DE2340372A1 - Doppelfokussierendes massenspektrometer hoher eingangsapertur - Google Patents

Description

-9. Aug. 1973

9115-73 Dr.ν.Β/Ε

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung

der Wissenschaften e.V. 3400 Göttingen/ Bunsenstraße 10

Doppelfokussierendes Massenspektrometer hoher Eingangsapertur

Die bekannten Massenspektrometer mit Richtungsund Energiefokussierung (sogenannte "doppe1fokussierende" Massenspektrometer) vermögen nur solche Ionen aufzunehmen, die von der Ionenquelle in einen kleinen Raumwinkelbereich um die Eintrittsachse des Massenspektrometer emittiert werden. Für viele Anwendungen ist diese Einschränkung ohne Bedeutung, insbesondere wenn die zu analysierenden Ionen auf eine Energie beschleunigt werden können, die groß ist verglichen mit ihrer Anfangsenergie, da dann die Bahnen der beschleunigten Teilchen nur einen kleinen Raumwinkel füllen.

Es gibt jedoch Fälle, in denen die Ionen vor ihrer Massenanalyse nicht nachbeschleunigt werden können. Wenn die Ionen von der Ionenquelle in einen großen Raumwinkel emittiert werden, wird die Teilchenakzeptanz (Annahmefaktor; Verhältnis der vom Massenspektrometer analysierten Teilchen zur Gesamtzahl der von der Ionenquelle emittierten Teilchen) der bekannten Massenspektrometer sehr klein. Man betrachte beispielsweise eine Ionenquelle mit einem kleinen Quellvolumen, die einen Strom von n_Q Ionen pro Sekunde in den einen Halbraum emittiert.

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Bei der Emissionsverteilung nach dem Kosinusgesetz fällt unter

2 diesen Umständen nur der kleine Bruchteil an/n — α in den Raumwinkel/ um die Eintrittsachse des Massenspektrometers, welcher durch einen Kreiskegel mit dem kleinen öffnungswinkel α gegeben ist. Betrachtet man jedoch den Raumwinkel, welcher durch die Wände eines Hohlkegels mit einem mittleren Scheitelwinkel φ und dem gleichen Öffnungswinkel α begrenzt wird, so werden durch diesen Hohlkegel dn/n_Q.= 2 sin2$«a Teilchen erfaßt. Für φ= 45° wird dn/n_Q =2a. Das ist um den Faktor 2/a mehr als im ersten Falle, z.B. um den Faktor 50 für oc=2,3 .

Ein Massenspektrometer, das die Ionen aus einem hohlkegelförmigen Raumwinkelbereich anzunehmen vermag, würde also eine erheblich größere Eingangsapertur oder "Lichtstärke" haben als die bekannten Massenspektrometer, die nur Teilchen aus einem Kreiskegel mit dem öffnungswinkel α anzunehmen vermögen .

Es gibt zwar schon magnetische Betaspektrometer ("Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy", herausgegeben von Kai Siegbahn, 1965, North-Kolland Publishing Company, Amsterdam, Band 1 S.126 bis 135) und elektrostatische Elektronenspektrometer (E. Blauth, Z.Phys. 147. (1957) 228-240) bei welchen die in einen Hohlkegelmantel emittierten Elektronen auf eine Nachweiseinrichtung fokussiert werden. Solche Elektronenspektrometer sind von Natur aus nur für die Energieanalyse einer einzigen Teilchenart, nämlich Elektronen, bestimmt und eignen sich nicht zur Analyse von Ionen mit verschiedenen Verhältnissen von Ladung zu Masse.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein doppelfokussierendes Massenspektrometer hoher Eingangsapertur anzugeben, also ein Massenspektrometer mit Richtungs- und Energiefokussierung, das eine hohe Eingangsapertur hat und daher einen hohen Prozentsatz der Teilchen, die von

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einer Ionenquelle in einen großen Raumwinkelbereich, 2.B. in einen Halbkugelraum/ emittiert werden, aufzunehmen vermag.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1, u.a. eine spezielle Ionennachweiseinrichtung, die sich besonders für das Massenspektrometer gemäß der Erfindung eignet aber auch bei anderen Masserspektrometertypen mit Vorteil verwendbar ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Massenspektrometers gemäß der Erfindung im Axialschnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen magnetischen Analysator für das Massenspektrometer gemäß Fig. l_f die Schnittebene verläuft dabei senkrecht zur Achse des Massenspektrometers;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Massenspektrometers gemäß der Erfindung im Axialschnitt und

Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung im Axialschnitt.

