DE1938770A1

DE1938770A1 - Mass spectrograph with double focusing

Info

Publication number: DE1938770A1
Application number: DE19691938770
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Phys Dr Liebl
Original assignee: Institut fuer Plasmaphysik GmbH
Current assignee: Institut fuer Plasmaphysik GmbH
Priority date: 1969-07-30
Filing date: 1969-07-30
Publication date: 1971-02-18
Also published as: LU61429A1; GB1320206A; US3622781A; BE749340A; NL7004207A; DE1938770B2; FR2056163A5

Description

8040-69/Dr.v.B/Bru8040-69 / Dr.v.B / Bru

Institut für Plasmaphysik.GmbH, 8046 GarchingInstitute for Plasma Physics GmbH, 8046 Garching

Mass spectrograph with double focusing

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Massenspektrographen mit Doppelfokussierung, der längs des von den Ionen durchlaufenen Weges der Reihe nach einen Ioneneintrittsspalt, ein elektrisches Sektorfeld, eine Blende zur Begrenzung des Energiebereiches der Ionen CEnergieblende"), ein magnetisches Sektorfeld und eine Aufzeichnungsebene, in der eine Aufzeichnungsvorrichtung, z.B. eine photographische Platte, angeordnet werden kann, enthält.The present invention relates to a mass spectrograph with double focusing, which along the path traversed by the ions one after the other an ion entry slit, an electric sector field, a diaphragm to limit the energy range of the ions (energy diaphragm "), a magnetic one Sector field and a recording plane in which a recording device, e.g., a photographic plate, can be placed.

Massenspektrographen vom Mattauch-Herzog'sehen Typ finden weitgehende Verwendung in Forschung und Industrie, da sich dieser Typ vor allen anderen Massenspektrographen dadurch auszeichnet, daß alle Massen gleichzeitig längs einer Geraden fokussiert werden (siehe z.B. H.Ewald und H.Hintenberger "Methoden und Anwendungen der Massenspektroskopie", Chemieverlag Weinheim 1953)· Die Fokussierung ist eine sogenannte Doppelfokussierung, d.h. es werden Ionen, die vom Eintrittsspalt in einen bestimmten, kleinen Winkelbereich ausgehen und in einen bestimmten Energiebereich fallen, in erster Näherung zu einem Massenspekjtrum fokussiert.Mass spectrographs of the Mattauch-Herzog type are widely used in research and industry, as this type is ahead of all other mass spectrographs is characterized by the fact that all masses are focused simultaneously along a straight line (see e.g. H. Ewald and H. Hintenberger "Methods and applications of mass spectroscopy ", Chemieverlag Weinheim 1953) · The focusing is a so-called double focusing, i.e. ions that emanate from the entrance slit in a certain, small angular range and in a certain Energy range fall, as a first approximation focused on a mass spectrum.

Ein bekannter Nachteil dieser Massenspektrographen besteht jedoch darin, daß die zugelassenen Winkel- und Energie-A known disadvantage of these mass spectrographs, however, is that the permitted angle and energy

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bereiche nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können. Das hat seine Ursache darin, daß der Eintrittsspalt in der Brennebene des elektrischen Sektorfeldes liegt, so daß Ionen verschiedener Energie beim Austreten aus dem elektrischen Sektorfeld oder Analysator parallele, aber verschieden orientierte Bündel bilden.ranges cannot be set independently of each other. This is due to the fact that the entrance slit lies in the focal plane of the electric sector field, so that ions of different types Energy when emerging from the electric sector field or analyzer parallel but differently oriented bundles form.

