DE961220C - Vorrichtung zum Analysieren und Trennen von Stoffen nach ihren Bestandteilen oder zum Anzeigen einer geringen Menge eines Stoffes auf massenspektroskopischem Wege - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4. APRIL 1957

N8io8IX/42l

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Vorrichtung zum Analysieren und Trennen von Stoffen nach ihren Bestandteilen oder zum Anzeigen einer geringen Menge eines Stoffes, in der dieser gasförmig in einer Ionisationskammer ionisiert wird und die Ionen, außerhalb derselben beschleunigt und unter der Einwirkung elektrischer und magnetischer Felder soi aus ihrer Bahn abgelenkt werden, daß sich eine Trennung der Bestandteile nach der Masse, jedenfalls nach dem Verhältnis der Masse zur Ladung, ergibt, wobei die Ionen in der Ionisationskammer in einer Entladung zwischen einem Glühdraht, wenigstens einer gitterförmigen Elektrode und einer durchbohrten Anode gebildet werden.

Die bekannten Ionisationskammern für die vorstehend erwähnten Massenspektrometer, gegebenenfalls Massenseparatoren und- Durchlaß detektoren, enthalten außer dem Glühdraht auch flache Elektroden. Bei dieser Elektrodenanordnung ist die Ausbeute an Ionen verhältnismäßig gering. Es ist auch schwierig, schnellwirkende Vorkehrungen zu treffen zur Sicherung des Glühdrahts vor zu hohem

Druck des zu prüfenden Gases oder dessen Gesamtdruck in der Ionisationskammer selber zu messen. Bei einer Vorrichtung zum Analysieren und Trennen von Stoffen nach ihren Bestandteilen oder zum Anzeigen einer geringen Menge eines Stoffes, in der dieser gasförmig in einer Ionisationskammer ionisiert wird und die Ionen außerhalb derselben beschleunigt werden und unter der Einwirkung elektrischer und magnetischer Felder so aus ihrer ίο Bahn abgelenkt werden, daß sich eine Trennung der Bestandteile nach der Masse, jedenfalls nach dem "Verhältnis der Masse zur Ladung, ergibt, wobei die Ionen in der Ionisationskammer in einer Entladung zwischen einem Glühdraht, wenigstens einer gitterförmigen Elektrode und einer durchbohrten Anode gebildet werden, enthält gemäß der Erfindung die Ionisationskammer eine Anzahl mit dem Glühdraht gleichachsiger zylindrischer Gitter und eine gleichartige Anode, die mit wenigstens einem Schlitz gemäß einer erzeugenden Linie zum Hindurchlassen der Ionen versehen ist und die Anode eine so geringe negative Spannung gegenüber der Außengitterelektrode hat, daß mit Rücksicht auf die Größe der Öffnungen in dieser Elektrode die Elektronen im wesentlichen von der Anode abgefangen werden.

Die bei Rundfunkröhren bekannte gleichachsige Anordnung der Elektroden ist baulich einfach und günstig. Zufolge des günstigeren Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen gehen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenig Ionen durch Rekombination an den Grenzflächen verloren, so daß das Verhältnis von nutzbarem Ionenstrom zu Totalstrom günstiger ist als bei einer bekannten linearen Anordnung. Indem, zum Unterschied gegenüber dem Vorgang bei bekannten Vorrichtungen, die Elektronen von der Außenelektrode abgefangen werden und diese ein passendes Potential ,hat, werden auch mehr Ionen nach dem Schlitz oder den Schlitzen in dieser Elektrode gezogen, so· daß eine gute, Ausbeute an Ionen erzielbar ist. Die Verwendung wenigstens zweier Schlitze in der Anode, was bei einer linearen Anordnung nicht möglich ist, bietet den Vorteil, um mittels einer im übrigen verhältnismäßig einfachen Vorrichtung, nämlich ohne Abtastung eines ganzen Massenspektrums, das gegenseitige Verhältnis wenigstens zweier Bestandteile eines Stoffes, wie Isotopen, zu ermitteln oder zu überprüfen.