Das in Fig. 1 im Axialschnitt dargestellte Massenspektrometer hat eine Eintrittsblende 10, die durch zwei Metallringe 12 gebildet wird, die die Form zweier ringförmiger Teile

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eines Kegelmantels haben. In Flugrichtung der von einer Ionenquelle 14 ausgehenden Ionen folgt auf die Eintrittsblende 10 ein elektrischer Analysator 16, der hier aus einem Kugelkondensator 18 mit nachgeschalteter elektrostatischer Ringlinse 20 besteht. Der Kugelkondensator hat den Sektorwinkel φ und seine Platten, die die Form von ringförmigen Teilen von konzentrischen Kugelflächen haben, sind so vorgespannt, daß Ionen einer bestimmten Energie eU_Q parallel zu einer z-Achse austreten. Das parallele Ionenbündel wird dann durch die Ringlinse 20 zu einem Ringfokus 22 im Abstand ihrer Brennweite f₁ fokussiert. Ionen anderer Energien werden ebenfalls in der Brennebene der Ringlinse 20 fokussiert und man kann daher in der Ebene des Ringfokus 22 eine Ringblende 24 anordnen, die als Energieblende wirkt und den Energiebereich der durchgelassenen Ionen einzugrenzen gestattet.

Die Energieblende 24 ist zwischen zwei geraden, konzentrischen zylinderförmigen Metallelektroden 26 angeordnet, die zusammen mit in Achsrichtung kurzen, fluchtenden Elektroden 28 und gegebenenfalls den Elektroden des Kugelkondensators 18 das elektrostatische Linsenfeld der Ringlinse 20 bilden.

An die Metallelektroden 26 schließen sich zwei Sätze 30 und 32 entsprechender zylinderförmiger Elektroden an, die mit den Metallelektroden 26 eine zweite Ringlinse 34 bilden, die im Abstand ihrer Brennweite f₂ von der Energieblende 24 angeordnet ist und die einen divergenten HoHfetrahl bildenden Ionen der Energie eU_Q zu einem zur Achse ζ parallelen Strahlenbündel kollimiert. Das parallele Ionenbündel tritt dann parallel zur z-Achse in einen magnetischen Analysator 36 ein, in dem die Masentrennung stattfindet. Im magnetischen Analysator 36 wird ein azimuthal zur z-Achse verlaufendes Magnetfeld erzeugt, z.B. mit einer Elektromagnetanordnung, wie sie in Fig. 2 genauer dargestellt ist. Diese Magnetanordnung enthält keilförmige Polschuhe 38 und Magnetspulen 40 (in Fig. 1 nicht darge-

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steilt). Die gemeinsame Schnittgerade aller Schnittebenen, in denen die Seitenflächen der Polschuhe liegen, fällt mit der z-Achse zusammen, wie in Fig. 2 für zwei Paare von Polschuhen durch gestrichelte Linien dargestellt ist.Die Feldlinien des zwischen jeweils zwei benachbarten Polschuhen erzeugten Magnetfeldes B sind Kreisbögen um die z-Achse, die Feldstärke ist umgekehrt proportional zum Abstand von der z-Achse. Solche Magnetanordnungen sind im Prinzip bekannt (siehe z.B."Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy" (I.e. S.127; US-PS 3 445 650; OS 2 031 811).