Bei dem obenerwähnten bekannten Hassenspektrographen ist es bekannt, den zugelassenen Winkelbereich auf der Eintrittsseite des elektrischen Sektorfeldes durch eine Aperturblende zu begrenzen und zwischen dem elektrischen und magnetischen Sektorfeld eine Blende zur Begrenzung des Energiebereiches der Ionen, die als "Energieblende" bezeichnet werden soll, anzuordnen. Durch die Energieblende wird aber auch der Winkelbereich zusätzlich beschnitten und selbst bei infinitesimal enger Energieblende können durch sie noch Ionen eines gewissen Energiebereiches hindurchtreten, der durch die Aperturblende begrenzt wird.In the above-mentioned known Hasse spectrograph, it is known to use an aperture diaphragm to pass the permitted angular range on the entry side of the electric sector field to limit and between the electric and magnetic sector field a screen to limit the energy range of the ions, which is to be referred to as "energy diaphragm" to be arranged. However, the energy screen also adds to the angular range trimmed and even with infinitesimally narrow energy diaphragms, ions of a certain energy range can still pass through them, which is limited by the aperture diaphragm.

Um ein vorgegebenes Massenauflösungsvermögen zu erreichen, müssen Winkel- und Energiebereich so klein gemacht werden, daß durch die Bildfehler keine unzulässig starke Linienverbreiterung auftritt. Es gibt im allgemeinen drei Bildfehlerzweiter Ordnung (siehe z.B. L.A.König und H.Hintenberger, Nucl. Instr. 3, 133 (1958) ), nämlich den öffnungsfehler (α -Fehler), den Energiefehler (ß -Fehler) und den gemischten Fehler (aß-Fehler), von welchen im allgemeinen der ctß-Fehler der größte ist. Um diesen Fehler klein zu machen, müssen bei dem obenerwähnten bekannten Massenspektrographen sowohl Aperturblende als auch Energieblende eng gemacht werden. Dies bedeutet- aber, daß die Transmission ("Lichtstärke" oder Ionenstromstärke) klein wird.In order to achieve a given mass resolution, the angle and energy range must be made so small that the image errors do not result in an impermissibly strong line broadening. There are generally three second-order image errors (see, for example, LAKönig and H. Hintenberger, Nucl. Instr. 3, 133 (1958)), namely the aperture error (α error), the energy error (ß error) and the mixed error (aß Error), of which the ctß error is generally the largest. In order to make this error small, in the above-mentioned known mass spectrograph, both the aperture diaphragm and the energy diaphragm must be made narrow. This means, however, that the transmission ("light intensity" or ionic current intensity) becomes small.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen Hassenspektrographen vom Mattauch-Her zog¹ sehen Typ dahingehend weiter zuentwickeln, daß eine unabhängige Einstellung des Energie- und Winkelbereiches möglich ist und die Bildfehler trotz hoher Transmission klein gehalten werden können.The present invention is based on the object of avoiding these disadvantages and of ^{further developing a hatred spectrograph from the Mattauch-Her drew 1} type in such a way that an independent setting of the energy and angle range is possible and the image errors can be kept small despite high transmission.

10*8007 17T910 * 8007 17T9

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Diese Aufgäbe wird gemäss der Erfindung bei einem Massenspektrographen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sich zwischen dem Eintrittsspalt und der Energieblende eine elektrische Abbildungsanordnung befindet, durch die der Eintrittsspalt in die Ebene der Energieblende abgebildet wird, daß eine elektrische Linse im Abstand ihrer Brennweite hinter der Energieblende angeordnet ist und daß das auf diese elektrische Linse folgende magnetische Sektorfeld so gepolt ist, daß die Ionen in ihm im gleichen Sinne abgelenkt werden wie im elektrischen Sektorfeld. According to the invention, this task is carried out with a mass spectrograph of the type mentioned in that there is a electrical imaging arrangement is through which the entrance slit is imaged in the plane of the energy diaphragm that a electric lens is arranged at the distance of their focal length behind the energy screen and that this is on this electric lens The following magnetic sector field is polarized in such a way that the ions in it are deflected in the same way as in the electric sector field.

