DE2362560A1 - Doppeltfokussierendes massenspektrometer mit mehreren ionenstrahlen - Google Patents

Description

2362560 Katentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard üedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

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NIHON DSNSHl SABOSHIKI KMfflA 1418, Nakagami-dio, A&shima-shi, TOKYO, Japan

Doppeltfokussierendes Massenspektrometer mit mehreren lonenstralileii

Die Erfindtmg betrifft ein dqppeltfokussierendes Massenspektrometer mit mehreren lonenstraMen aus mehreren lonenstralilquellen, an die zur Beschleunigung der Ionen Beschleraiigraigssparaiungen von Beschleunigungsspanninigsquellem gelegt sincL

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Insbesondere handelt es sich um ein doppeltfokussierendes Massenspektrometer mit mehreren Ionenstrahlen, bei dem in einer einzelnen Massenspektrometereinheit mehrere Ionenstrahlen analysiert werden, so daß man parallel erfaßbare bzw. gleichzeitig erfaßbare Mehrfachsignale erhält.

Bei bekannten Massenspektrometern mit mehreren Ionenstrahlen verwendet man gewöhnlich Ablenkelektroden zur Steuerung der einzelnen Ionenstrahlgänge. Zur Bildung periodischer Ionenstrahlen verwendet man Ablenkplatten. Die periodischen Ionenstrahlen werden in geeigneter Weise auf das Massenspektrometer gerichtet und als parallel erfaßbare bzw. gleichzeitig erfaßbare Mehrfachsignale erfaßt bzw. empfangen. Schließlich werden die Signale mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung getrennt, um mehrere Massenspektra zu erhalten.

Da bei einer derartigen Vorrichtung die von den Ionenstrahlquelle^ ausgesandten Ionenstrahlen entweder vollständig ein- oder ausgeschaltet sein ir-"ssen, benötigt man Ablenkimpulse mit sehr hohen Potentialen, um eine ausreichende Ablenkung au erzielen. Da diese Ablenkimpulse, welche auf die Ionenstrahlen einwirken, zu einer hohen Energiedispersion führen, ergibt sich der Nachteil, daß die Auflösung des Massenspektrometers erheblich beeinträchtigt wird.

Da der Energiebereieh der Ionen, welche durch den normalerweise

hindurchtreteq, t sehr schmalen Eintrittsspalt der Vorrichtung/begrenzt ist, ist die Fließgeschwindigkeit bzw. die Fließrate des Ionenstrahles, der durch das Massenspektrometer gerichtet ist, demzufolge erniedrigt, und die Empfindlichkeit der Vorrichtung wird hierdurch weiterhin erniedrigt. Außerdem besteht ein Unterschied im Grad der Ablenkung des Ionenstrahles, der jeweils von der entsprechenden Ionenstrahl-

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quelle ausgesendet wird. Hierdurch wird die Intensität oder die Aberration der einzelnen Ionenstrahlen, die von den Ionenstrahlquellen ausgesandt werden, beeinflußt, was zu verschiedenen WiTrkungen führt. Hierdurch wird natürlich die analysierte Genauigkeit der Vorrichtung nachteilig beeinflußt. Das Auflösungsvermögen wird des weiteren noch dadurch beeinträchtigt, daß die Ionenstrahlen, welche verarbeitet werden und ständig in bestimmten Richtungen fortschreiten, einer nachteiligen Ablenkung unterworfen sind, aufgrund der Anstiegs- und Abfallzeit der Ablenkimpulse, wodurch transiente bzw. rasch vergehende Änderungen im elektrischen Feld hervorgerufen werden. Selbst wenn eine Ablenkung in der Längsrichtung des Spaltes erzeugt wird, beispielsweise angenommen, daß ein troidales elektrisches Feld angelegt wird, würde eine negative Auswirkung auf das Auslösevermögen eigentlich unvermeidbar sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein doppeltfokussierendes Massenspektrometer mit mehreren lonenstrahlen zu zeigen, das lediglich ein einzelnes Instrument verwendet, während zur gleichen Zeit parallel bzw. gleichzeitig erfaßbare Mehrfachsignale erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Massenspektrometer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zumindest eine der Beschleunigungsspannungen von den übrigen BescHeunigungsspannungen abweicht, daß Leitmittel vorgesehen sind, welche die verschiedenen lonenstrahlen als einzigen Ionenstrahl längs eines gemeinsa- - men Strahlenganges leiten, daß ein elektrisches Feld zur Dispersion des Ionenstrahles in Abhängigkeit von der Energie der lonenstrahlen vorgesehen ist, wobei an der Ausgangsseite des elektrischen Feldes ein Austrittsspalt vorgesehen ist, durch welchen nur lonenstrahlen mit einer Energie innerhalb eines bestimmten Energiebereiches

