principe d`un spectrometre de masse

PRINCIPE D’UN SPECTROMETRE DE MASSE
introduction
échantillon
plaque
extractionfocalisation
L. ZIMMERMANN 1 , B. MARTY 1,2 et R. PIK 1
1 CRPG-CNRS : Rue Notre Dame des Pauvres 54500 VANDOEUVRE lès NANCY
2 ENSG : Rue du Doyen Marcel Roubault 54500 VANDOUEUVRE lès NANCY
plaques de focalisation
SECTEUR
MAGNETIQUE
repousseur
d'ions
FOCALISATION EN DIRECTION
flux
ionique
Z
filament
d'ionisation
deflecteur
Y
deflecteur
Z
qB
Le champ magnétique d'intensité B a une direction
perpendiculaire à la vitesse de l'ion, celui-ci est soumis à une force
Fm.
Fm = qvB
Y
X
L'ion décrira une trajectoire circulaire si la force centrifuge
équilibre la force magnétique Fm.
SOURCE
qvB
=
mv 2
R
pompe
turbomoléculaire
ACCELERATION DES IONS
qU=E
MV
R =
Pour chaque valeur de B, les ions de même quantité de
mouvement et de même charge décriront la même trajectoire
déterminée par la valeur de R.
C
Les électrons sont produits par effet joule au niveau du
En imposant R par la courbure d'un tube guide, nous
voyons que pour une valeur de B seuls les ions d'un même rapport
m/q pourront passer par l'analyseur.
filament. Ceux-ci sont accélères par une ddp afin d'acquérir une énergie
suffisante pour produire des chocs ionisants avec les atomes.
Les cations formés sont extraits de la chambre d’ionisation
grâce à une ddp entre le repousseur et la plaque d'extraction-focalisation.
En faisant varier B au cours du temps, nous observerons
successivement les ions de diverses valeurs de m/q.
Les plaques suivantes permettent de réduire la dispersion
angulaire du flux ionique et de le positionner de manière à obtenir un
maximum de transmission.
A l'entrée du secteur magnétique le faisceau ionique doit être
intense et homogène.
pompe à palettes
pompe ionique
VUE DETAILLEE DU
MULTIPLICATEUR
D'ELECTRONS
flux ionique
3500 V
2500 V
1500 V
500 V
CAGE DE FARADAY
DETECTEURS
plaque de
definition
TRANSFORMATION D'UN FLUX
IONIQUE EN FLUX ELECTRONIQUE
1000 V
2000 V
3000 V
4000 V
repousseur
collecteur
MULTIPLICATEUR ELECTROSTATIQUE
dynodes de
conversion
cathode de
conversion
électrons
Ce type de détecteur est d’une grande sensibilité et possède une
réponse rapide. Il est sensible au champ magnétique d’ou la necessité de
l’écranter.
La valeur du gain de conversion peut atteindre 10
6 à 10 7.
Les ions énergétiques se heurtent à la surface métallique de la cathode
de conversion et provoquent l'émission d'électrons secondaires. Ces derniers sont
accélérés et dirigés sur une 2ème électrode (dynode). L'impact électron-dynode
provoque une nouvelle émission électronique. Les électrons issus de cette dynode
sont dirigés vers la dynode suivante, et ainsi de suite. Le processus d'amplification
continue ainsi jusqu'à la dernière dynode. Les courants atteints sont alors
exploitables.
Ce type de détecteur consiste simplement
en une boîte cylindrique allongée.
Les ions pénétrant à l'intérieur du cylindre
par une petite ouverture viennent heurter le fond et lui
communiquent leur charge. Ce courant de décharge
est ensuite amplifié et mesuré par un électromètre.
La plaque de définition permet de focaliser
le faisceau ionique provenant de l'analyseur.
MULTIPLICATEUR
D’ELECTRONS
CAGE DE
FARADAY
Le repousseur, porté à un potentiel élevé,
évite l'entrée d'ions métastables dans le collecteur.
Le recouvrement de la surface interne du
collecteur par du carbone évite les problèmes du aux
électrons secondaires.