Ein Magnetfeld derselben Art könnte auch in einer offen gewickelten eisenfreien torischen Spule erzeugt werden, deren Windungen die gleiche Kontur wie die Polschuhe haben. Damit kann man aber nur relativ niedrige Feldstärken erreichen, so daß nur sehr niederenergetische Ionen analysiert werden könnten. Höhere Feldstärken sind unter Umständen in der Verwendung einer supraleitenden Spule erreichbar, wenn man die bei solchen Spulen bekanntlich auftretenden technischen Schwierigkeiten in Kauf nimmt.

Die der Energieblende 24 zugewandten Stirnflächen der Polschuhe 38 liegen in einer zur z-Achse senkrechten Ebene. Das Magnetfeld ist so gepolt, daß die eintretenden Ionen in Richtung zur z-Achse abgelenkt werden. Die Ionenbahnen sind Zykloidenbögen, die auf Ebenen liegen, die durch die z-Achse gehen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt nach Ablenkung um 135° Richtungsfokussierung des parallel eintretenden Ionenbündels auf einem Kreis 42 um die z-Achse. Der Kreis 42 hat den Radius r₀ = O,43r (r ist der Ab-

£* Hl ItI

stand des Ringfokus 22 von der z-Achse) und hat den Abstand z₂ = 0,38 r_m von der Ebene 44, die durch die Stirnseite der Polschuhe geht. Am Ort des Kreises 42 ist eine Austrittsblende

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46 mit ringförmigem Spalt angeordnet. Die Ionen, die den Spalt der Austrittsblende 46 durchlaufen können, werden von einem Auffänger 48 aufgefangen und durch eine mit dem Auffänger verbundene, nicht dargestellte Nachweiseinrichtung (z.B. ein Strommeßinstrument) nachgewiesen. Ein Massenspektrum kann in bekannter Weise durch Änderung der magnetischen Feldstärke B aufgenommen werden. Die spaltförmige öffnung der Austrittsblende 46 wird bei Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Magnetanordnung jeweils in Abständen durch die Magnetspulen 40 unterbrochen.

Um Energiefokussierung zu erreichen, muß die durch den Kugelkondensator 18 am Ort der Energieblende 24 hervorgerufene Energiedispersion durch das Magnetfeld B wieder aufgehoben werden. Wenn Ionen der Energie eü_Q den Kugelkondensator parallel zur z-Achse verlassen, dann sind die Austrittsgeraden von Ionen der Energie e(U +Δϋ) um den Winkely = L ÄU/U gegen die z-Achse geneigt, wobei L_Q der Energiedispersionskoeffizient des Kugelkondensators 16 ist. Die Ringlinse fokussiert diese Ionen im Abstand

*e - ^Ye ^f1 - ^Le ^f1 ^Δϋ/ϋο ⁽¹⁾

von der Mittelbahn.

Die analoge Energiedispersion des Magnetfeldes, von rückwärts gerechnet, beträgt

*m - ^Nm -\ ' ^Δυ/^ϋο <²>

wobei N_m der Impulsdispersionskoeffizient des Magnetfeldes ist. Die Bedingung für die Energiefokussierung lautet

daraus ergibt sich

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^Le ^f1 - V₂/²

Der Wert von L ist gegeben durch L = sin<{>; mit φ=45 wird L_e also = /2/2. Bei dem beschriebenen Beispiel ergibt sich der Impulsdispersionskoeffizient N = 1,325.

Aus der Gleichung (4) ergibt sich damit f₂ = 1,07 f₁ (5)