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hindurchgelangen, daß ein Magnetfeld vorgesehen ist, das die durch den Austrittsspalt hindurchgetretenen Ionenstrahlen in Abhängigkeit von ihren Massenladungsverhältnissen trennt, daß Detektoren vorgesehen sind, die die fokussieren Ionen als parallel erfaßte (time shared) bzw. gleichzeitig erfaßte Mehrfachsignale erfaßt und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die die parallel erfaßten Mehfachsignale verarbeitet.

Bei dem doppeltfokussierenden Massospektrometer gemäß der Erfindung werden die von den Ionenstrahlquellen ausgehenden Ionenstrahlen so gesteuert, daß sie einen einzelnen Ionenstrahl bilden.. Dieser einzelne Ionenstrahl wird in ein elektrisches Feld eingebracht, während die Beschleunigungsspannungen bzw. die Intensität des elektrischen Feldes schrittweise verändert wird, so daß aufgrund der Energiedispersion, welche von diesem elektrischen Feld bewirkt wird, die entsprechenden Ionenstrahlen bei unterschiedlichen Beschleunigungsspannüngen beschleunigt werden und wiederholt und aufeinanderfolgend in ein magnetisches Feld eingebracht werden. An der Ausgangsseite desselben erfaßt ein Detektor diese sich wiederholenden und aufeinanderfolgenden eingeleiteten Ionenstrahlen und wandelt diese in parallel erfaßbare bzw. gleichzeitig erfaßbare (time shared) Signale um.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so ausgestaltet, daß die entsprechenden Beschleunigungsspannungen, welche an die Ionenstrahlquellen gelegt sind, mit einer vorgegebenen Impulebreite geändert werden und eine solche Phasenbeziehung aufweisen, daß die periodischen Signale in sich wiederholender Reihenfolge auf eine Sollwerthöhe bzw. Setzhöhe bezogen werden. Die Ionenstrahlen, welche von den Ionenstrahlquellen ausgesendet werden, werden in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung beschleunigt und ent-

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lang eines gemeinsamen Strahlenganges ausgerichtet. Schließlich werden sie erfaßt bzw. empfangen und mittels eines Sekundärelektronenverstärkers verstärkt. Der das elektrische Feld bildende Teil des Massenspektrometers hat noch eine weitere Steuerfunktion, welche darin besteht, daß er die lonenenergieaberrationen korrigiert. Die Intensität des elektrischen Feldes ist atf eine Höhe festgelegt, bei der nur Strahlen, welche von der Beschieunigungsspannung beschleu-

nigt werden (festgelegt auf der Sollwerthöhe bzw» der Setzhöhe), auf dem gemeinsamen Strahlengang fortschreiten wad in eich wiederholender Reihenfolge in das fokossierende Magnetfeld eingeleitet werden, so daß sie schließlich als parallel esf&ßbare bzw. gleichzeitig- er« faßbare Mehrfachsignale im Detektor ausgewählt werden,,

