Brevet FR2765728A1 — publié le 19990108

Cellule d'ionisation pour spectromètre de masse La présente invention concerne une cellule d'ionisation pour spectromètre de masse. En particulier, I'invention s'applique aux spectromètres de masse dans lesquels le filament électrique chauffant émetteur d'électrons est remplacé par une cathode froide à micropointes. On connaît les avantages d'une telle cathode froide par rapport à un filament de tungstène chauffé à 1800 C: - le très bon rendement énergétique qui se situe pratiquement à 1, tout l0 électron émis étant prélevé à la source émissive dans un rapport 1/1, contrairement au filament de tungstène qu'il est nécessaire de chauffer avec un courant important pour qu'il puisse émettre des électrons par effet thermoélectronique. Les ordres de grandeur des puissances mises en jeu sont: W pour un filament chauffé, contre 0,2 W pour une source froide - la rapidité de réaction du dispositif, aussi bien à l'allumage qu'à l'extinction: en cas d'entrée d'air brutale, le système peut être désactivé instantanément, contrairement au filament de tungstène qui va brûler à cause de son inertie thermique. Cette rapidité de réaction permet de plus d'envisager de couper l'alimentation du dispositif quand l'appareil n'est pas en mode mesure, et de le rallumer lorsqu'on veut effectuer une mesure, - la directivité du faisceau émis: les électrons sont émis perpendiculairement à la surface du réseau de micropointes, contrairement à un filament pour lequel les électrons sont émis dans tout l'espace, - l'absence de dissipation thermique: le dispositif émettant des électrons par effet de champ ne dégage aucune chaleur, et par conséquent, ne perturbe pas les préamplificateurs de détection qui sont sensibles à la température. Cependant, la fiabilité et la capacité de fonctionnement à des pressions de l'ordre de 10-4 mbar ne sont pas assurées. En effet, à partir de cette pression, et au-dessus, la cathode froide à micropointes se dégrade à cause du trop grand nombre d'ions formés entre la cathode et l'anode, formant une cage d'ionisation. Ces ions, positifs, formés entre la cathode et la cage d'ionisation reviennent en effet vers la cathode négative. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et a pour objet une cellule d'ionisation pour spectromètre de masse comprenant une cathode froide à micropointes émettrice d'électrons, une anode, formant cage d'ionisation, en matériau amagnétique, polarisée positivement par rapport à ladite cathode et comportant une fente d'entrée pour les électrons émis, étant située en face de ladite cathode, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une électrode collectrice d'ions portée à un potentiel inférieur à celui de ladite cathode et située hors de l'espace allant de la cathode à l'anode, mais placée latéralement par rapport à cet espace depuis la cathode jusqu'à l'anode, et en ce qu'un champ magnétique axial f3 est créé dans le sens cathode-anode. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue schématique montrant une cellule d'ionisation selon l'invention. La figure 2 est un schéma électrique montrant les connexions électriques des éléments de la figure 1. En se référant à la figure 1, une cellule d'ionisation selon l'invention comprend un substrat en céramique 1 servant de support à une cathode froide à micropointes 2, associée à une grille 3, une anode 4 en forme de boîte parallélépipédique en matériau amagnétique formant cage de faraday et constituant une cage d'ionisation et comportant une fente d'entrée 5 des électrons émis par la cathode froide 2 et une fente d'extraction 6 des ions E formés dans la cage d'ionisation. L'extraction des ions par la fente d'extraction 6 ainsi que la sélection des ions, ne fait pas partie de l'invention et est effectuée, par exemple, d'une manière classique comme dans les cellules d'analyse o l'émission des électrons, pour la production des ions, est effectuée par un filament chauffant. Conformément à l'invention, afin d'éviter que les ions formés entre la cathode froide 2 et l'anode-cage d'ionisation 4 ne reviennent vers les pointes de la cathode et ne les dégradent, on dispose une électrode collectrice d'ions 7 portée à un potentiel inférieur à celui de la cathode froide 2. Cette électrode collectrice d'ions 7 permet de capter tous les ions formés entre la cathode 2 I'anode 4. Comme le montre la figure 1, cette électrode 7 est située en dehors de l'espace 8 allant de la cathode 2 à l'anode 4, mais est placée latéralement par rapport à cet espace et en couvrant toute la distance séparant la cathode 2 de l'anode 4. Pour des facilités mécaniques de liaison, I'électrode 7 est recourbée derrière le substrat support 1 et l'ensemble est fixé à un bâti non représenté. Afin que les électrons émis par la cathode 2 se dirigent néanmoins vers la fente d'entrée 5 de l'anode-cage d'ionisation 4, on crée un champ magnétique axial 13 dirigé comme l'indique la flèche, dans le sens cathode-anode. En effet, sans ce champ, à cause de l'électrode 7, les électrons seraient déviés par le champ électrostatique créé par cette électrode collectrice 7. Le champ magnétique f3 est créé par une bobine électromagnétique ou par des aimants, non représentés. Dans la figure 1, le signe Ed représente un ion positif, le signe O une molécule neutre et e- un électron. La figure 2 montre les connexions électriques des différentes électrodes. A titre d'exemple, on peut avoir les valeurs suivantes pour les tensions entre les différentes électrodes: Vci: 80 V VGK: 50à 100V VAG: 80 V. REVENDICATION Cellule d'ionisation pour spectromètre de masse comprenant une cathode froide à micropointes(2) émettrice d'électrons, une anode (4) formant cage d'ionisation, en matériau amagnétique, polarisée positivement par rapport à ladite cathode et comportant une fente d'entrée (5) pour les électrons émis, étant située en face de ladite cathode (2), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une électrode collectrice d'ions (7) portée à un potentiel inférieur à celui de ladite cathode (2) et située hors de l'espace (8) allant de la cathode (2) à l'anode (4), mais placée latéralement par rapport à cet espace, depuis la cathode jusqu'à l'anode, et en ce qu'un champ magnétique axial,8 est créé, dans le sens cathode-anode.