Brevet FR2521778A1 — publié le 19830819

La présente invention concerne la spectrométrie de masse et a notamment pour objet un procédé d'alimentation de spectromètre de masse. La présente invention peut etre utilisée pour l'alimentation des spectromètres de masse à haut pouvoir de résolution et à forte sensibilité. Il existe un procédé d'alimentation d'un spectromètre de masse (cf. par exemple, "Spectromètres de masse hyperbololdes" par Cheretov E.P., revue "Mesure, contrôle, automatisation" n0ll, 12, p.29, 1980) consistant è appliquer, simultanément avec un signal impulsionnel, un signal continu sur les électrodes hyperbololdes du capteur d'ions triés du spectromètre de masse. Toutefois, pour améliorer le pouvoir de résolution et la sensibilité du spectromètre de masse suivant ce procédé, on doit effectuer un choix optimal du signal impulsionnel, ce qui n'est pas toujours justifié du point de vue consommation d'énergie. En outre, ce procédé exige le maintien d'un rapport stable de l'amplitude des impulsions au niveau du signal continu, ce qui limite les possibilités d'obtention d'un haut pouvoir de résolution et d'une sensibilité suffisamment élevée du spectromètre de masse. Il existe également un procédé d'alimentation de spectromètre de masse (cf. par exemple, Richard J.A et al, ffi new operating mode for the quadrupole mass filter", J.Mass Spectrom and Jon. Phys, 12, p. 321),consistant à appliquer des signaux impulsionnels, respectivement, aux électrodes hyperbololdes du capteur d'ions triés du spectromètre de masse et à former une composante continue de niveau requis de la différence de potentiels entre les électrodes hyperbololdes du capteur ions triés. D'après ce procédé, la formation de la composante continue de niveau requis de la différence de potentiels entre les électrodes hyperbolodes du capteur d'ions triés est réalisée par un choix approprié du facteur de forme d'impulsion des signaux impulsionnels. Toutefois, d'après ce procédé, le choix du facteur de forme d'impulsion nécessaire du signal impulsionnel entrain une augmentation considérable de la puissance consommée par la source d'alimentation réalisant ce procédé,ce qui affecte le pouvoir de résolution et la sensibilité des spectromètres de masse. Le but de l'invention est donc de créer un procédé d'alimentation d'un spectromètre de masse, dans lequel les signaux impulsionnels seraient appliqués de manière à permettre d'améliorer le pouvoir de résolution et la sensibilité du spectromètre de masse. Ce but est atteint du fait que dans un procédé d'alimentation d'un spectromètre de masse par application de signaux impulsionnels respectivement sur les électrodes hyperbololdes du capteur d'ions triés du spectromètre de masse et par formation d'une composante continue de niveau requis de la différence de potentiels entre les électrodes hyper bolides du capteur d'ions triés, selon l'invention l'application des signaux impulsionnels se fait avec décalage dans le temps de l'un des signaux par rapport à l'autre, ce décalage étant inférieur à la période de leurs oscillations, la formation de la composante continue de niveau requis de la différence de potentiels entre les électrodes hyperboloides du capteur d'ions triés se faisant par un choix approprié des amplitudes, respectivement, des signaux impulsionnels. Il est utile de réaliser le décalage dans le temps des signaux impulsionnels l'un par rapport à l'autre avec un rapport retard du signal/durée de l'impulsion déterminé selon la formule : tl/t2 = 0,5 S où tl est le retard du signal ; t2 est la durée de l'impulsion ; S est le facteur de forme d'impulsion. I1 est souhaitable que le facteur de forme d'impulsion soit déterminé comme suit : S = 2k où k = 2, 3, 4 , n. La présente invention permet d'augmenter de deux fois environ, par rapport aux niveaux des signaux impulsionnels, la différence de potentiels entre les électrodes hyperboloides du capteru d'ions triés, ce qui diminue l'influence des films diélectriques formés sur ces électrodes et, par conséquentlaméliore la sensibilité et le pouvoir de résolution du spectromètre de masse. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente un schéma fonctionnel du capteur d'ions triés d'un spectromètre de masse alimenté selon le procédé d'alimentation revendiqué :: - la figure 2 représente des diagrammes temporels des signaux impulsionnels indiqués sur la figure 1, qui caractérisent le procédé revendiqué d'alimentation du spectromètre de masse ; - la figure 3 représente un diagramme temporel de la différence de potentiels aux électrodes hyperboloides du capteur d'ions triés suivant la figure 1, qui caractérise le procédé revendiqué d'alimentation du spectromètre de masse - la figure 4 représente le diagramme de stabilité des signaux impulsionnels de la figure 2, selon l'invention - la figure 5 représente la courbe de la position du sommet de la zone de stabilité générale (suivant la figure 4) en fonction du retard des signaux impulsionnels, conformément à l'invention. Le procédé d'alimentation du spectromètre de masse selon l'invention consiste en ce qu'une électrode annulaire hyperboloide 1 (figure 1) du capteur d'ions triés 2 est attaquée par un signal impulsionnel Ul(porté en ordonnées sur la figure 2) à facteur de forme d'impulsion S requis et d'amplitude E1 requise. Aux électrodes 3 du capteur 2, réunies entre elles et disposées par leurs surfaces hyperboloides sur les faces frontales de. l'électrode 1 (figure 1), on applique un signal impulsionnel U2 (porté en ordonnées sur la figure 2) à impulsions rectangulaires ayant le même facteur de forme S et une amplitude E2. Les signaux impulsionnels U1 et U2 sont appliqués avec un décalage dans le temps t entre eux inférieur à la période Tg