Eine zweite Ausführraigsform der Esrfiintoog M so amsgestaltetj daß die lonenstrahlquelleii mit verschiedenen Wertem von B@seM@unigungsspannungen beaufschlagt werden* Die ausgesendetes IcmeasteaHen werden auf einen gemeinsamen Strahlengang gerichtet. Di® Ionenstrahlen werden des weiteren In ein elektrisches Feld geleitet, das einen Teil des Massenspektrometers bildet. Dieses korrigiert die Energieaberrationen der Ionen. Die Intensität des elektrischen Feldes wird in wiederholter Reihenfolge geändert^ sodaß ledigliel die von der BescMeunigungsspanraing besehleuEigteii loneiL, welche sich der ändernden Intensität des elektrischen Feldes fügen, in richtig wiederholter Reihenfolge in das f okussierende Magnetfeld geleitet werden. Als Ergebnis ergibt sich, daß parallel erfaßbare bzw. gleichzeitig erfaßbare Mehrfaehsignale im Detektor erfaßt bzw.. empfangen werden.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist s© ausgestalte^ daß ~. irgendeine der Beschleunigungsspannungei^ welch© an die lonenstrahiquellen gelegt werden, festgelegt ist auf eineJSöHwexttiÖlie-bzw. auf eine Setzhöhe und die restliche Spannung bzw» S^mraigem etareis Aus-

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wahl der Impulsbreite und Phase in geeigneter Weise geändert werden. Auf diese Weise erzeugt man eine sich wiederholende Folge bei einem vorbestimmten korrigierten Sollwert. Gleichzeitig wird die Intensität des elektrischen Feldes genau auf eine Höhe festgelegt, die der Beschleunigungsspannung auf der gleichen Sollwerthöhe entspricht. Der Ionenstrahl von der Ionenquelle, an welche die festgelegte Beschleunigungsspannung gelegt ist, wird kontinuierlich in das fokussierende Magnetfeld eingeleitet und der Ionenstrahl bzw. die Ionenstrahlen von der Ionenquelle bzw. den Ionenquellen, an welche die veränderte Beschleunigungsspannung angelegt ist bzw. sind, werden in das fokussierende Magnetfeld entweder intermittierend oder in wiederholter Reihenfolge eingeleitet. Im Detektor werden überlagerte parallel erfaßbare bzw. gleichzeitig erfaßbare Mehrfachsignale zusätzlich zu den Signalen, welche von dem Ionenstrahl bzw. den Ionenstrahlen kommen, die von der festgelegten Beschleunigungsspannung beschleunigt werden, erhalten.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Grundlage der vorbesciriebenen drei Ausführungsbeispiele.aufgebairt. Es enthält jedoch einen Signalgenerator zur Einleitung der Ionenherstellung und zur Festlegung der Zeitdauer für die Ionenherstellung,, der Folgefrequenz .und der Phase des Signals, das an die Ionenstrahlquelle gelegt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Beschleunigungsspannung verändert wird, werden die Zeitdauer zur Erzeugung von Ionen, die Folgefrequenz und die Phase durch den Generator so festgelegt, daß die Ionenstrahlen während der Anstiegs- und Abfallszeit der Beschleunigungsspannung licht in den Detektor eingeleitet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Intensität des elektrischen

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Feldes verändert wird, werden vom Generator die Zeitdaie r für die Erzeugung der Ionen, die Folgefrequenz und die Phase so festgelegt, daß die Ionenstrahlen während der Anstiegs- und Abfallzeit der Intensität des elektrischen Feldes nicht in den Detektor eingeleitet werden. ·

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wird als Detektor eine Vervielfacherröhre oder ein Farad aykäfig verwendet ,und das Magnetfeld wird überstrichen bzw. gewobbelt. Darüber hinaus ist es möglich, das Magnetfeld festzulegen bzw. zu blockieren und die Beschleunigungsspannung und das elektrische Feld, welche miteinander gekoppelt sind, zu wobbeln bzw. zu überstreichen. Da die Beschleunigungsspannung oder das elektrische Feld in festgesetzten Intervallen geändert wird, könnte die hierzu notwendige Schaltung verhältnismäßig kompliziert werden. Sollte jedoch die Vorrichtung so ausgestaltet sein, daß das Wobbeisignal und der Impuls tiberlagert sind, wird der Betrieb eher praxisbezogen,

Ih den beiliegenden Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungdargestellt und es soll anhand dieser Figuren die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ansführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 Wellenformen zur Erläuterung der Erfindung;

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Fig. 4 und 5 Wellenformen, die an den entsprechenden Detektorausgängen bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung erhalten werden.