Die elektrische Abbildungsanordnung kann ausschließlich aus dem elektrischen Sektorfeld bestehen, das dann so ausgebildet und bemessen ist, daß die aus dem Eintrittsspalt austretenden Ionen in die Ebene der Energieblende fokussiert werden.The electrical mapping arrangement can only consist of the electric sector field, which is then designed and dimensioned so that the exiting from the entry gap Ions are focused in the plane of the energy diaphragm.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Abbildungsanordnung eine weitere elektrische Linse enthält, die entweder zwischen dem Eintrittsspalt und dem elektrischen Sektorfeld oder hinter dem elektrischen Sektorfeld, aus dem Ionen gleicher Energie parallel austreten, und im Abstand ihrer Brennweite vor der Energieblende angeordnet ist.Another possibility is that the imaging arrangement contains another electric lens, either between the entrance slit and the electric sector field or behind the electric sector field, from which ions of the same energy emerge in parallel, and at a distance from their focal length is arranged in front of the energy shield.

Die Brennweite oder Brennweiten der elektrischen Linse oder Linsen sind vorzugsweise einstellbar. Beim Vorhandensein zweier elektrischer Linsen können ihre Brennweiten unabhängig , voneinander und gegebenenfalls ausserdem noch gemeinsam ein- i stellbar sein. ;The focal length or focal lengths of the electric lens or lenses are preferably adjustable. In the presence Two electrical lenses can have their focal lengths independently, from one another and, if necessary, also together, i be adjustable. ;

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs- _: The invention is described below with reference to execution _:

beispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, ; es zeigen: jexamples explained in more detail in conjunction with the drawing; show it: j

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten : Ausführungsbeispieles der Erfindung;1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of the invention;

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Fig., 2 .eine Darstellung des virtuellen Strahlenverlaufes in einem Teil des Massenspektrographen gemäss Pig.l undFig. 2. A representation of the virtual beam path in part of the mass spectrograph according to Pig.l and

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.3 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of the invention.

Der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Massenspektrograph enthält einen Eintrittsspalt 10, vor dem eine nur schematisch angedeutete Ionenquelle 12 angeordnet ist. In Flugrichtung der Ionen folgt auf den Eintrittsspalt 10 eine Aperturblende 14, die unmittelbar vor einem elektrischen Sektorfeld 16 angeordnet ist. Am Ausgang des elektrischen Sektorfeldes 16 ist eine erste elektrische Linse 18 angeordnet, die die parallelen, aber verschieden orientierten Bündel von Ionen verschiedener Energie, die aus dem elektrischen Sektorfeld austre-· ten, in die Ebene einer Energieblende 20 fokussieren, welche im Abstand der Brennweite f der Linse 18 hinter dieser angeordnet ist. Auf die Energieblende 20 folgt eine zweite elektrische Linse 22, die im Abstand ihrer Brennweite, die gleich der Brennweite f der ersten Linse ist, hinter der Energieblende 20 angeordnet ist und die Ionenbündel wieder parallel macht. Die parallelen Ianenbündel treten dann in ein magnetisches Sektorfeld 2k ein, an dessen einer Begrenzung sich eine Abbildungsebene 26 befindet, in der z.B. eine photographische Platte angeordnet werden kann.The mass spectrograph shown in FIG. 1 as an exemplary embodiment of the invention contains an entry slit 10, in front of which an ion source 12, only indicated schematically, is arranged. In the direction of flight of the ions, the entrance slit 10 is followed by an aperture diaphragm 14 which is arranged directly in front of an electrical sector field 16. At the exit of the electrical sector field 16, a first electrical lens 18 is arranged, which focuses the parallel but differently oriented bundles of ions of different energies emerging from the electrical sector field into the plane of an energy diaphragm 20 which is spaced apart by the focal length f of the lens 18 is arranged behind this. The energy diaphragm 20 is followed by a second electrical lens 22, which is arranged behind the energy diaphragm 20 at a distance from its focal length, which is equal to the focal length f of the first lens, and makes the ion bundles parallel again. The parallel bundles of lines then enter a magnetic sector field 2k , at one boundary of which there is an imaging plane 26 in which, for example, a photographic plate can be arranged.