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Energieanalysator anstelle eines Kugelkondensators ein halbierter Zylinderspiegelanalysator verwendet (Rev.Sci.Instr.^8_ (1967) 1210-1216) . Das elektrische Feld wird hier zwischen konzentrischen Metallzylindern 52 und 54 erzeugt, von denen der erstere zur Bildung der Eintrittsblende 10 unterbrochen ist. Ein solcher elektrischer Analysator läßt sich einfacher herstellen als ein Kugelkondensator und seine ionenoptische Qualität ist bei richtiger Wahl der Geometrie der des Kugelkondensators sogar überlegen. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel ist φ = 45°, der innere Metallzylinder hat den Radius r- = 0,516 r und der Abstand zzwischen dem Durchstoßkreis des Mittelstrahls 56 und der Austrittsebene des Zylinderspiegelanalysators 50 beträgt 1,08 r_m. Beim Austrittsende ist ein dünnwandiger dritter Metallzylinder 60 konzentrisch zu den anderen beiden Metallzylindern 52 und 54 angeordnet, der etwa den gleichen Abstand vom Mittelstrahl 56 hat wie .der äußere Metallzylinder 54 und durch eine nicht dargestellte Spannungsquelle auf ein Potential gelegt wird, das bei diesem Radius auch ohne seine Anwesenheit herrschen würde. Dadurch wird das Streufeld auf der Ionenaustrittsseite klein gehalten. Der Energiedispersionskoeffizient L des elektrischen Feldes eines/Zylinderspiegelanalysators ist 0,855, wenn die Ionen nach Verlassen des Feldes wieder das gleiche Potential wie beim Eintritt haben sollen. Bei Verwendung des

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gleichen Magnetfeldes wie beim Beispiel gemäß Fig. 1 ergibt sich aus der Gleichung (4) für die Energiefokussierung dann die Bedingung

f₂ = 1,29 f₁ (6)

Soweit die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind, stimmen die Beispiele gemäß Fig. 1 und 3 überein.

In Fig. 3 ist ferner noch eine Ionennachweiseinrichtung dargestellt, die auch bei den anderen Ausführungsbeispielen und auch für andere Teilchennachweisanwendungen mit Erfolg verwendet werden kann. Sie zeichnet sich durch eine sehr hohe Empfindlichkeit aus und arbeitet nach dem an sich bekannten Ionen-Elektronen-Konverter-Prinzip (Z.Phys.145 (1956) 44, hat hier jedoch eine axialsymmetrische Geometrie. Die Ionen werden nach ihrem Durchtritt durch den Ringspalt der Austrittsblende 46 durch eine negative Spannung an einer weiteren Ringblende 62 auf 10 bis 15 keV nachbeschleunigt und treten dann in ein elektrisches Feld zwischen der Innenwand eines Metallrohres 64, das z.B. aus Aluminium bestehen kann, und einem dünn metallisierten Stab 66 aus Szintillatormaterial ein. Das Feld ist so gepolt, daß die Ionen vom Stab- 66 abgestoßen werden und auf die Innenwand des Metallrohres 64 treffen. Dort lösen sie Sekundärelektronen aus, welche ihrerseits durch das Feld zum Stab 66 beschleunigt werden, wo sie die Metallisierung durchdringen und im Szintillatormaterial Lichtblitze erzeugen. Das erzeugte Licht gelangt durch Spiegelung an der Metallisierung und Totalreflexion an der Außenwand des Stabes 66 zum oberen Ende des Stabes, das mit einer Photomultiplierröhre 68 optisch gekoppelt ist.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 einen Zylinderspiegelanalysator 50. Bei dem Massenspektrometer

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gemäß Fig. 4 werden diejvon der Ionenquelle 14 ausgehenden Ionen jedoch vor dem Eintritt in den als Energieanalysator wirkenden Zylinderspiegelanalysator 50 in einer Laufstrecke zwischen zwei zu Kegelflächen gebogenen Netzen 70 und 72 auf eine Energie elL· beschleunigt, die groß ist im Vergleich zur Anfangsenergie eU der Ionen, die diese beim Austritt aus der Ionenquelle 14 haben. Durch diese Beschleunigung v/erden die seitlichen Ionenbahnen 74 zum Mittelstrahl 56 hin gebrochen, so daß sie annähernd parallel zum Mittelstrahl in den Energieanalysator eintreten. Dieser hat dieselbe Geometrie wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3. Wegen des praktisch parallelen Strahleintritts entsteht der Richtungsfokus 22 hier jedoch ohne daß eine zusätzliche Ringlinse (wie die Ringlinse 20 in Fig. 3) erforderlich ist. Der Richtungsfokus liegt in der Austrittsebene des Zylinderspiegelanalysators. In einem Richtungsfokus treffen sich jeweils die Ionen gleicher Energie, die von einem Punkt der Ionenquelle 14 unter verschiedenen Richtungen innerhalb des durch die Eintrittsblende 10 begrenzten Winkelbereiches austreten.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die radiale Energiedispersion y = 0,6615 r AU/U«. Die Bedingung

für die Energiefokussierung ergibt hier bei Verwendung eines magnetischen Analysators 36 derselben Geometrie wie bei den vorherigen Beispielen (also mit N_m = 1,325) die Beziehung