Bi der Figur 1 sind Ionenstrahlquellen 1 und 2, Ablenkelektroden 3 und 4 dargestellt. An die Ablenkelektroden ist eine konstante Spannung von einer Spannungsquelle 5 gelegt, so daß die von den Ionenstrahlquelle!! 1 und 2 ausgesendeten Icsienstrahleia entlang eines gemeinsamen Strahlenganges ausgerichtet werden. Die Ablenkelektroden können entfallen, weim durch eine relativ geringe Verschwenkung der Ionenstrahlquellen relativ zueinander es möglich ist, die Ionenstrahlen genau zu überlagern. Des weiteren ist eine Korrekturelektrode 6 vorgesehen, welche eine Aberration hoher Ordnung, die aus der geringen Differenz der Einfalls winkel der von den lonenstrahlquellen ausgesendeten lonenstrahlen resultiert, beseitigt. Diese Korrekturelektrode ist ein wesentlicher Bestandteil, wenn Massenspektra mit hoher Auflösung erwünscht sind. Die Korrekturelektrode benötigt lediglich 2inen kleinen Rechteskimpuls für ihren wirksamen Betrieb. Ein Steuerimpulsgenerator 8 erzeugt einen Rechteckwellenausgang, der an eine Beschleunigungsspannungsquelle 9 und an einen Korrekturimpulsgenerator 10 gelegt wird. Vom Steuerimpulsgenerator 8 werden auf der NullpegelspaMiung V_Q Rechteckwellen überlagert, die gegeneinander phasenverschoben sind. Es werden dann von der Beschleunigungsspannungsquelle 9 Spannungen erzeugt, wie sie in den Figuren 3 (a und b) dargestellt sind. Diese Spannungen werden an die Ionenstrahlquellen 1 und 2 geliefert. Da die Besehleu— nigungsspannung V_Q genügend größer ist als die Amplitude 8i der Rechteckwelle, wird die Energieveräsderung Δ E der Ionenstrahlen, welche von aY hervorgerufen wird, verhältnismäßig klein. Der Korrekturimpuls für den Korrekturimpulsgenerator 10 wird mit dem

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Steuerimpuls vom Steuer impulsgenerator 8 synchronisiert. Die relativen Phasen der Bescfeleimigraigsspamiimgen sind so festgelegt, daß die Ionenstrahlen, welcher der. Zeitdauer &wge ordnet sind, wäii-. rend der die Beschleunigungsspasmungem bei W_n liegen^ in geeigneter Weise korrigiert werdeEo Mit Il ist em Haiaptölbjekfcsjmlt teseiefeaei, über den clas Bild auf der liollektorg@it@ fokussiert wird» Mit 12 ist ein zweiter Spalt bezeichnet zur Begrenzung ubb Bivergenzwissköls des lonensirahls. Die Wirkungsweise des Spaltes ist die gleiche wie die der Iris eines optischen Bystems» Mit 13 ist das elektrisch© Feld des doppeltfokussierenden Massenspekteometers bezeichnet. Dieses elektrische Feld dient dazu, am die Energie&bSKratilosip woleh© aue der lonenstrahldispersion resultiert^ ze begrenzen raid ttm

©mem fokessierenden Magnetfeld 14 ist es so^nsge§Mtet_P dsl es die erhöhten Anforderisigen an die Oeiiakigkeit bei der doppsltfoknsei© renden gfpekfcrosköpietechnik erfüllt. Die lonenstralilenj,' weiche den lonenstrahlquellen 1 und l'amgegendet-westleng werden νου den Bescßletmigi^ss^i*Säi^nJ^_Ä'«I ¥_Q. + &¥ besctsleeisgfc so überlagert^ daß sie einen einzelaesi I«m@sistrahl MKSeM₉ ά®τ w. elektrische Feld 13 eingeleitet
γόη einer Spaimungsquelle 15 erzeugt„ Bas elektrische FeM IZ trennt Jeden Ionenstrahl aufgrund~der Bispersionswlffcttag im solcli<s strahlen^ welche von der Spannung ¥_Q mn 'fm' a¥ + ¥_ß worden sind. Mit 16 ist ein dritter Spalfc-beseichnet"aus¹ der