Auch wenn mehr Schlitze vorgesehen sind, bleibt in der Ionisationskammer ohne Störung der Entladung noch ein hinreichender Raum frei, um hinter einer zusätzlichen öffnung in der Anode oder zwischen der Anode und der Außengitterelektrode eine Plattenelektrode anzuordnen zum Abfangen eines gemischten. Ionenstroms, der zum Messen des Gesamtdrucks in der Ionisationskammer dient, wobei gegebenenfalls mit dem Meßgerät eine Schutzvorrichtung gegen zu hohen Druck verbunden sein · kann, während letzteres auch der einzige Zweck sein kann, zu dem die zusätzliche Elektrode vorgesehen ist. Damit nur Ionenstrom nach dieser Elektrode erzielt wird, muß die Spannung dieser Elektrode negativ in bezug auf die Kathode sein. Eine derartige Maßnahme ist bei einer linearen Anordnung nicht möglich.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der eine Ionenquelle für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt ist.

In der Figur bezeichnet 1 den Glühdraht, 2 das Steuergitter, 3 das Schirmgitter und 4 die Anode.

In der Anode4 sind zwei Schlitzes parallel zur Achse vorgesehen, hinter denen einige Fokussierungs- und Beschleunigungselektroden 6 und 7 angeordnet sind. Im Betrieb der Ionisationskammer ist die Spannung der Anode in bezug auf die Kathode angenähert 145 V positiv, diejenige des Schirmgitters-angenähert 150 V positiv. Der Spannungsunterschied zwischen Anode und Schirmgitter soll vorzugsweise möglichst klein sein. Dem Steuergitter kann außer einer konstanten Vorspannung auch noch eine Wechselspannung zugeführt werden. Im letzteren Fall ergibt sich die Möglichkeit, an die Ionenkollektoren Wechselstromverstärker anzuschließen. Die Anode hat noch eine kleine öffnung 8, hinter der die Platte 9 angeordnet ist, die um wenigstens wenige Volt negativ in bezug auf die Kathode ist. Im Innern der Anode ist eine Platte 10 angeordnet, die in bezug auf die Kathode eine negative Spannung von wenigen Volt hat. Der von den Elektroden 9 und 10 abgefangene Ionenstrom dient zum Messen des Drucks und bzw. oder zum Sichern des Glühdrahts 1. Die von den öffnungen 5 mit Hilfe der Elektroden 6 und 7 gebildeten Ionenbündel werden dem Analysator des Massenspektrometers, des Massenseparators oder des Durchlaß detektors 11, von dem die Ionenquelle einen Teil bildet,' zugeführt. Besonders für die zuletzt erwähnten Vorrichtungen ist die Ionisationskammer gemäß der Erfindung sehr vorteilhaft wegen der hohen Ionenausbeute, weil infolgedessen in der zu prüfenden Apparatur auch besonders kleine Durchlässe angezeigt werden können.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum Analysieren und Tren- no nen von Stoffen nach ihren Bestandteilen oder zum Anzeigen einer geringen. Menge eines Stoffes auf massenspektroskopischem Wege, in der der Stoff gasförmig in einer Ionisationskammer ionisiert wird und die Ionen außerhalb derselben beschleunigt und unter der Einwirkung elektrischer und magnetischer Felder so aus ihrer Bahn abgelenkt werden, daß sich eine Trennung der Bestandteile nach der Masse, jedenfalls nach dem Verhältnis der Masse zur Ladung, ergibt, wobei die Ionen in der Ionisationskammer in einer Entladung zwischen einem Glühdraht, wenigstens einer gitterförmigen Elektrode und einer durchbohrten Anode gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationskammer eine Anzahl mit dem

   Glühdraht gleichachsiger Gitter enthält sowie eine gleichachsige Anode, die mit wenigstens einem Schlitz gemäß einer erzeugenden Linie zum Hindurchlassen der Ionen versehen ist und die Anode eine so geringe negative Spannung in bezug auf die Außengitterelektrode aufweist, daß mit Rücksicht auf die Größe der darin befindlichen Öffnungen die Elektronen vorwiegend von der Anode abgefangen werden.
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Elektrode zum Abfangen eines gemischten, zum Messen des Drucks oder zum Sichern vor zu hohem Druck dienenden. Ionenstroms vorgesehen ist, die eine negative Spannung in bezug auf die Kathode hat.
3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode hinter einer öffnung in der Anode angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode zwischen der Anode und dem Außengitter angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Archiv für Technische Messen« I 386-1, Diezember 1950, Kap. 2, Abs. b.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 620/402 9.56 (609 853 3.57)