspektrométert tartalmazó gázkromatográfiás készülék (GC/MS) kimenő ionáramának közvetlen mérésére.The present invention relates to an apparatus for directly measuring the output ion flow of a gas chromatography apparatus (GC / MS) containing a quadrupole mass spectrometer.

A gázkromatográfiás méréstechnika a vegyészeti analitikában régóta alkalmazott eljárás valamely vegyileg inhomogén minta vegyileg homogén szerves komponensekre történő szétválasztására. A gázkromatográf kimenetén kilépő szeparált szerves komponenseket számos különféle elven működő detektorral érzékelik, amelyek azonban csak azt jelzik, hogy valamely komponens kilépett a kromatográfból de a kilépő komponensek azonosítását nem teszik lehetővé. Ha a kromatográf kimenetére detektorként a találmány címében említett kvadrupol tömegspektrométert helyezzük akkor a kilépő homogén szerves komponensek jellegzetes tömegcsúcsaik alapján azonosíthatók. Összefoglalóan, tehát elmondhatjuk, hogy a találmány címében említett GC/MS berendezés gázkromatográf (GC) része a szerves komponensek szétválasztását, a szétválasztott komponensek azonosítását a tömegspektrométer (MS) végzi. A címben említett kvadrupol tömegspektrométer kimenetén megjelenő ionáram lényegileg egy vákuumban történő töltésmozgás által reprezentált áram megmérése a feladat. Az ilyen áramok megmérésére a méréstechnikában alapvetően kétfajta módszer ismeretes. Az egyik módszer az úgynevezett elektronsokszorozó használata a másik az úgynevezett Faraday serleg alkalmazása. A Faraday serleget egyes források Faraday kalitka névvel illetik. Az elektronsokszorozó igen kényes és drága szerkezet és használata folyamán az idő függvényében változnak paraméterei. Ez a degradálódási folyamat utóbb az eszköz tönkremeneteléhez vezet. Használata csak ott indokolt ahol a mérendő áram igen kicsi hozzávetőleg a pikoamperes tartományban és ez alatt. Olcsóbb megbízhatóbb és időben nem változó paraméterű eszköz a Faraday serleg. Ilyen iondetektáló eszközt alkalmaz a HU 173363 számú szabadalmi lírás is. A fenti számú leírásban a Faraday kalitka névvel illetett eszköz működési elvét tekintve azonos a jelen találmányi bejelentésben tárgyalt Faraday serleggel, csupán ennél kevésbé igényes és kevésbé pontos mérést lehetővé tevő változata. A mérési hiba egy egyszerű Faraday kalitkás kialakításnál alapvetően két forrásból származhat. Egy felől a vákuumtérben található töltött részecskék kívülről elérhetik a Faraday kalitka felületét és így látszólagos áramnövekedést okoznak. Másfelől a Faraday kalitkában a beeső mérendő töltött részecskék hatására szekunder emisszió útján létrejövő elektronok a Faraday kalitkából annak nyílásán kilépve látszólagos áramnövekedést eredményeznek. (Azért a növekedést mert negatív elektronok eltávozása pozitív áramot jelent.Gas chromatography measuring technique is a long-established method of separating a chemically inhomogeneous sample into chemically homogeneous organic components. Separate organic components that exit at the outlet of the gas chromatograph are detected by a variety of detectors operating on a variety of principles, which however only indicate that a component has left the chromatograph but does not allow the identification of the exit components. By placing the quadrupole mass spectrometer referred to in the title of the invention as a detector at the outlet of the chromatograph, the homogeneous organic components leaving can be identified by their characteristic mass peaks. In summary, it can be said that the gas chromatograph (GC) part of the GC / MS apparatus mentioned in the title of the invention separates the organic components and identifies the separated components by means of a mass spectrometer (MS). The ion current at the output of the quadrupole mass spectrometer mentioned in the title is essentially the measurement of the current represented by a charge movement in a vacuum. There are basically two methods for measuring such currents in measuring technology. One method is to use the so-called electron multiplier and the other is the so-called Faraday goblet. The Faraday goblet is known as the Faraday cage by some sources. The electron multiplier is a very delicate and expensive structure and its parameters change over time as it is used. This degradation process eventually leads to device failure. It is only used where the current to be measured is very small in and around the pico-ampere range. The Faraday goblet is a cheaper, more reliable device that does not change over time. Such an ion-detecting device is also used in patent application HU 173363. In the foregoing description, the Faraday cage device has the same functional principle as the Faraday bucket discussed in the present application, except for a less demanding and less accurate measurement. The measurement error for a simple Faraday cage design can basically come from two sources. On the one hand, the charged particles in the vacuum space can reach the surface of the Faraday cage from the outside, causing an apparent increase in current. On the other hand, in the Faraday cage, electrons generated by the incident emission of charged particles by secondary emission leave the Faraday cage at its aperture and cause an apparent increase in current. (The increase is because the removal of negative electrons means a positive current.