Bei den bekannten Massenspektrographen der eingangs genannten Art fehlen die Linsen 18 und 22, ausserdem ist das magnetische Sektorfeld 2¹J gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Lage um 180 Grad bezüglich der mittleren Ioneneintrittsrichtung gedreht, so daß die Ionen im elektrischen und magnetischen Sektor- , feld in entgegengesetzten Richtungen abgelenkt werden. Die Bedingung für Energiefokussierung ohne die Linsen,18 und 22 lautetIn the known mass spectrographs of the type mentioned at the outset, the lenses 18 and 22 are absent, and the magnetic sector field 2 ¹ J is rotated 180 degrees with respect to the central ion entry direction in relation to the position shown in FIG. 1, so that the ions in the electrical and magnetic sector , field can be deflected in opposite directions. The condition for energy focusing without the lenses, 18 and 22 is

L₂ = N₂ (I)-L ₂ = N ₂ (I) -

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wobei L₂ der Winkel-Dispersionskoeffizient des elektrischen \ where L _{2 is} the angular dispersion coefficient of the electrical \

Sektorfeldes und Ngder des magnetischen Sektorfeldes sind (siehe ; z.B. die obengenannte Veröffentlichung von König und Hintenbergerj).Sector field and Ngder of the magnetic sector field (see; e.g. the above-mentioned publication by König and Hintenbergerj).

Wenn Ionen der Energie eU_Q das elektrische SektorfeldWhen ions of energy eU _Q the electric sector field

16 parallel zur Austrittsebene verlassen, dann sind die Bahnen i16 leave parallel to the exit plane , then the tracks are i

■up Ab ι■ up Ab ι

von Ionen der Energie e(U_Q+AU) um den Winkel y_e = J^ !of ions of energy e (U _Q + AU) by the angle y _e = J ^ !

2 U₀ \ 2 U ₀ \

gegen die Austrittsachse geneigt. Analoges gilt für das magneti- ' sehe Sektorfeld bezüglich N₂, wenn man sich die Ionenstrahlen
vom Fokussierungsort in der Abbildungsebene 26 ausgehend entgegen; der wirklichen Strahlrichtung laufend denkt, für den Winkel Y_m
dieser Ionenstrahlen bezüglich der Eintrittsachse des magnetischen Sektorfeldes (die mit der Austrittsachse des elektrischen ^; Sektorfeldes zusammenfällt) gilt also y_m =. 2 ^Δυ :inclined towards the exit axis. The same applies to the magnetic 'see sector field with respect to N ₂ , if one looks at the ion beams
starting from the focussing location in the imaging plane 26; thinks of the real beam direction, for the angle Y _m
the entrance axis of the magnetic sector field with respect to this ion ^beams, so (the one with the outlet axis of the electric sector field coincides) holds y = _m. 2 ^Δυ :

^{2 ü}o ^{2 ü} o

Im Gegensatz zu den bekannten Massenspektrographen vom Typ Mattauch-Herzog sind bei dem in Fig.l dargestellten Ausführung ;s* beispiel der Erfindung zwischen dem elektrischen Sektorfeld 16 und dem magnetischen Sektorfeld 24 die beiden elektrischen Lin- J sen 18 und 22 angeordnet. Die erste Linse 18 entwirft in ihrer ; Brennebene, die mit der Ebene der Energieblende 20 zusammenfällt, j ein Zwischenbild des Eintrittsspaltes 10. Ionen mit der Energie | eU_Q werden auf der Achse fokussiert, Ionen der Energie e (U_Q 4 AU) im Abstand ^ _{s f} ^ . _f L₂ AU ^ _{WQbei wieder f die B}renn- In contrast to the known mass spectrographs of the Mattauch-Herzog type , in the embodiment shown in FIG. 1, the two electric lenses 18 and 22 are arranged between the electric sector field 16 and the magnetic sector field 24. The first lens 18 designs in their; Focal plane which coincides with the plane of the energy diaphragm 20, j an intermediate image of the entrance slit 10. Ions with the energy | eU _Q are focused on the axis, ions of energy e (U _Q 4 AU) at a distance ^ _sf ^. _f L ₂ AU ^ _{WQ again f the B} races

^2Uo ^2U o

weite der Linse 18 und bei dem in Fig.l dargestellten Ausfuhrungsbeispiel gleich der Hälfte des Abstandee d zwischen den beiden Linsen 18 und 22 ist.width of the lens 18 and in the exemplary embodiment shown in Fig.l equal to half of the distance d between the two Lenses 18 and 22 is.