Die vorliegenden Massenspektrometer eignen sich besonders gut für die Untersuchung von Festkörperoberflächen durch Ionenzerstäubung ("Sputtering"). Bei dieser Anwendung

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kann in der Achse des Massenspektrometer eine Primärionenquelle 76 mit einer Fokussierungsoptik 78 (z.B. einer elektrischen Linse) angeordnet sein, die ein fokussiertes Primärionenbündel 80 auf die zu untersuchende Oberfläche zu schießen gestattet. Die von der Probe durch die. Primärionen abgestäubten Teilchen können, wenn sie geladen sind, direkt analysiert werden (in diesem Falle bildet die Probe dann die Ionenquelle 14), oder, wenn sie neutral sind, nach Ionisierung durch Elektronenstoß im feldfreien Raum zwischen der Probe und der Eintrittsblende 10 bzw. dem Netz 70.

Als weitere Anwendungsmöglichkeit der in Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung mit der Primärionenquelle 76 und der Fokussierungsoptik 78 sei die Oberflächenanalyse mittels lonenrückstreuung erwähnt (siehe z.B. "Surf.Sei.2j5 (1871) 171-191), wobei der mittlere Rückstreuwinkel bei den dargestellten Ausführungsbeispielen 135° beträgt.

Die anhand von Fig. 2 erläuterte Magnetfeldgeometrie, für die die bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen angegebenen Zahlenwerte gelten, ist nicht die einzige Lösung für die Richtungsfokussierungsbedingung. Es gibt weitere Lösungen mit anderen Ablenkwinkeln im Magnetfeld, bei denen sich dann andere Werte für r₂ und Z₂ (Fig. 1) ergeben. Damit ergeben sich aber auch andere Werte für N_m, die in die Bedingung für die Energiefokussierung einzusetzen sind, um den richtigen Wert für f₂ zu erhalten.

Anstelle der in den obigen Beispielen angegebenen symmetrischen Ringlinsen 20 und 34 können gewünschtenfalIs auch Immersionslinsen verwendet werden, also solche, bei denen die Potentiale vor und hinter der Linse wesentlich verschieden sind. Zur Erfüllung der Energiefokussierungsbedingung ist dabei jeweils die Strahlbrechung durch die Immersionslinsen zu berücksichtigen.

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Das vorliegende Massenspektrometer läßt sich überall dort mit Erfolg einsetzen, wo die zu erfassenden Ionen von einem Quellvolumen in einen größeren Raumwinkelbereich, z.B. einen Kegel mit einem Scheitelwinkel über 30°, emittiert werden.

Die figuren sind maßstabsgerecht gezeichnet und stellen typische Ausführungsformen der jeweiligen Ausführungsbeispiele dar. Sie können innerhalb vernünftiger Grenzen beliebig vergrößert oder verkleinert werden.

Die folgenden Zahlenbeispiele sind für die dargestellten Ausführungsformen typisch.

Bei den folgenden Zahlenbeispielen bedeuten:

(U 18) die Betriebsspannung der äußeren bzw. inneren Elektrode des Kugelkondensators in bezug auf

Masse

(U 28,30) die Spannung an den auf gleichem Potential liegenden Elektroden 28 und 30 gegen Masse

Im übrigen gilt

( Ux) Spannung der Elektrode mit dem Bezugszeichen χ gegen Masse

r(x) Radius der Elektrode mit dem Bezugszeichen χ bezogen auf die Achse ζ

Wenn das Magnetfeld den Wert 0 Gauß hat, werden die Ionen selbstverständlich nicht abgelenkt. Die normalerweise zur Speisung der Magnetspulen 40 verwendeten Stromversorgungsgeräte ermöglichen jedoch im allgemeinen eine^ferstellug des Stromes zwischen 0 und einem Höchstwert, so daß bei den Zahlenbeispielen als untere Grenze für das Magnetfeld der Wert 0 angegeben ist. Die angegebenen Massenbereiche gelten für

