Brevet FR2177560A1 — publié le 19731109

La présente invention concerne les spectromètres de masse. Un spectromètre de masse comprend une source d'ions, un filtre à ions et un détecteur dtions ; le gaz à basse pression qui doit être analysé est introduit dans la source d'ions qui ionise le gaz en ions qui sont ensuite sélectionnés par le filtre à ions et qui passent vers le détecteur d'ions. Le filtre à ions sélectionne les ions ayant un rapport e/m particulier, rapport qui peut être modifié pour analyser le gaz. La présente invention a pour but de réaliser un spectrométre de masse comportant un filtre à ions amélioré. La présente invention a pour objet un spectromètre de masse comportant un filtre à ions comprenant un corps en céramique cylindrique comportant un passage axial, les parois du passage étant au moins partiellement délimitées par au moins une surface hyperbolique convexe qui est plaquée avec un matériau métallique qui n'est pas connecté électriquement avec le placage des surfaces hyperboliques adjacentes (s'il en existe). De préférence, le nombre de surfaces hyperboliques est de quatre ou d'un multiple de quatre et les surfaces hyperboliques sont disposées symétriquement par rapport à l'axe du corps en céramique, les bords s'étendant axialementdedsque paire de surfaces hyperboliques adjacentes étant réunis par une surface de raccordement. De préférence, les extrémités du ou de chacun des placages sont réunis par une bande métallique qui s'étend d'un bord de la surface hyperbolique à une extrémité du passage, le long de 1' extrémité correspondante du corps cylindrique, le long de la surface externe du corps cylindrique et le long de l'autre extrémité du corps cylindrique, jusqu'à l'autre bord de cette surfacé hyperbolique, De préférence, chaque bande métallique est disposée dans une rainure s'étendant axialement le long de la surface externe du corps cylindrique. De préférence les bandes métalliques opposées sont connectées par des bandes métalliques disposées dans des rainures annulaires. Chaque bande métallique qui se trouve dans une rainure annulaire passe, de préférence, au-dessus d'au moins une des deux autres bandes métalliques qui s'étendent axialement mais est isolée d'au moins une d'entre elles par un matériau céramique disposé dans la rainure annulaire au-dessus de cette bande métallique s' étendant axialement. Deux modes de réalisation de l'invention seront maintenant décrits, à titre d'exemples seulement, avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Fig. i est une vue en plan d'une partie d'un filtre à ions conforme à l'invention Fig. 2 est une vue en bout du filtre à ions illustré dans la figure i Fig. 3 est une vue fragmentaire agrandie d'une partie de la vue en bout illustrée dans la figure 2 Fig. 4 est une vue fragmentaire en coupe agrandie et Fig. 5 est une vue en bout schématique d'une variante de réalisation du filtre conforme à l'invention. Le filtre à ions, dont une partie est illustrée dans les dessins, est destiné à être incorporé dans un spectromètre de masse. Le filtre à ions comporte trois sections, un pré-filtre, un filtre central et un post-filtre. La radio-fréquence seule est appliquée au pré-filtre et au post-filtre tandis que la radio-fréquence et la tension continue sont appliquées au filtre central. Chacune des -trois parties du filtre comporte un corps cylindrique mais le filtre central est considérablement plus long et c'est le filtre central qui sera décrit. Sur les autres points, les trois filtres sont identiques. Le filtre illustré dans les dessins comprend un corps cylindrique 1 constitué par une céramique à haute teneur en alumine (par exemple 980) avec un passage axial 2. Le passage axial 2 est délimite par quatre surfaces 3 disposées symétriquement qui sont hyperboliques par rapport à l'axe 4 du corps. Les bords longitudinaux adjacents de chaque paire de surfaces adjacentes sont réunis par une surface 5 (figure 3),qui est semi-circulaire en vue en bout. Chaque surface allongée 3 est revêtue d'un placage à l'or 6 qui n'est pas en contact électrique avec les placages à l'or 6 des surfaces 3 adjacentes. Les extrémités axiales de chaque placage à l'or 6 sont réunies par une bande plaquée à l'or 7 qui s' étend depuis l'extrémité du placage 6, à l'extrémité axiale de la surface 3 correspondante, le long d'une extrémité axiale du corps cylindrique 1, le long d'une rainure 8, dans la surface cylindrique externe du corps cylindrique 1, et le long de l'autre extrémité du corps cylindrique 1 jusqu'a' l'autre extrémité axiale du placage 6. Les quatres bandes d'or 7 et les quatres rainures 8 sont naturellement perpendiculaires les unes aux autres dans la vue en bout illustrée dans la figure 2.Sur la surface externe du corps 1 sont formées deux rainures annulaires 10 qui recoupent les rainures longitudinales 8. Les plaques 6 opposées sont connectées entre elles par des bandes en or 9 logées dans les rainures annulaires 10 qui ne sont pas aussi profondes que les rainures 8. Chacune des bandes en or 9 s'étend sur la moitié de sa rainure 10 pour réunir les