Bereiches ΔΕ _ von den insgesi
y

dispergierten Ionen hindurchläßt. Im a

bistimmte Energieverä

ήΙ_Λ um einen ausreichendem Betrag größer ist als Δ © ist der

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Bereich der Energieveränderungen Δ E aufgrund der Änderungen der Beschleunigungsspannung AV größer als die Summe τοπ Δ Ε und Ae. Demgemäß werden nur lonenstralilen^ welche dann beschleunigt worden sind, wenn die BeschlemigungsspaBmmg ¥_ß Ist, durch den Spalt 16 hindurchgelassen. Diese Ionenstrahlen werdsn dann zum Magnetfeld 14 geführt. Die Jonenstrahlen werden dann mittete des Magnetfeldes 14 fokussiert, so daß sie auf die Mitte des Austrittsspaltes 18 auftreffen. Sie gelangen dann ma, einem Detektor 19, beispielsweise einem Farädaykäfig, wo sie dann erfaßt werden. Das Magnetfeld 14 wird gewobbelt, indem die Spannung derSpaaaisaigs quelle 20 zur Erzeugung des Magnetfeldes geändert wird_s so «ia£ eine elektrische Erfassung fogw. ein elektrischer Empfang moglMs ist. Das empfangene Signal_s das als parallel erfaßbarer bzw» gleichzeitig erfaßbarer Mehrfachimpuis mit EschteckweHenfcsrm awsgebiMe ist, gelangt in eine Signalver&rbeitisigssiaFiefetaag 2S₃ e§,cM©m @s vom Detektor 19 empfangen rand mittels eines Verstärkers 22 verstärkt worden ist. Das empfangene Signalgeben Amplitude ima desge Grundlinie sich ändern und das zwei Postern vsn IMormationen trägt, ist in der Figur 4 dargestellt, νΐίά zwar als durchgezogene LMe. Dieses Signal wk-^-yae-feronisiert und mittels eines StenerimpaJses vom Steuerimpulsgenerator 8 getrennt. Jedes MassenspektrusH wird dann codiert und.im Speicher der SignalYerarbeitoiigseliiriclifiaig 2t gespeichert.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung soE im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben werden. Der Steuerimpulsgenerator 8 liefert einen Steuerimpuls, der die gleiche Phase und Wellenform wie die Rechteckwelle in der Fig„ 3 (a) aufweist, an einen Signalgenerator 25, wodurch die Erzeugung der lonea eingeleitet wird. Dieser Signalgenerator legt die die lernen erzeugenden

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Sagsaale abwechselnd während einer Zeitdais r T an die lonenqueUen 1 MLd %. Hur während der Zeitdauer T-.werden Ionen erzeugt, wobei diese Zeitdauer relativ zur Anstiegs- raid Ausfallzeit des Steuerimpulses

die» mn &T verzögert ist. Demgemäß erscheinenioaen nur" innerhalb "der Zeitdauer T/2 des einzelnen Steuerimpulses. Da während der Anstiegs- und Abfallzeit der BescSileuntgungssparaiimgen (a) und φ) kerne lernen erzeugt werden, werden nachteilige Ablenkungen der -lojSeiisfxahlen-in der Mähe des eieWrischen Feldes 13 aufgrund teiisienter BeschleunsgungsspaEiiisngsänderungen vermieden. Die Yesrarbeitung der lonenstrahlen erfolgt in der gleichen Weise, wie im vorstehenden beschrieben«

