DE1448178B2

DE1448178B2 - HIGH FREQUENCY MASS SPECTROMETER

Info

Publication number: DE1448178B2
Application number: DE19611448178
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Phys Dr 5000 Köln Reich
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1961-06-15
Filing date: 1961-06-15
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE1448178A1; US3233098A; GB1005854A

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.The invention relates to a high-frequency mass spectrometer, in particular for partial pressure measurements, with a collector electrode, which is made of a metallic one, leaving a passage for ions free Shield is surrounded.

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.When operating mass spectrometers, the current component is given by the proportion of the ion mass (Ion current) superimposed on the collector electrode a residual current which has a zero value, d. H., even if the frequency is remote from the resonance condition of the ion masses, it does not completely disappear. Incidentally, this is both pressure and frequency dependent and can be positive or negative Accept the sign. The detection sensitivity is reduced by the residual current Low intensity components, and also the leakage current at higher pressures can be so large Values assume that a proper analysis of the individual components is no longer possible. the A reduction in the residual current therefore means an increase in the detection sensitivity and an expansion the scope of such measuring devices in the area of higher pressures.

Zur Verminderung des Reststromes sind bereits Massenspektrometerröhren vorgeschlagen worden, bei denen die mit Hochfrequenz gespeisten Trenngitter zwischen weitere Gitterelektroden mit negativem Potential eingeschlossen werden.To reduce the residual current, mass spectrometer tubes have already been proposed, in which the dividing grid fed with high frequency between further grid electrodes with negative Potential to be included.

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.Mechanical shielding of the ion source from the separation system is also known Arrangement of corresponding diaphragms, the recess of which allows the ion beam to pass through. The effect however, the screening grid, which is at negative potential, is not sufficient in many cases. The mechanical shielding of the ion source has the additional disadvantage that the sub-spaces the ion source and the separation system must be evacuated individually. One such arrangement is especially when using the mass spectrometer as a partial pressure measuring device in high vacuum technology disadvantageous.

Die durchgeführten Untersuchungen haben als Ursache des störenden Reststromes hinsichtlich seiner Auswirkung an der Kollektorelektrode folgendes ergeben: The investigations carried out have as the cause of the disturbing residual current with regard to its Effects on the collector electrode result in the following:

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.1. Non-resonant charged particles can enter the separation system through a velocity component to the side deviating from the direction of the ion beam, and find this although they bypass the separation system at least partially in the free interior of the tube, electrical Field forces before which they accelerate in the direction of the collecting electrode.

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.2. Resonant or non-resonant particles generate when they hit surfaces of the separation system secondary particles, preferably secondary electrons, which are also velocity components deviating from the ion beam direction and also outside the separation system to the collecting electrode reach.

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. The invention is based on the object of creating a mass spectrometer tube in which should be avoided that stray particles get to the collecting electrode and there deliver unwanted residual current. To solve this problem it is provided according to the invention, that at least the part of the separating distance lying on the side of the collector electrode from an electrical conductive tubular shield is surrounded by the shield of the collector electrode communicates. Separate shields of the collector electrode are different Embodiments known. It has been shown, however, that this measure for extensive suppression of the residual current is not sufficient, because stray particles, which the separation distance initially may return to the isolating distance before the collector electrode and then reach the collector electrode unhindered. By connecting the shield the collector electrode with a shield of the part of the separating distance facing this electrode a substantial residual reduction is achieved.

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 a further embodiment of the invention, it can be useful that the tubular shield the separating distance is attached in one piece to the shielding of the collector electrode and that between the collector electrode and the closest separating grid one with the tubular shield connected pinhole. This training appears as a structural union of the well-known, can-shaped shields of collector electrodes with the tubular casing on End of the isolating distance. Another advantage can optionally be achieved in that the entire separation distance lies within the tubular shield. This makes it a particularly effective one Residual current suppression reached.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Hochfrequenz-Massenspektrometern gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigtThe drawing shows two exemplary embodiments of high-frequency mass spectrometers according to FIG Invention shown schematically. It shows

F i g. 1 ein Hochfrequenz-Massenspektrometer gemäß der Erfindung,F i g. 1 shows a high-frequency mass spectrometer according to the invention,

F i g. 2 ein Hochfrequenz-Massenspektrometer mit ähnlichem Aufbau, bei dem sich die Abschirmung über die gesamte Trennstrecke erstreckt.F i g. 2 a high-frequency mass spectrometer with a similar structure, in which the shielding extends over the entire isolating distance.

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.In the F i g. 1 and 2 are shown in longitudinal section cylindrical mass spectrometer tubes 1, which can be connected to a vacuum apparatus, not shown, via a nozzle 2.

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.The ion source according to FIG. 1 contains a hairpin cathode 3, which has a recess with its tip pierced in a diaphragm electrode 4. The anode 5 is composed of two cylindrical particles and contains two grid electrodes 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.The collector electrode 8 is surrounded by a tubular shield 9, which extends over the End part of the high-frequency isolating distance 10 extends. The pinhole forming part of the shield 11 lies in front of the collector electrode 8 in the beam direction.

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.To supply power to the hairpin cathode 3, a heating current source 12 is provided while all is on DC voltages occurring at the electrodes and the comparison voltages for regulating the high-frequency amplitude can be taken from a common network connection device 13. The high frequency voltage a tunable high-frequency generator supplies the separating grids of the separating section 10 14. A measuring device 15 grounded at one end shows the for Ion current reaching the collector electrode.

Bei der Ausführungsform der F i g. 2 ist an Stelle einer Haarnadelkathode 3 eine gewendelte Glühkathode 16 vorgesehen. Diese liegt innerhalb einesIn the embodiment of FIG. Instead of a hairpin cathode 3, 2 is a coiled hot cathode 16 provided. This lies within a

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.Cathode cylinder 17, to which a correspondingly designed anode 18 is connected. The high frequency isolating distance 10 and the other electrodes correspond to the embodiment of FIG the difference that the tubular shield 19 extends over the entire length of the high-frequency isolating distance 10 extends.

Claims

Claims: IO

1. High-frequency mass spectrometer, especially for partial pressure measurements, with a Collector electrode covered by a metallic shield that allows ions to pass through is surrounded, characterized in that at least the one on the side of the collector electrode (8) lying part of the separating distance (10) from an electrically conductive, tubular Shield (9,10) is surrounded, which is connected to the shield of the collector electrode in Connection.

2. High-frequency mass spectrometer according to claim 1, characterized in that the tubular shield (9, 19) of the separating distance (10) in one piece with the shield of the Collector electrode (8) is attached and that is between the collector electrode and the closest Partition grille with a perforated screen (11) connected to the tubular shield (9, 19) is located.

3. High-frequency mass spectrometer according to claim 1 or 2, characterized in that the entire separation distance (10) lies within the tubular shield (18).

1 sheet of drawings