deux bandes 7 que l'on désire connecter, quoique cela ne soit pas clairement représenté, les deux bandes d'or 9 étant décalées l'une par rapport à l'autre de 900, Chaque rainure 10 recoupe une rainure 8 en un point où il ne doit pas y avoir de connexion entre la bande 9 et la bande 7 logée dans cette rainure 8.Les bandes 7 sont formées les premières et, en ces deux points, où une bande 9 croise une bande 7 sans devoir y être connectée, des isolants frittés 14 en verre et céramique sont cuits en place. les bandes 9 sont formées ensuite et passent en ces deux points au-dessus des isolants frittés 14 de manière à Astre isolées de8 bandes 7. Une connexion électrique doit être réalisée sur chaque paire de placages opposés 6 et ceci est réalisé en insérant les. extrémités d'un fil 12 (figure 4) dans une cavité 13 dans l'une ou l'autre rainure 8 ou dans la. rainure de connexion 10. L'extrémité du fil 12 est recouverte par l' or. Au cours de la fabrication le corps 1 est extrudé, en étant surdimensionné, avec sa cavité 2,et il est comprimé hydrostatiquement dans une machine outil Les gorges 8 et 10 sont ensuite usinées et le corps 1 est ensuite cuit dans un four tunnel à gradient de températures contrôlé pour assurer une contraction régulière, sans dist.o rsion, ni fissures. les bandes en or 7 et 9 sont alors peintes ou déposées sous vide et ensuite cuites dans la céramique avant que les placages en-or 6 soient formés par peinture ou dépôt soua vide. le filtre illustré et les pré- et post-filtres sont montés dans un carter de manière à être coaxiaux, avec seulement un espacement réduit entre le pré-filtre et le filtre illustré et entre celui-ci et le post-filtre. Selon une modification, le filtre à ions comporte huit, douze, ou tout autre multiple de quatre, surfaces hyperboliques 3, le filtre à ions étant autrement similaire, mutatis mutandis, Dans une autre modification, le filtre à ions est sous forme d'un monopôle et comporte, en coupe, comme illustré sché matiquement dans la figure 5, une surface hyperbolique unique 3. Deux surfaces planes 20 sont perpendiculaires l'une à 11 autre et le passage axial 2 est défini par les surfaces 3 et 20. La surface 3 fait saillie vers la ligne de raccordement des surfaces 20 et est symétrique par rapport aux surfaces 20, le foyer de la surface hyperbolique 4, dans chaque plan transversal, se trouvant sur la ligne de raccordement des surfaces 20. Les surfaces 20 portent un placage 21 qui est mis à la masse tandis que le placage 6 reçoit le même potentiel que dans le mode de réalisation décrit avec référence à la figure 1 et est associé avec une bande 7 similaire et un fil 12. De même le placage 21 est associé avec une bande 7 et un fil 12. Alternativement le placage 21 peut recevoir un potentiel de polarisation,1 R E V E N D i C k T i O N S 1. Un spectromètre de masse comportant un filtre à ions caractérisé en ce que ce filtre comporte un corps en céramique cylindrique avec un passage axial, les parois du passage étant au moins partiellement délimitées par au moins une surface hyperbolique convexe plaquée avec un matériau métallique, le placage de cette surface n'étant pas électriquement connecté au placage des surfaces hyperboliques adjacentes éventuelles. 2. Un spectromètre de masse selon la revendication 1 carats térisé en ce que le nombre des surfaces hyperboliques est de quatre ou un multiple de quatre, ces surfaces hyperboliques étant disposées symétriquement par rapport à l'axe du corps en céramique, les bords longitudinaux de chaque paire de surfaces hyperboliques adjacentes étant réunis par une surface de raccordement. 3. Un spectromètre de masse selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les extrémités de chaque placage sont réunies par une bande métallique qui s'étend depuis un bord de la surface hyperbolique, à une extrémité du passage, le long de l'extrémité correspondante du corps cylindrique, le long de la surface externe corps cylindrique et le long de l'autre extrémité du corps cylindrique jusqu'à l'autre bord de la surface hyperbolique, 4. Un spectromètre de masse selon la revendication 3 carao- térisé en ce que la bande métallique ou chaque bande métallique est disposée dans une rainure s'étendant axialement le long de la surface externe du corps cylindrique. 5. Un spectromètre de masse selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 rattachées à la revendication 2, caractérisé en ce que les bandes métalliques opposées sont connectées par des bandes métalliques disposées dans des rainures annulaires. 6. Un spectromètre de masse selon la revendication 5 rattachée à la revendication 4 caractérisé en ce que chaque bande métallique dans une rainure-annulaire passe au-dessus d'au moins l'une des deux autres bandes métalliques s'étendant axialement mais en est isolée par un matériau céramique disposé dans la rainure annulaire au-dessus de cette bande métallique s'étendant axialement. 7. Un spectromètre de masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le corps céramique est produit par extrusion et est ensuite comprimé et cuit.