Vákuumban történő töltésmozgás által reprezentált áram nagypontosságú megméréséhez tehát az alábbi két intézkedés szükséges.Therefore, the following two measures are required to accurately measure the current represented by charge movement under vacuum.

A kívülről érkező töltött részecskék elhárítására Faraday serleg külső felületét le kell árnyékolni. A szekunder emisszió következtében létrejövő töltésáramlás kiküszöbölésének módja pedig az, hogy a Farady serleg belső felületét szemcseszórási technológiával felérdesítjük. Ennek fizikai magyarázata a következő: valamely sima felületre beeső részecskenyaláb által kiváltott szekunder elektronok szögeloszlása a primer részecskék érkezésének irányában ma2 ximummal rendelkezik. Ha azonban a felületet felérdesítjük, akkor a szekunder emisszió szögeloszlása egyenletes lesz, így a belépő nyíláson esetlegesen mégis kilépő szekunder elektronok részaránya annyira lecsökken, hogy csak ezreléknyi hibát okoz a mért áram értékében.The outside surface of the Faraday cup must be shielded to prevent charged particles from the outside. The way to eliminate the charge flow due to secondary emission is to blend the inner surface of the Farady cup with blasting technology. The physical explanation for this is that the angular distribution of secondary electrons induced by a particle beam incident on a smooth surface has a ma2 ximum in the direction of the arrival of the primary particles. However, if the surface is tempered, the angular distribution of the secondary emission will be uniform, so that the proportion of secondary electrons that may still be discharged at the inlet will be reduced to such an extent that it causes only a thousandth of error in the measured current.

Jelen találmány tárgyának legáltalánosabb megfogalmazását az alábbiakban adjuk meg. A szabadalom tárgyát képező berendezés kvadrupol tömegspektométert tartalmazó gázkromatográfiás készülék kimeneőion áramának közvetlen és pontos mérésére szolgál. A kvadrupol tömegspektrométeren ionforrás helyezkedik el, az ionforrásba pedig kapilláris van bevezetve. A kvadrupol által megszűrt ionok a Faraday serlegbe kerülnek, amelyet árnyékoló henger vesz körül a kóbor ionok távoltartása céljából és amelynek belső felülete érdesítve van a szekunder emissziós veszteségek csökkentése miatt. A Faraday serleg által összegyűjtött töltés vezetéken és vákuumátvezetőn keresztül egy elektrométer bemenetére kerül. A berendezés működéséhez vákuum szükséges amelynek előállítására vákuumszivattyú szolgál az ionáramot mérőberendezés maga pedig vákuumkamrában helyezkedik el.The most general description of the subject matter of the present invention is given below. The patented device is used for direct and accurate measurement of the output ion current of a gas chromatography apparatus containing a quadrupole mass spectrometer. The quadrupole mass spectrometer is equipped with an ion source and a capillary introduced into the ion source. The ions filtered by the quadrupole enter the Faraday cup, which is surrounded by a shielding roller to keep out stray ions and has an inner surface that is roughened to reduce secondary emission losses. The charge collected by the Faraday goblet is fed to a solenoid via a wire and a vacuum bushing. Vacuum is required for the operation of the device, which is produced by a vacuum pump and the ion flow meter itself is located in a vacuum chamber.

A Faraday serleg célszerű alakja olyan körhenger, amelynek egyik végét tele körlap zárja le, a másik az ionok befogadására szolgáló oldalán pedig egy középen lyukas körlap helyezkedik el. A Faraday serleg és az őt körülvevő árnyékoló henger anyaga célszerűen rozsdamentes acél, molibdén vagy vákuumtiszta réz.The Faraday goblet is preferably shaped as a circular cylinder with a closed circular end at one end and a circular hole in the center for receiving ions. The Faraday goblet and the surrounding shielding roll are preferably made of stainless steel, molybdenum or vacuum-clean copper.

A találmány tárgyát a leíráshoz mellékelt rajz alapján részletesen ismertetjük. Az 1. ábrán a gázkromatográfiás mérőberendezésben alkalmazott a találmány tárgyát képező oldhatatlan módon földelt árnyékoló hengerrel ellátott Faraday serleget tartalmazó elrendezés látható. A berendezés statikus leírását az 1. ábra alapján az alábbiakban adjuk meg.The object of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 shows an arrangement comprising a Faraday gob with an insoluble grounding shielding roller used in a gas chromatography measuring apparatus. The static description of the apparatus according to Figure 1 is given below.

A mérőberendezés 3 vákuumkamrában helyezkedik el, amelyre 9 vákuumszivattyú van csatlakoztatva. A 1 kvadrupol tömegspektrométerre 7 ionforrás van felszerelve. A 7 ionforrásba 12 kapilláris van bevezetve. Az 5 vákuumvezetőre 6 elektrométer csatlakozik, amelynek kimenete az 8 oszcilloszkóp függőleges bemenetére van kötve. A 10 árnyékoló henger körülveszi a Faraday serleget, amelynek belső felülete szemcseszórási technológiával érdesítve van. A 4 vezeték összeköti a 5 vákuumvezetőt és a 2 Farady serleget, amelyet 11 kerámia távtartó rögzít.The measuring apparatus is located in a vacuum chamber 3 to which a vacuum pump 9 is connected. The quadrupole mass spectrometer 1 is equipped with 7 ion sources. 12 capillaries are introduced into the ion source 7. An electrometer 6 is connected to the vacuum conductor 5, the output of which is connected to the vertical input of the oscilloscope 8. The shading roller 10 surrounds the Faraday goblet, the inner surface of which is roughened by blasting technology. The wire 4 connects the vacuum guide 5 and the Farady cup 2, which is secured by a ceramic spacer 11.

A berendezés működése a következő:The operation of the equipment is as follows:

A 12 kapillárison keresztül a 7 ionforrásba belépő szerves gáz komponensek ionizálódnak és fragmentálódnak. A létrejövő ionfragmensek a 1 kvadrupol tömegspektrométerben tömegük szerinti szűrésre kerülnek, majd eltérítés után 10 árnyékoló hengerrel körülvett 2 Faraday serleg belső falán semlegesitődnek. A szekunder elektron emisszió szögeloszlása egyenletes lévén a kilépő elektronhányad elhanyagolható. A Faraday serleg áramát a 4 vezetéken és vákuumátvezetőn keresztül a 6 elektrométer bemenetére vezetjük. Ennek kimenetén a 8 oszcilloszkóp függőleges bemenetére kapcsoljuk. A 8 oszcilloszkóp vízszintes eltérítésével szinkronban pásztázva a kvadrupol tömegtartományát a tömegspektrum oszcilloszkópos képét kapjuk. A berendezés működéséhez vá-21Through the capillary 12, the organic gas components entering the ion source 7 are ionized and fragmented. The resulting ion fragments are screened by mass in the quadrupole mass spectrometer 1 and, after deflection, neutralize on the inner wall of a Faraday goblet 2 surrounded by 10 shielding rollers. The angular distribution of the secondary electron emission is negligible because of the uniform angular distribution. The current of the Faraday goblet is led through line 4 and vacuum lead to the inlet of the electrometer 6. At its output, it is connected to the vertical input of the oscilloscope 8. Scanning the quadrupole mass range in sync with the horizontal deflection of the oscilloscope 8 gives an oscilloscope image of the mass spectrum. Waiting for the equipment to function 21

HU 201409 A kuum szükséges, ezért 3 vákuumkamrában helyezkedik el és 9 vákuumszivattyúval áll összeköttetésben. Jelen szabadalomban leírt árammérő berendezés előnyös tulajdonsága, hogy ezrelék pontosságú árammérést tesz lehetővé, továbbá olcsó, kevés karban- 5 tartást kíván és paraméterei a használat során állandóak.GB 201409 Hot is required, so it is housed in 3 vacuum chambers and is connected to 9 vacuum pumps. The advantage of the current measuring device described in this patent is that it enables the accuracy of one thousandth of a meter current measurement, is cheap, requires little maintenance and has constant parameters during use.

Claims

Claims 1. Apparatus for directly and accurately measuring the output current of a gas chromatography apparatus for storing a quadrupole mass spectrometer, wherein the quadrupole mass spectrometer (1) is equipped with an ion source (7), an ion source is provided with a capillary (12) mass, - a Faraday goblet (2) is arranged for 15 turns, surrounded by a shielding roller (10) and secured by a ceramic spacer (11), connected to the vacuum grommet (5) by the Faraday goblet (2) via a wire (4) connected to an electrometer (6) whose output is connected to the vertical input of the oscilloscope (8), some elements (1, 2, 4, 7, 10,

11) located in a vacuum chamber (3) to which a vacuum pump (9) is connected, characterized in that the Faraday goblet (2) is surrounded by a shielding roller (10), the inner surface of the Faraday goblet (2) is roughened by blasting technology. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Faraday cup (2) is a circular cylinder with a closed circular end at one end and a circular hole with a central opening at the other.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the material of the Faraday cup (2) and the shielding roller (10) is stainless steel, molybdenum or vacuum-clean copper.