Die Figur zeigt eine weitere Ansüfenmgsiof m der Erfindung. Ih dieser Figur haben gleiche Bauteile die gleichen Bezmgszeiehen wie In der Figur 1. Die Besehieimlgmjgsspannungsqiaelle 9 legt Besohlen- ' . jßiipmgsspannmgeH verschiedener Höhe an'die lonenstralüquellen 1 2₉ so daß jede Ionenstrahlquelle Ionen aussendet^ welche unter- _ ■

Energieniveaus aufweisen. Jeder Ionenstrahl wird mittels der Ablenkelektroden S und 4 abgelenkt so daß sie zu einem einzelnen Strahl konvergieren, der in das elektrische Feld 13 eintritt. Der ■ Steusrimpulsgenerator 8 legt as die Spanirangsquelle 15 zur Erzeugung des elektrischen Feldes und an die Sigimlverarbeitimg-semrichtung__23__il=i_ Steuerimpulse mit Rechteckwellsnform. Demgemäß versorgt die gpamungsquelle 15 für das elektrische Feld die-Elektroden, welche das elektrische Feld hervorrufen, mit gesteuerten Spannungen, wodurch die Feldintensitätj welche mit der Energie der Von den entsprechenden . lonenstrahlquellen ausgesendeten lonenstrahlen mitschwingt, in Abhängigkeit von den Anstiegs- und Abfallzeiten der Steuerimpulse sich wiederholend und aufeinanderfolgend geändert wird. Das elektrische Feld 13 fokussiert die Ionen,, korrigiert die ais den Unterschieden

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in den Energieniveaus der Ionen resultierende Aberration und trennt die Vielfachionenstrahlen, welche aufgrund der Dispersions-Wirkung erzeugt worden sind. Die gepulsten Ionenstrahlen von den entsprechenden Ionenquellen gelangen wahlweise durch den Dispersionsbegrenzungsspalt und werden zum magnetischen Feld 14 geleitet, das durch die Spannungsquelle 20, welche das magnetische Feld erzeugt, gewobbelt wird. Die Spannungsquelle 20 wird so betrieben, daß die Ionenstrahlen fokussiert werden. Die Ionenstrahlen werden dann vom Detektor 19 erfaßt bzw. empfangen und erscheinen als Signal, wie es durch die ausgezogene Linie in der Figur 4 dargestellt ist. Das empfangen e Signal wird in der Signalverarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuerimpuls vom Steuerimpulsgenerator 8 getrennt und im Speicher gemäß dem Massenspektrum des einzelnen Ionenstrahls aufgezeichnet bzw. gespeichert.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Steuerimpuls vom Steuerimpulsgenerator 8 an den Signalgenerator 25 gelegt, der die Erzeugung der Ionen steuert. Nur während der Zeitdauer Tj werden Ionen erzeugt. Diese Zeitdauer ist in geeigneter Weise gegenüber den Anstiegs- und Abfallzeiten der Steuerimpulse um &.Tverzögert. Diese Zeit erstreckt sich lediglich während der Zeitdauer T/2 des entsprechenden Steuerimpulses.

Mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist es möglich, die Beschleunigungsspannungswellenform an jede Ionenstrahlquelle unabhängig von der Synchronisierung mit den Steuerimpulsen zu erzeugen. In den Figuren 3 (a) und (b) treffen die Anstiegs- und Abfallzeiten der Beschleunigungsspannungen aufeinander bzw. koinzidieren. Es ist jedoch möglich, die Vorrichtung so auszugestalten, daß die Anstiegs- und Abfallzeiten so eingeteilt sind, daß die eine Beschleunigungsspannung ansteigend ist, währendde andere mit entsprechender

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Verzögerung abfaEend ist und- umgekehrt. Das Vielfachsignalj das in der Figur 4 dargestellt ist, kam im Detektor erhalten werden. Jedes aufgezeichnete bzw. registrierte Signal wird ein parallel bzw. gleichzeitig erfaßbarer Impuls^ der zur Grundlinie zurückläuft.

