DE1448178B2 - Hochfrequenz massenspektrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Massenspektrometer, insbesondere für Partialdruckmessungen, mit einer Kollektorelektrode, die von einer metallischen, einen Durchtritt für Ionen frei lassenden Abschirmung umgeben ist.

Beim Betrieb von Massenspektrometern ist dem durch den Anteil der Ionenmasse gegebenen Stromanteil (Ionenstrom) der Kollektorelektrode ein Reststrom überlagert, der einen Nullwert aufweist, d. h., auch bei von der Resonanzbedingung der lonenmassen entfernt liegender Frequenz nicht völlig verschwindet. Dieser ist im übrigen sowohl druck- als auch frequenzabhängig und kann positives oder negatives Vorzeichen annehmen. Durch den Reststrom vermindert sich die Nachweisempfmdlichkeit bei Komponenten geringer Intensität, und außerdem kann der Reststrom bei höheren Drücken so große Werte annehmen, daß eine einwandfreie Analyse der einzelnen Komponente nicht mehr möglich ist. Die Verringerung des Reststromes bedeutet daher eine Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit und eine Erweiterung des Anwendungsbereiches derartiger Meßgeräte im Gebiet höherer Drücke.

Zur Verminderung des Reststromes sind bereits Massenspektrometerröhren vorgeschlagen worden, bei denen die mit Hochfrequenz gespeisten Trenngitter zwischen weitere Gitterelektroden mit negativem Potential eingeschlossen werden.

Bekannt ist ferner eine mechanische Abschirmung der Ionenquelle gegenüber dem Trennsystem durch Anordnung entsprechender Blenden, deren Ausnehmung den Ionenstrahl hindurchtreten läßt. Die Wirkung der auf negativem Potential befindlichen Abschirmgitter ist jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend. Die mechanische Abschirmung der Ionenquelle bringt den zusätzlichen Nachteil, daß die Teilräume der Ionenquelle und des Trennsystems einzeln evakuiert werden müssen. Eine solche Anordnung ist insbesondere bei der Verwendung des Massenspektrometers als Partialdruckmeßgerät in derHochvakuurntechnik nachteilig.

Die durchgeführten Untersuchungen haben als Ursache des störenden Reststromes hinsichtlich seiner Auswirkung an der Kollektorelektrode folgendes ergeben:

1. Es können nichtresonante geladene Teilchen das Trennsystem durch eine Geschwindigkeitskomponente abweichend von der Richtung des Ionenstrahles seitlich verlassen, und diese finden, obwohl sie das Trennsystem wenigstens teilweise im freien Innenraum der Röhre umgehen, elektrische Feldkräfte vor, welche sie in Richtung zur Auffangelektrode beschleunigen.

2. Resonante oder nichtresonante Teilchen erzeugen beim Auftreffen auf Oberflächen des Trennsystems sekundäre Teilchen, vorzugsweise Sekundärelektronen, welche ebenfalls Geschwindigkeitskomponenten abweichend von der Ionenstrahlrichtung besitzen können und gleichfalls außerhalb des Trennsystems zur Auffangelektrode gelangen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Massenspektrometerröhre zu schaffen, bei der vermieden werden soll, daß vagabundierende Teilchen zur Auffangelektrode gelangen und dort einen unerwünschten Reststromanteil liefern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens der auf der Seite der Kollektorelektrode liegende Teil der Trennstrecke von einer elektrisch leitfähigen, rohrförmigen Abschirmung umgeben ist, die mit der Abschirmung der Kollektorelektrode in Verbindung steht. Getrennte Abschirmungen der Kollektorelektrode sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahme zur weitgehenden Unterdrückung des Reststromes nicht ausreicht, weil vagabundierende Teilchen, welche die Trennstrecke zunächst verlassen haben, unter Umständen bereits vor der Kollektorelektrode in die Trennstrecke zurückkehren und dann ungehindert zur Kollektorelektrode gelangen. Durch die Verbindung der Abschirmung der Kollektorelektrode mit einer Abschirmung des dieser Elektrode zugewandten Teiles der Trennstrecke wird eine wesentliche Restverminderung erzielt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß die rohrförmige Abschirmung der Trennstrecke einstückig an die Abschirmung der Kollektorelektrode angesetzt ist und daß sich zwischen der Kollektorelektrode und dem nächstliegenden Trenngitter eine mit der rohrförmigen Abschirmung verbundene Lochblende befindet. Diese Ausbildung erscheint als bauliche Vereinigung der bekannten, dosenförmigen Abschirmungen von Kollektorelektroden mit der rohrförmigen Umhüllung am Endbereich der Trennstrecke. Ein weiterer Vorteil kann gegebenenfalls dadurch erzielt werden, daß die gesamte Trennstrecke innerhalb der rohrförmigen Abschirmung liegt. Dadurch wird eine besondere wirkungsvolle Reststromunterdrückung erreicht.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Hochfrequenz-Massenspektrometern gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Hochfrequenz-Massenspektrometer gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Hochfrequenz-Massenspektrometer mit ähnlichem Aufbau, bei dem sich die Abschirmung über die gesamte Trennstrecke erstreckt.