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spezifische Massen (Ionenmasse/Ionenladung). Bei dem Zahlenb «eispiel zu Fig. 1 und Fig. 3 werden Ionen der spezifischen Masse 1 (Protonen) bei einem Magnetfeld B von 90 Gauß auf
den Kreis 42 in der Ebene der Austrittsblende 46 fokussiert. Für das Zahlenbeispiel zu Fig. 4 ist der entsprechende Wert
ca 200 Gauß.

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Zahlenbeispiele

	1	0	10	r m	7,	fl	f2	cm	5,	ri	10,	Z	1	4,	r	2	3,	Z2	cm
Fig.	3	45°	10	cm	5,	0 cm	7,5	cm	5,	—	10,			4,	3	cm	3,	8	cm
Fig.	4	45°	10	cm		8 cm	7,5	10 cm	16 cm	8	cm	4,	3	cm	3,	8	cm
Fig.	45°	cm	—			16 cm	8	cm	3	cm	8

Abstand zwischen innerem und äußerem Element der Elektroden 18, 28, 26, 30, 32 beträgt 4, 0 cm.

Zu Fig, I;

Anwendung: Analyse von Sekundärionen der mittleren Anfangs energie eU = 10 eV. Probe 14 geerdet. U(18} = + 4, 0 V..

U (28, 30) variabel von + 5 V bis + 10 V (Feineinstellung), Magnetfeld variabel von 0 bis 1300 Gauß ( im Achsenabstand r =10 cm); ergibt Massenbereich

von 1 bis 200.

Zu Fig. 3;

Anwendung wie bei Fig. 1, Probe 14 geerdet.

r(54) = 12, 0 cm; r(60) = 8, 0 cm

ü(54) = + 6,4 V; U(60) = + 3, 3 V

Zu Fig. 4:

Anwendung: Analyse von nachionisierten zerstäubten Neutralteilchen U(14) = U(70) = + 50V; Netz 72 geerdet

U(54) = + 32 V; ü(60) = + 16, 5 V

U(30) variabel von + 15 V bis + 30V (Feineinstellung) Magnetfeld variabel von 0 bis 20 50 Gauß (im Achsenabstand r = 10cm); ergibt Massenbereich von 1 bis 100.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   ' ι 1.jDoppelfokussierendes Massenspektrometer hoher EingangsapexrEur für eine Ionenquelle, die die zu analysierenden Ionen in einen größeren Raumwinkel emittiert, mit einer Eintrittsblende, einer elektrischen Einrichtung, die einen Energieanalysator bildet und jeweils Ionen gleicher Energie, die von der Ionenquelle in verschiedene Richtungen emittiert werden und die Eintrittsblende durchlaufen, an einem ihrer Energie entsprechenden vorgegebenen Ort fokussiert ("Richtungsfokus") , einer in der Fläche dieser örter angeordneten Blende ("Energieblende") zur Begrenzung des erfaßten Energiebereiches, einer magnetischen Einrichtung, die einen Impulsanalysator bildet und jeweils Ionen mit gleichem Verhältnis von Ladung zu Masse, die die Energieblende durchlaufen haben, an einem vorgegebenen zweiten Ort in einer zweiten Fläche fokussiert, in der sich eine Austrittsblende befindet, einer Vorrichtung zur Änderung der Lage der zweiten örter bezüglich der öffnung der Austrittsblende und einer lonennachweiseinrichtung zum Nachweis derjenigen Ionen, die die Austrittsblende durchlaufen haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsblende (10), die Energieblende (24) und die Austrittsblende (46) im wesentlichen ringförmig und koaxial zueinander angeordnet sind;

   daß die den elektrischen Analysator (18, 5O) bildende elektrische Einrichtung im wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der Achse der Blenden ist und das durch die Eintrittsblende (10) eintretende Ionenbündel so zur Achse (z) hin ablenkt, daß der Mittelstrahl (56) des abgelenkten Ionenbündels im wesentlichen parallel zur Achse verläuft;

   daß zwischen der Energieblende (24) und der magnetischen Einrichtung (36) eine elektrische Ringlinse (34)

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   angeordnet ist, die die aus der Energieblende (24) austretenden divergenten Bündel von Ionen gleicher Energien parallel macht;

   daß die den magnetischen Analysator bildende magnetische Einrichtung (36) im wesentlichen axialsymmetrisch ist;

   und daß die Brennweite (f₂) der Ringlinse (34) so gewählt ist, daß die Energiedispersion (y_e) der elektrischen Einrichtung entgegengesetzt gleich der Energiedispersion der aus der Ringlinse (34) und der magnetischen Einrichtung (36) bestehenden Anordnung ist.
2. 2. Massenspektrometer nach Anspruch !,dadurch gekenn ze ichnet, daß die elektrische Einrichtung einen Kugelkondensator (18), der die durch "e Eintrittsblende (10) divergent eintretenden Ionen auf Bahnen, die parallel zur Achse (z) verlaufen, umlenkt und eine zweite Ringlinse (20) enthält, die die umgelenkten Ionen in den ersten örtern (22) fokussiert.
3. 3. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Einrichtung einen Zylinderspiegelanalysator (50) enthält, der so bemessen ist, daß die durch die Eintrittsblende (10) divergent eintretenden Ionen auf Bahnen, die im wesentlichen parallel zur Achse (z) verlaufen, umgelenkt werden, und eine Ringlinse (20) enthält, die die umgelenkten Ionen in die ersten örter (22) fokussiert (Fig. 3).
4. 4. Massenspektrometer nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung Elektroden (70,72) zur Beschleunigung der von der Ionenquelle (14) emittierten Ionen auf eine Energie (eü-) die groß im Vergleich zur Energie (eU_Q) der von der Ionenquelle emittierten Ionen ist, und einen Zylinderspiegelanalysator (5O) -nthält, in den die beschleunigten Ionen auf

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   annähernd parallelen Bahnen eintreten und der so bemessen ist/ daß er die parallel eintretenden Ionen in die ersten örter (22) so fokussiert, daß der Mittelstrahl (56) im wesentlichen parallel zur Achse (z) verläuft (Fig. 4).
5. 5. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet/ daß die Ringlinsen (20, 34) Elektroden (26, 28, 30, 32) in Form konzentrischer gerader Kreiszylinder enthalten.
6. 6. Massenspektrometer nach Anspruch 3 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, -daß beim Ionenaustrittsende des Zylinderspiegelanalysators eine im Vergleich zu diesem in Achsrichtung kurze, koaxiale Elektrode (60) angeordnet ist, die wenigstens annähernd mit der benachbarten Linsenelektrode (28, 26) fluchtet und mit einer Quelle für ein Potential, das zwischen den Potentialen der beiden Hauptelektroden (52, 54) des Zylinderspiegelanalysators liegt/ verbunden ist.
7. 7. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch . gekennzeichnet, daß die magnetische Einrichtung keilförmige Polschuhe (38) mit ringförmigen Magnetspulen (40) enthält, die ein azimutales Magnetfeld (B) erzeugen (Fig. 2).
8. 8. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionennachweiseinrichtung eine Ionenbeschleunigungselektrode (62), eine hohlzylinderförmige Sekundäremissionselektrode (64) , ein in deren Achse angeordnetes stabförmiges Szintillatorelement (66) , das mit einer dünnen, von Sekundärelektronen durchdringbaren leitenden Schicht überzogen und optisch mit einer photoelektrischen Einrichtung (68) gekoppelt ist, und eine Spannungsquelle enthält, deren negativer Pol mit der hohlzylinderförmigen Sekundäremissionselektrode (64) und deren

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   positiver Pol mit der leitenden Schicht des Szintillatorelements (66) verbunden ist, enthält.

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