Auch kann die Vorrichtimg so aus gestaltet werden«, daß eine Beschleunigungsspannung ständig auf ein<sn speziell©!! Wert festgehalten wird., während die übrigen Beschleiinigungsspannuiigen verändert werden. Die Figur 5 zeigt das hieraus resultierende empfangene Signal, das man mittels einer solchen Vorrichtung erhält«, Da eine Komponente dies es Signals parallel erfaßbar bzw» gleichzeitig erfaBbar (time shared) ist, und die andere Komponente die Summe von beiolea Komponenten ist, ist es notwendig,, die Sigiial&omponente vom addierten bzw.. vom Summensignal zu subtrahieren» Die Verarbeitimg der Signalkomponenten erfolgt mittels der-Signalverarbeitimgseinrichtung. Wenn es notwendig ist_s die Fließgegchwindigkeit bzw= Fließrate der lonenstralilen von den einzelnen I©menstraWkp©Il@n zu ändern, kann man die erwünschte Wirkung dadurch ersi@le% daß man das Zeitverhältnis, während dem die-Ionenstrahlen zum Magnetfeld geführt werden^ ändert.

Bei einer typischen Anwendung der Erfindung wird eine Stamdardprobe, beispielsweise Parafluorkerosuv in eine der lonenstegM= quellen eingebracht und die Probe, welche geprüft werden soll, wird in. die andere lonenstrahlqie He eingebracht. Da das MasseaJladraigsverhältnis der Standardprobe normalerweise geringer ist als 80O₉ können regelmäßig geordnete Spektra mit' genau bekannten Massenzahlen bei jeden 12 bis 14 Maesenzahlen erhalten werden,, Wem Jedoch die Probe, die geprüft werden soH_s ein Massenladungsver« hältnis von mehr als 800 aufweist^ ist es nicht möglich, die Massen-

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Spektra dieser Probe durch Vergleich mit der Standardprobe festzulegen bzw. zu bestimmen. In diesem Fall wird die Probe, welche untersucht werden soll, zusammen mit der Standardprobe in die erste Ionenstrahlquelle eingebracht. Die kombinierten Proben werden ionisiert und die hieraus resultierenden lonenstrahlen werden durch V- beschleunigt. Gleichzeitig wird eine Standardprobe, welche allein in die zweite Ionenstrahlquelle eingebracht ist, ionisiert und die resultierenden lonenstrahlen werden mittels einer Beschleunigungsspannung V„, deren Wert größer ist als der von V-, beschleunigt. Demgemäß wird die Intensität des elektrischen Feldes abwechselnd in Übereinstimmung mit V₁ und V₅₃ geändert bzw. nmgewandelt,und zwar.in Intervallen^- welche genügend kleiner sind als irgendeine Spitzenwertsbreite.

Es werden von beiden Proben überlagerte Spektren im Detektor enthalten, wobei das Massenspektrum von der zweiten Ionenstrahlquelle in der Position der größeren Masse erscheint= -Ih diesem Fall besteht ein Zusammenhang M₁V₁, =!£„,¥« zwischen den Massenzahlen M- und M«, v/elche von V., und V« entsprechend bescMeraiigl worden sind und gleichzeitig den Kollektor erreicht laben. Wenn man nun annimmt, daß V- ^=KVo* ^³¹®^{1 mBXi} ^^en Wert vor K dwell Vergleich des bekannten Massenscheidewertes der Standardprobe aus der ersten Ionenstrahlquelle mit dem bekannten Massensclieitelwert der Standardprobe aus der zweiten Ionenstrahlquelle vergleichen, so daß die hohe Massenspitze/bzw. Massenscheitelwert der Probe, die zu untersuchen war, bestimmt werden kann.

Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, ist es bei der Erfindung möglich, Mehrfaehionenstratilen aus mehreren lonenstraiilquellen zu behändem und diese als einen Ionenstrahl zu leiten raiol führen.