In den F i g. 1 und 2 sind im Längsschnitt zylinderförmige Massenspektrometerröhren 1 dargestellt, welche über einen Stutzen 2 mit einer nicht gezeichneten Vakuumapparatur verbunden werden können.

Die Ionenquelle gemäß F i g. 1 enthält eine Haarnadelkathode 3, welche mit ihrer Spitze eine Ausnehmung in einer Blendenelektrode 4 durchstößt. Die Anode 5 ist aus zwei Zylinderteilchen zusammengesetzt und enthält zwei Gitterelektroden 6, 7.

Die Kollektorelektrode 8 ist mit einer rohrförmigen Abschirmung 9 umgeben, die sich über dem Endteil der Hochfrequenz-Trennstrecke 10 erstreckt. Die einen Teil der Abschirmung bildende Lochblende 11 liegt in Strahlrichtung vor der Kollektorelektrode 8.

Zur Stromversorgung der Haarnadelkathode 3 ist eine Heizstromquelle 12 vorgesehen, während alle an den Elektroden auftretenden Gleichspannungen und die Vergleichsspannungen zur Regelung der Hochfrequenzamplitude einem gemeinsamen Netzanschlußgerät 13 entnommen werden. Die Hochfrequenzspannung für die Trenngitter der Trennstreckc 10 liefert ein abstimmbarer Hochfrequenz-Generator 14. Ein einseitig geerdetes Meßgerät 15 zeigt den zur Kollektorelektrode gelangenden Ionenstrom.

Bei der Ausführungsform der F i g. 2 ist an Stelle einer Haarnadelkathode 3 eine gewendelte Glühkathode 16 vorgesehen. Diese liegt innerhalb eines

Kathodenzylinders 17, an den sich eine entsprechend ausgebildete Anode 18 anschließt. Die Hochfrequenz-Trennstrecke 10 und die übrigen Elektroden entsprechen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit dem Unterschied, daß sich die rohrförmige Abschirmung 19 über die gesamte Länge der Hochfrequenz-Trennstrecke 10 erstreckt.

Claims (3)

Patentansprüche: IO

1. Hochfrequenz-Massenspektrometer, insbesondere für Partialdruckmessungen, mit einer Kollektorelektrode, die von einer metallischen, einen Durchtritt für Ionen frei lassenden Abschirmung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der auf der Seite der Kollektorelektrode (8) liegende Teil der Trennstrecke (10) von einer elektrisch leitfähigen, rohrförmigen Abschirmung (9,10) umgeben ist, die mit der Abschirmung der Kollektorelektrode in Verbindung steht.

2. Hochfrequenz-Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Abschirmung (9, 19) der Trennstrecke (10) einstückig an die Abschirmung der Kollektorelektrode (8) angesetzt ist und daß sich zwischen der Kollektorelektrode und dem nächstliegenden Trenngitter eine mit der rohrförmigen Abschirmung (9,19) verbundene Lochblende (11) befindet.

3. Hochfrequenz-Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Trennstrecke (10) innerhalb der rohrförmigen Abschirmung (18) liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen