Brevet FR2685977A1 — publié le 19930709

La présente invention concerne les ensembles d'analyse comprenant un spectromètre de masse couplé à une source d'ionisation de gaz à analyser par une chambre de pression différentielle comprenant deux électrodes d'interface, et plus particulièrement une telle électrode d'interface, du type comprenant un voile et un passage central de petite section. Un analyseur de gaz à spectromètre de masse et à ionisation de gaz est constitué d'un spectromètre de masse fonctionnant à basse pression qui permet de trier les ions issus d'une source d'ionisation d'un gaz échantillon à une pression supérieure à celle du spectromètre, le signal d'ions détecté permettant de quantifier les impuretés présentes dans le gaz échantillon. Les ions créés dans la source d'ionisation sont extraits de cette dernière et introduits dans le spectromètre de masse par l'intermédiaire d'une chambre de pression différentielle limitée par une première et une seconde électrodes annulaires auxquelles sont appliquées des tensions ajustables comprises généralement entre -300 V et +300 V. Les électrodes d'interface existantes sont chacune constituées de deux parties, à savoir un voile annulaire comportant une ouverture centrale obturée par un petit disque percé d'un orifice formant le passage central et rapporté sur le voile par soudage, collage ou vissage. En utilisation, et en présence d'impuretés dans le gaz à analyser, il se forme sur ce type d'électrodes un dépôt diélectrique, en particulier au niveau du contact entre le disque central et le voile, qui, sous l'action du bombardement ionique, va modifier la répartition spatiale et temporelle des potentiels électriques sur l'électrode. I1 s'ensuit que, pour des potentiels d'électrodes déterminés, et sans modifier la composition du gaz introduit dans la source d'ionisation, le signal d'ions détecté décroît progressivement et, par conséquent, les performances de l'analyseur se dégradent rapidement au cours du temps. D'autre part, la détection de certaines impuretés dans le gaz à analyser exige des potentiels très différents selon le type d'impuretés. Du fait des problèmes sus-mentionnés, il faut parfois attendre un temps assez long avant que le signal détecté se stabilise après une variation de l'un de ces deux potentiels, ce qui peut conduire à des durées d'analyse excessivement longues lorsqu'il est nécessaire de quantifier. La présente invention a pour objet de proposer une électrode d'interface, de construction fiable et robuste, permettant d'éviter les inconvénients sus-mentionnés. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'électrode est formée d'une seule pièce percée centralement d'un orifice traversant formant le passage de petite section, lequel est avantageusement formé dans le fond d'un lamage central de l'électrode. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'électrode est polie mécaniquement et électro-polie et avantageusement revêtue d'un dépôt de métal noble. La présente invention concerne également un ensemble d'analyse comprenant un spectromètre de masse couplé à une source d'ionisation de gaz par une chambre de pression différentielle comprenant deux électrodes d'interface et comportant au moins une électrode d'interface monobloc comme défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un ensemble d'analyse selon l'invention - les figures 2 et 3 sont des vues, respectivement de face et en coupe diamétrale, d'une première électrode selon l'invention - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe agrandies de modes de réalisation de la partie centrale de l'électrode des figures 2 et 3 - la figure 6 est une vue en coupe diamétrale d'une deuxième électrode selon l'invention ; et - la figure 7 est une vue en coupe agrandie de la partie centrale de la deuxième électrode de la figure 6. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un ensemble d'analyse comprenant, successivement, une source d'ionisation de gaz 1, une chambre de pression différentielle 2 comprenant des électrodes d'interface selon l'invention, et un spectromètre de masse à basse pression 3. La chambre d'ionisation 1, avantageusement du type à pression atmosphérique et à décharge couronne haute tension, comporte une entrée 4 et une sortie 5 de gaz à analyser. La chambre intérieure de la source d'ionisation 1 est séparée de la chambre de pression différentielle 2 par une première électrode 6 formée avec un passage central de petite dimension 7, la chambre de pression différentielle 2 étant délimitée, en aval, par une seconde électrode 8 munie d'un orifice central 9 de petite dimension.Le spectromètre de masse 3 comporte une chambre amont 10 et une chambre aval 11 comportant une série de quadrupoles Q. et associées, en aval, à un détecteur 12. La chambre 11 comporte une entrée latérale 13 pour un gaz de collision 14 et, à l'opposé, un conduit 15 de raccordement à une source de vide poussé, de l'ordre de 5 x 1 Pa. La chambre amont 10 comporte également un conduit 16 de raccordement à une source de vide poussé, de l'ordre de 5 x 10 3 Pa. La chambre de pression différentielle 2 comporte également un conduit 17 de raccordement à une source de vide à un niveau intermédiaire pour que règne dans la chambre 2 une pression comprise entre 10 et 200 Pa. Comme on le voit bien sur les figures 2 à 5, la première électrode 6 présente une configuration générale plane et comporte, enfiché, un terminal 18 de raccordement à une source de tension. Selon l'invention, la première électrode 6 est constituée sous la forme d'un disque monobloc, typiquement d'une épaisseur de 3 mm, formé centralement avec un orifice 7 d'un diamètre de l'ordre de 0,1 mm avantageusement percé dans une partie de voile central d'épaisseur réduite laissée par un lamage central 19. Dans le mode de réalisation des figures 2 à 4, le lamage 19 est cylindrique et a un diamètre D d'environ 1 mm. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le lamage 19 est tronconique pour former un fond de diamètre D de l'ordre de 4 mm. La deuxième électrode 8, ou électrode aval (en anglais "skimmer") présente, elle, une configuration générale tronconique. Selon l'invention, l'électrode 8 est également monobloc, avec une partie annulaire périphérique 20, comportant un terminal 24, et une partie annulaire centrale 21 reliées entre elles par un voile tronconique 22 à épaisseur décroissant vers le centre. Comme on le voit mieux sur la figure 7, la partie annulaire centrale comporte une face intérieure de diamètre 1 d'environ 2 mm et une face extérieure de diamètre A d'environ 4 mm. Comme précédemment, l'orifice 2 traversant 9, d'un diamètre d d'environ 0,2 mm, débouche dans un lamage intérieur 23, typiquement cylindrique et de diamètre D d'environ 1 mm. Selon un aspect de l'invention, les électrodes, réalisées typiquement en acier inoxydable, par exemple 316L, subissent un poli mécanique pour présenter un indice de rugosité R a inférieur à 0,5 micron puis sont électro-polies, puis éventuellement revêtues d'un dépôt métallique de métal noble, en or ou platine, d'épaisseur comprise entre 1 et 6 microns. De telles électrodes montrent, à l'utilisation, une stabilité grandement améliorée ainsi qu'une excellente reproductibilité des mesures après modification rapide des tensions de polarisation et dans le temps. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Electrode d'interface pour chambre de pression différentielle (2) destinée à être interposée entre une source d'ionisation de gaz (1) et un spectromètre de masse (3), comprenant un voile et un passage central de petite section (7 ; 9), caractérisée en ce que l'électrode (6 ; 8) est formée d'une seule pièce percée centralement d'un orifice traversant (7 ; 9) formant ledit passage. 2. Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice (7 ; 9) est formé dans le fond d'un lamage (19 ; 23). 3. Electrode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'électrode (6 ; 8) est polie mécaniquement pour présenter un indice de rugosité inférieur à 0,5 micron. 4. Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle est électro-polie. 5. Electrode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'un dépôt de métal noble d'épaisseur supérieure à 0,5 micron. 6. Electrode selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dépôt de métal noble a une épaisseur comprise entre 1 et 6 microns. 7. Electrode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est plane (6). 8. Electrode selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est tronconique (8). 9. Ensemble d'analyse comprenant un spectromètre de masse (3) couplé à une source d'ionisation (1) de gaz à analyser par une chambre de pression différentielle (2) comprenant deux électrodes d'interface (6 ; 8), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une électrode d'interface (6 ; 8) selon l'une des revendications précédentes. 10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source d'ionisation (1) est du type à pression atmosphérique et à décharge couronne.