Außerdem ist es möglich, Massenspektra zu erhalten, die bestimm ten lonenstrahlen von einzelnen lonenstrahlquellen durch die Verwendung eines einzelnen Massenspektrometers zuzuordnen. Hieraus ergeben sich große Möglichkeiten für ein breites Anwendungs- ' . gebiet bei der Messung von Massenspektra derselben Probe mit unterschiedlichen Quellen oder der Messung einer Probe durch Vergleich mit einer Standardprobe oder die gleichzeitige Messung von unterschiedlichen Proben und andere Anwendungsmöglichkeiten.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   f 1 JDoppeltfokussierendes Massenspektrometer mit mehreren Ionenstrahlen aus mehreren Ionenstrahlquellen einer Beschleunigungsspannungsquelle zur Lieferung von Beschleunigungsspannungen für die Ionenstrahlquellen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Beschleunigungsspannung von den üblichen Beschleunigungsspannungen abweicht, daß Leitmittel vorgesehen sind, welche die verschiedenen Ionenstrahlen als einzigen Ionenstrahl längs eines gemeinsamen Strahlenganges leiten, daß ein elektrisches Feld zur Dispersion des Elektronenstrahles in Abhängigkeit von der Energie der Ionen vorgesehen ist, wobei an der Ausgangsseite des elektrischen Feldes ein Austrittsspalt vorgesehen ist, durch welchen nur Ionenstrahlen mit einer Energie innerhalb eines bestimmten Energiebereiches hüidurchgelangen, daß ein Magnetfeld vorgesehen ist, das die durch den Austrittsspalt hindurchgetretenen Ionenstrahlen in Abhängigkeit ihrer Massenladungsverhältnisse trennt, daß ein Detektor vorgesehen ist, der die fokussieren Ionen als parallel erfaßbare bzw. gleichzeitig erfaßbare Mehrfachsignale erfaßt, und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist, die die parallel erfaßten Mehrfachsignale verarbeitet.
2. 2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsspannungsquelle bezüglich einer Setzhöhe in sich wiederholender Reihenf olge Beschleunigungsspannungen erzeugt und daß die Intensität des elektrischen Feldes so bemessen ist, daß die von den Beschleunigungsspannungen beschleunigten Ionenstrahlen durch einen Auslaßschlitz an der Ausgangsseite des elektrischen Feldes gelangen und in den Einfluß des steuernden Magnetfeldes kommen.

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3. 3. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme einer Beschleunigungsspannung, die auf eine Setzhöhe festgelegt ist, die anderen BescMeimigiongsspannungen diese Setzhöhe in sich wiederholender Reihenfolge erreichen und daß die Intensität des elektrischen Feldes derart bemessen ist, daß die lonenstrahlen, welche von der BescMeuniguiigsspannung bei der Setzhöhe beschleunigt werden, über den Austrittsspalt an der Ausgangsseite des elektrischen Feldes in das Magnetfeld gelangen.
4. 4. Massenspektrometer nach Asispraeh I₉ dadtardi gekemgeielmet, daß die von der BescMeun^ungsspamiung'sq^Be geliefertem Beschleunigungsspannraigen auf gegeneinander witefselüedlienea Höhen festgesetzt sind und daß' die Intensität des elektrischen Feldes üi sich wiederholender R eihenf olge so geändert wi2"d_? · daß die von den Beschleuniguisgsspannungen besohieiaigien Icmenstmhlen über d©n Aus» trittsspalt an der Ausg&ngsseit© des ©lektrisdien Feldes M das Magnetfeld gelangen.
5. 5. Massenspektrometer nach Ansprach 2 oder S₉ dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgenerator vorgesehen ist, der für die Erzeugung der Ionen bestimmte Ionenerzeugmigszeite% ©M@ Folgefrequenz und die Phase bezüglich jeder loneacpell© festlegt^ so daß dl© taenetrahlen während der Anstiegs- raid Abfallzelten der Beschleusiiguagsspannungen nicht durch das elektrische Feld gelangen.
6. 6. Massenspektrometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ' daß der Signalgenerator zur Erzeugung voe Signalen,während bestimmter Perioden zur Erzeugung von lonen^ zur Bildung der Folgefrequenz und zur Festlegung der Phase für jede Ionenstrahlquelle vorgesehen ist, so daß die lonenstrahlen nicht durefe das elektrlsen@-Felö gelaasgeis, wenn die Intensität des elektrischen Feldes verändert

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