d'oscillations de ces signaux U1 et U2.Pour former la composante continue de niveau U3 (axe des ordonnées de la figure 3) de la différence de potentiels U1 et U2 entre les électrodes 1 et 3 (figure 1) du capteur 2, les amplitudes E1 et E2(figures2,3), respectivement, ne sont pas égales. Comme le champ dans le volume utile du capteur 2 est défini par la différence entre les potentiels U1 et U2 appliqués à ses électrodes 1 et 3, il est nécessaire, pour déterminer sa variation en fonction du temps, de soustraire le signal U2 aux électrodes hyperboloides 3 du signal U1 à l'électrode annulaire hyperbolode l.0n voit sur la figure 3 que la dépendance temporelle de la différence de potentiels U1 U2 est compliquée et est influencée non seulement par la forme du signal U1 et U2 sur les électrodes 1, 3, mais également par le retard tl.Ainsi, apparait la possibilité de modifier la forme des signaux U1 et U2 par réglage de tl. Le décalage dans le temps des signaux impulsionnels U1 et U2 l'un par rapport à l'autre est réalisé avec un rapport du retard tl entre les signaux U1 et U2 à la durée t2 des impulsions de ces signaux U1 et U2 déterminé à l'aide de la relation tl/t2 = 0,5 S. Sur la figure 4 est représenté le diagramme de stabilité pour des signaux U1 et U2 à rapport période/durée d'impulsion S = To/t2 = 5 et avec un retard relatif 8 2 = 2,où 2= t2 La zone générale de stabilité 4 est obtenue par intersection des courbes constituant les frontières 5 des zones de stabilité.Sur les axes des coefficients du diagramme de stabilité sont portées des valeurs S0 et q déterminées à partir des relations où bJ est la pulsation des signaux impulsionnels appliqués g et a sont les paramètres géométriques bien connus des électrodes 1 et 3 du capteur 2 (cf."Spectromètres de masse hyperbololdes", par Cheretov E.P.,revue "Mesure, contrôle, automatisation" N s 11, 12, 29, 1980) e est la charge des ions à analyser ; m est la masse des io ns à analyser. On peut montrer que pour le signal U1 - U2 représenté sur la figure 3, la composante continue est déterminée par la relation : d'où il découle que le rapport composante continue/amplitude E1 est proportionnel à 60, 0, c'est-à-dire que Ainsi, sur la figure 4, sur l'axe vertical du diagramme de stabilité, on porte une valeur proportionnelle au rapport U3/E1(valeur qui ne dépend pas du nombre de masse des ions), et sur l'axe horizontal, une valeur proportionnelle à e m Dans ce cas, la trace 6 de balayage du spectre des masses est parallèle à l'axe sur lequel sont portées les valeurs de q. Comme on l'a déjà dit, la forme d'impulsion des signaux U1 et U2 (figure 2) et, donc, la confiauration du diagramme de stabilité, c'est-à-dire la zone 4 (figure 4), peuvent varier avec la variation du retard tl de ces signaux U1 et U2. Etant donné que, lors du fonctionnement du spectromètre de masse, tl doit être constant, on doit, pour éviter l'influence de ses fluctuations sur le pouvoir de résolution, choisir tl de façon à réduire à un minimum l'influence des fluctuations sur la position du sommet de la zone générale de stabilité 4. Sur la figure 5 sont reptésentées les courbes 7, 8, 9 de variation de la position des sommets des zones générales de stabilité 4 en fonction de la valeur a2 calculée pour différents rapports période/durée d'impulsion, respectivement, pour S = 3, S = 4, S = 5, des signaux impulsionnels U1 et U2 (sur l'axe des ordonnées sont portées les valeurs 60, et sur l'axe des abscisses, les valeurs2). Le régime le plus stable est le régime oùt 2 correspond au maximum de ces courbes.La valeur optimale de #2 peut être déterminée d'après la relation #2opt = (S - 2) 2 Suivant l'invention, pour les capteurs 2 choisis, la formation la plus facile des signaux impulsionnels U1 et U2 est la formation de signaux U1 et U2 avec un rapport période/durée d'impulsion égal à un nombre pair, c'est-àdire déterminé par la relation S = 2k, où k = 2, 3, 4, ..., n. En ce cas, il n'y aucune difficulté à obtenir un retard t1 optimal entre les signaux U1 et U2. I1 découle de ce qui précède que le balayage du spectre des masses à analyser peut se faire tant par variation des amplitudes E1 et E2, respectivement, des signaux U1 et U2 que par variation de la pulsation a La présente invention permet de réduire la puissance consommée et, par conséquent, de diminuer l'encombrement du spectromètre de masse. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'alimentation d'un spectromètre de masse par application de signaux impulsionnels (U1 et U2), respectivement, sur les électrodes hyperbololdes (1,3) du capteur d'ions triés (2) du spectromètre de masse et par formation d'une composante continue de niveau requis (U3) de la différence de potentiels (U1U2) entre les électrodes hyperboloides (1,3) du capteur d'ions triés (2), caractérisé en ce qu'on applique les signaux impulsionnels (U1 et U2) avec un décalage dans le temps de l'un de ces signaux par rapport à l'autre inférieur à la période de leurs oscillations, et en ce que la formation de la composante continue de niveau requis (U3) de la différence de potentiels (U1,U2) entre les électrodes hyperboloides (1,3) du capteur d'ions triés (2) est effectuée par un choix approprié des amplitudes (E1 et E2), respectivement, des signaux impulsionnels (UletU2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage dans le temps des signaux impulsionnels (U1 et U2) est réalisé avec un rapport du retard du signal à la durée de l'impulsion déterminé selon la relation : tl/t2 = 0,5 S où t est le retard du signal t2 est la durée de l'impulsion S est le facteur de forme d'impulsion. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le facteur de forme d'impulsion est déterminé comme étant S = 2k, où k = 2, 3, 4, ..., n.