DE2716287C3 - Multipol-Massenfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Multipci-Massenfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Die Güte von Multipol-Massenfiltern hängt von der Justierung der Polstäbe in der Halterungsvorrichtung ab. Eine Halterungsvorrichtung zur genauen Justierung der Polstäbe eine Quadrupol-Massenfilters ist in der US-PS 35 53 451 beschrieben.

Ein kritischer Parameter ist der Abstand R₀ der Polstäbe von der Symmetrieachse, welcher in funktionalem Zusammenhang mit dem ausgewählten Massewert steht. Bei einer Temperaturänderung ändern sich üblicherweise die Abmessungen der Polstäbe und ihrer Halterungen. Normalerweise bewirkt eine derartige Ausdehnung eine Änderung von /?o und damit auch eine Änderung des Verhältnisses von Masse/Ladung, das ausgefiltert wird.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeit hat man versucht, die Temperatur konstant zu halten. Jedoch ist es beim Einsatz eines Multipol-Massenfilters häufig angebracht, das Massefilter auf einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur zu halten, um die Kondensation von Gasmoteküien auf der Oberfläche der Polstäbe zu vermindern, da sie den Feldverlauf verzerren würde. Es ist jedoch kaum zu vermeiden, daß eine Änderung der Umgebungstemperatur auch zu einer Temperaturänderung im Massenfilter führt und dadurch eine thermische Expansion oder Kontraktion bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eichung eines Massenfilters für eine vorgegebene Wahl der Betriebsspannungen unabhängig von der Temperatur des Massenfilters zu machen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das in dem Patentanspruch gekennzeichnete Merkmal gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen nä her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Massenfilters,

F i g. 2 einen Teilschnitt entlang der strichpunktierten Linie2-2 nach Fig. 1,

Fig.3 eine vervollständigte schematische Darstellung der Schnittansicht nach F i g. 2,

F i g. 4 eine Schnittansicht wie nach F i g. 3 zur Veranschaulichung des Aufbaus bei zwei verschiedenen Temperaturen, und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht in Querrichtung wie nach Fig. 3 zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform.

Fig. I veranschaulicht ein Quadrupol-Massenfilter mit vier zylinderförmigen Polstäben 11a — lic/, die in einer Halterungsvorrichtung 12 angebracht sind. Die über allem liegende Abdeckung 13 ist, wie in der Zeichnung gezeigt, verschoben worden, um den übrigen Aufbau freizulegen. Fig.2 zeigt Einzelheiten der Halterungsvorrichtung mit einem einzelnen Polstab lla, der an einem im wesentlichen ringförmigen Halterungskragen 12a aus Isolierwerkstoff anliegt. Durch eine Schraube 14 wird der Polstab lla an dem Halterungskragen 12a gehalten.

Fig.3 veranschaulicht die vervollständigte Anordnung aus Fig.2 in schematischer Form, wobei der Halterungskragen 12a zusammen mit den verschiedenen Polstäben lla— Wdgezeigt wird. Der Halterungskragen 12a besteht aus einem Werkstoff mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten K\, während die PoI-stäbe lla—lic/ aus einem davon verschiedenen Werkstoff mit dem Wärmeausdehungskoeffizienten K₂ bestehen.

Um nun Ro auch bei einer Temperaturänderung konstant zu halten, muß folgende Beziehung erfüllt sein:

L₁ K₁ = L₂ K₂

wobei Li der Durchmesser der Polstäbe und L\ der Abstand vom Mittelpunkt des Quadrupol-Massenfilters bis zum inneren Umfangsrand des Halterungskragens 12a ist. Weiterhin gilt:

L₁ - L₂ = R₀

Eine Annäherung an eine hyperbolische Oberfläche der Polsiäbe erhält man, wenn der Radius zylinderförmiger Polstäbe gleich R₀ gewählt wird. Dann gilt die folgende Beziehung:

= 1,1468R₀.

Durch Einsetzen von Gleichung (3) in die Gleichung (2) ergibt sich

L₁ = R₀ + 2 (1,1468) R₀ = R₀ (3,2936). (4)

Eine Umformung der Gleichung (1) und die Sub-4j stitution der Gleichungen (3) und (4) ergibt:

Lj_ ₌ R₀ (3,2936)
L₂ R₀ (2,2936)

= 1.436. (5)

Die obigen Ausführungen veranschaulichen, daß bei einem derartigen Quadrupol-Massenfilter das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten 1,436 betragen sollte. In diesem Fall bleibt Ro konstant, wie F i g. 4 zeigt, in der die gestrichelten Umrißlinien die Struktur nach Fig. 3 im kalten Zustand zeigen und in der die ausgezogenen Umrißlinien die Struktur im warmen Zustand darstellen.

Einige Werkstoffe für Halterung und Polstäbe erfüllen die vorgenannten Kriterien. Der Werkstoff des Polstabes kann leitend sein, oder isolierend mit einer Oberfläche, auf welche eine leitende Schicht aufgebracht worden ist. Der Werkstoff der Halterung muß isolierende Eigenschaften aufweisen.

Eine geeignete Kombination besteht aus Polstäben aus Molybdän mit einem Halterungswerkstoff aus Siliziumnitrid. Weiterhin wurden Kombinationen aus Aluminiumoxid und Molybdän, sowie Aluminiumoxid

und Edelstahl als Werkstoffe für die Polstäbe bzw. die Halterung erprobt. Die Temperatur der Massenfilteranordnung wurde verändert, und die Verschiebung des Massewertes infolge der Änderung von Ro gemessen. Wie zu erwarten, bewirkt die Kombination Aluminiumoxid/Molybdän eine Verschiebung in die entgegengesetzte Richtung wie die Kombina-ion Aluminiumoxid/ Edelstahl. Das Massenfilter mit der Werkstoffkombination Siliziumnitrid und Molybdän zeigte die geringste Verschiebung. Molybdän weist einen Temperaturkoeffizienten von 4,9 χ 10-⁶K-¹ und Siliziumnitrid einen Wert von 2,7 χ 10"⁶ K"¹ auf; dies ergibt ein Verhältnis von 1,815. Eine andere geeignete Werkstoffkombination wäre für die Polstäbe ein Werkstoff mit einem Temperaturkoeffizienten von 12,OxIO-⁶K-¹ und für die Halterung ein Werkstoff γ.ίϊι einem Temperaturkoeffizienten von 8,5Ox ΙΟ-⁶ K-¹, welches ein Verhältnis von 1.419 ergibt, das recht nahe an dem Wert von 1,436 liegt.

Fig.5 stellt eine andere Ausiührungsform der Erfindung dar, bei der die Halterungsvorrichtung auch freitragende Stützen 21 a — 21 deinschließt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Multipol-Massenfilter mit Polstäben, die einen minimalen Abstand Ro von der Symmetrieachse des Massenfilters aufweisen, und mit einer Halterungsvorrichtung für die Polstäbe, wobei die Polstäbe einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Halterungsvorrichtung haben, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Wärmeausdehnungskoeffizienten so gewählt ist, daß der minimale Abstand R₀ temperaturunabhängig ist