Brevet FR2545982A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne les spectromètres de masse et a notamment pour objet un analyseur pour spectromètre de masse du type piège tridimensionnel. L'invention peut être utilisée pour réaliser l'analyse chimique des corps solides et des gaz, en géologie pour analyser les gaz, en médecine et dans les recherches spatiales. Il existe un analyseur pour spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, qui comporte un canon à électrons produisant un faisceau d'électrons ionisant quien passant par une voie d'injection pratiquée dans l'une des électrodes hyperbololdes frontales d'un capteur d'ions sélectionnés muni également d'une électrode annulaire, arrive dans le volume utile de ce capteur pour y former, à partir des molécules de gaz, des ions arrivant sur un détecteur (cf., par exemple, Cheretov E.P., Zenkin V.A., Samodourov V.F., Veselkin J.V. "Spectromètre de masse quadripolaire tridimensionnel avec balayage du spectre des masses par variation de la fréquence du signal d'alimentation", revue t'Instruments et technique de l'expérience", n 1, 1973,pp. 163 à 165). Dans ledit analyseur, la voie d'injection du faisceau d'électrons ionisant dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés est réalisé sous la forme d'un canal cylindrique. Une telle réalisation de ladite voie entrasse une basse sensibilité et un faible pouvoir de résolution, ainsi qu'une durée de vie réduite du spectromètre de masse et l'apparition d'un haut niveau de bruit de fond du détecteur. La réduction du pouvoir de résolution et de la durée de vie est due au développement et au chargement des films diélectriques qui se forment sur la surface des électrodes sous l'action du faisceau d'électrons ionisant. Il existe également un analyseur pour spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, qui comporte un canon à électrons produisant un faisceau d'électrons ionisant qui, en passant par une voie d'injection prati quée dans une électrode annulaire hyperbololde du capteur d'ions sélectionnés et disposée à proximité immédiate du sommet de la génératrice-hyperbole de cette électrode annulaire hyperboloide, arrive dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés muni également de deux autres électrodes hyperboloides frontales, et forme, à partir des molécules de gaz, des ions qui arrivent sur le détecteur (cf., par exemple, le brevet d'invention URSS nO 693892, classe HOIJ 49/36 publié le 28.06.79). flans ledit analyseur, la voie d'injection du faisceau d'électrons ionisant dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés est réalisé sous forme d'un canal cylindrique. Une telle exécution de ladite voie entrain une élévation de la sensibilité du spectromètre de masse et une réduction du niveau de bruit de fond du détecteur. Cepéndant, le pouvoir de résolution reste bas et la durée de vie est courte, ce qui est dû à la présence des films diélectriques sur la surface des électrodes. Le but de l'invention est donc de créer un analyseur de spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, dans lequel la voie dtinåection du faisceau d'électrons ionisant dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés serait réalisée de façon à élever le pouvoir de résolution du spectromètre de masse et de prolonger sa durée de vie. Ce but est atteint du fait que dans un analyseur de spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, comportant un canon à électrons produisant un faisceau d'électrons ionisant qui, en passant par une voie d'injection pratiquée dans une électrode annulaire hyperbo lotte d'un capteur d'ions sélectionnés et disposée à proximité immédiate du sommet de la génératrice-hyperbole de cette électrode annulaire hyperboloide, arrive dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés muni de deux autres électrodes hyperboloides frontales, et forme, à partir des molécules de gaz, des ions arrivant sur un détecteur, suivant l'invention ladite voie d'injection du faisceau d'électrons ionisant dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés est pratiquée sous la forme d'une fente s'étendant le long de la génératricehyperbole de l'électrode annulaire hyperboloide. Une telle exécution constructive de l'analyseur de spectromètre de masse du type piège tridimensionnel permet, en réduisant fortement la surface d'empreinte du faisceau d'électrons sur l'électrode annulaire hyper bolide, de réduire notablement l'influence des films diélectriques sur le pouvoir de résolution du spectromètre de masse et d'augmenter sa longévité. 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'exemple non limitatif avec référence au: dessin. non limitatif annexé dans lequel - la figure 1 représente un schéma général de l'analyseur pour spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, objet de l'invention (coupe longitudinale); - la figure 2 représente une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. L'analyseur pour spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, objet de l'invention, comporte un canon à électrons 1 (figures1,2) produisant un faisceau d'électrons ionisant 2 (montré conventionnelement sur le dessin par des traits fins et hachuré par points) qui, en passant par une voie d'injection 3, arrive dans le volume utile d'un capteur d'ionssélectionnés 4. Ce dernier est constitué d'une électrode hyperboloSde annulaire 5 dans laquelle est réalisée la voie 3, et de deux électrodes hyperboloEdes frontales 6 (figure 1) et 7. Le faisceau d'électrons ionisant 2 forme, dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés 4, des ions à partir des molécules de gaz, lesdits ions arrivant sur un détecteur 8. La voie dtinjection 3 (figures 1 et 2) du faisceau d'électrons ionisant 2 dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés 4 est réalisée sous forme d'une fente disposée le long d'une génératrice-hyperbole 9 (figure 1)-de l'électrode hyperboloSde annulaire 5 et disposée à proximité immédiate du sommet O de cette génératrice-hyperbole 9("fente 3" dans la suite de la présente description). En face de la voie d'injection 3 (figures 1 et 2), dans le corps de l'électrode 5, est réalisée une voie 10 de sortie, à partir du volume utile du capteur 4, du faisceau d'électrons ionisant qui est capté par un collecteur 11. L'analyseur de spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, objet de l'invention, fonctionne de la façon suivante. Dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés 4 (figures 1 et 2), est introduit à travers la fente 3 le faisceau d'électrons ionisant 2, en l'occurrence un faisceau d'électrons ionisant en bande 2. Le faisceau d'électrons 2 est produit par le canon à électrons 1. Après avoir traversé le volume utile du capteur 4 (figure 1), le faisceau d'électrons 2 est évacué à travers la voie 10 et est capté par le collecteur Les Les ions formés dans le volume utile du capteur 4 par ionisation sont sélectionnés d'après les charges spécifiques, ensuite ils arrivent sur le détecteur 8. Lors de son introduction, le faisceau d'électrons ionisant en bande 2 a de grandes dimensions dans le plan d'action de la force focalisante (plan horizontal x-z, où x et z sont les axes) et de faibles dimensions dans le plan d'action de la force défocalisante (plan vertical x-y, où x et y sont les axes) (figure 2). Après le passage par le volume utile du capteur 4 (figure 1), l'action de la force focalisante diminue notablement les dimensions du faisceau d'électrons ionisant en bande 2 dans le plan horizontal x-z, alors que dans le plan vertical x-y (figure 2) les dimensions du faisceau restent faibles malgré l'action de la force défocalisante par suite de la faible épaisseur du faisceau en bande 2 introduit dans le capteur 4. Ainsi, le faisceau d'électrons ionisant en bande 2 large ( figures 1 et 2) peut être focalisé pour obtenir une faible section. Ceci permet de réduire notablement (de quelques dizaines de fois) les dimensions de l'empreinte du faisceau d'électrons 2 sur l'électrode annulaire 5 et d'affaiblir l'influence des films diélectriques formés sur les caractéristiques analytiques du spectromètre de masse. Pour focaliser efficacement le faisceau d'électrons en bande 2, c'est-à-dire pour obtenir le coefficient maximal de compression dans le plan horizontal x-z, il est nécessaire d'avoir une géométrie optimale de l'espace entre les électrodes. Cette condition est remplie quand les paramètres géométriques du capteur 4 sont liés par la relation suivante où X est 3,14...; P2 est le rapport de la différence de potentiels 0 définissant l'énergie d'entrée des électrons au potentiel de l'électrode hyperboloide annu laire 5; k est le rapport des distances minimales à partir du centre du capteur 4 jusqu'à la surface de l'électrode hyperboloide annulaire 5 suivant les axes y et x; ; est le rapport des distances minimales à partir du centre du capteur 4 jusuqu'à la surface de de l'électrode hyperbololde annulaire 5 et jusqu'à la surface de l'une des électrodes fron tales 6 ou 7 suivant les axes y et z. L'analyseur revendiqué de spectromètre de masse du type piège tridimensionnel a une stabilité élevée du pouvoir de résolution durant un délai de service atteignant de 2 à 3 mois. R E V E N D I C A T I O N REVENflICATION Analyseur pour spectromètre de masse du type piège tridimensionnel, du type comportant un canon à électrons (1) produisant un faisceau d'électrons ionisant (2) qui, en pansant par une voie d'injection (3) pratiquée dans l'électrode annulaire hyperbololde (5) d'un capteur d'ions sélectionnés (4) et disposée à proximité immédiate du sommet (o) d'une génératrice-hyperbole (9) de cette électrode annulaire hyperboloide (5), arrive dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés (4) muni de deux autres électrodes hyperboloides d'about (6, 7) et forme à partir des molécules de gaz des ions arrivant sur un détecteur (8), caractérisé en ce que la voie d'injection (3) du faisceau d'électrons ionisant (2) dans le volume utile du capteur d'ions sélectionnés (4) est réalisée sous la forme d'une fente (3) s'étendant le long de la génératrice-hyperbole (9) de l'électrode annulaire hyperboloide (5).