Wenn man annimmt, daß Ionen einer bestimmten Masse von der Abbildungsebene 26 des magnetischen Sektorfeldes 2k ausgehen und entgegen der wirklichen Strahlrichtung laufen und nimmt manIf one assumes that ions of a certain mass emanate from the imaging plane 26 of the magnetic sector field 2k and run against the actual beam direction, one takes

10980*7 1710 10980 * 7 1710

-6--6-

ferner an, daß Ionen der Energie eü_Q durch die Linse 22 auf der in Fig.l und 2 strichpunktiert eingezeichneten Achse fokussiert werden, dann werden Ionen der Energie e(U + AU) im Abstandfurthermore that ions of the energy eu _{Q are} focused by the lens 22 on the axis shown in dash-dotted lines in FIGS. 1 and 2, then ions of the energy e (U + AU) are at a distance

^{= f= f}

= ^f = ^f

fokussiert. Um Energiefokussierung zu erfocused. To get energy focus

reichen, muß y = y , alsomust be enough, y = y, so

= N₂ (2)= N ₂ (2)

sein. Diese Bedingung ist aber bei den üblichen Massenspektrographen vom Typ Hattauch-Herzog bis auf das Vorzeichen erfüllt. Das positive Vorzeichen bedeutet, daß die Ablenkung in beiden Feldern jetzt gleichsinnig erfolgen muss. Im übrigen können die Parameter des Massenspektrographen, insbesondere des elektrischen und des magnetischen Sektorfeldes so bemessen werden, wie es bei Massenspektrographen dieses Typs bekannt ist.be. However, this condition applies to the usual mass spectrographs of the Hattauch-Herzog type except for the sign. The positive sign means that the distraction in both Fields must now take place in the same direction. In addition, the parameters of the mass spectrograph, especially the electrical and the magnetic sector field can be dimensioned as is known in mass spectrographs of this type.

Bei dem Massenspektrographen gemäss der Erfindung be- ! stimmt nun die Öffnung der Energieblende 20, die bei dem in j Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Mitte zwischen den beiden Linsen 18 und 22 angeordnet ist, den durchgelassenen Energiebereich unabhängig von der Strahlapertur. Ein weiterer Vorteil,der sich durch die Einführung der beiden Linsen 18 und ergibt, ist die Möglichkeit der vollkommen elektrischen Feineinstellung der Doppelfokussierungsbedingungen. Bei den bekannten Mattauch-Herzog¹sehen Massenspektrographen ist dagegen im allgemeinen zur Feineinstellung der Richtungsfokus sierung eine mechanijsehe Verschiebung des Eintrittsspaltes in Richtung des Strahles vorgesehen. Die Feineinstellung der Energiefokussierung geschieht im bekannten Falle durch Verschiebung des Erdunfspunktes des elektrischen Sektorfeldes, was im allgemeinen wiederum die Richtungsfokussierung beeinflusst. Bei dem Massenspektrographen gemäss der Erfindung kann auf eine mechanische Verschiebung des Eintrittsspaltes verzichtet werden und die Energiefokussierung kann, wie gesagt, unabhängig von der Richtungsfokuesierung einjustiert werden.In the mass spectrograph according to the invention, If the opening of the energy diaphragm 20, which is arranged in the middle between the two lenses 18 and 22 in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the transmitted energy range is correct regardless of the beam aperture. Another advantage that results from the introduction of the two lenses 18 and 14 is the possibility of fully electrical fine adjustment of the double focusing conditions. In the known Mattauch-Herzog ¹ see mass spectrograph, however, a mechanical shift of the entrance slit in the direction of the beam is generally provided for fine adjustment of the directional focus. The fine adjustment of the energy focusing is done in the known case by shifting the ground point of the electric sector field, which in turn generally influences the directional focusing. With the mass spectrograph according to the invention, a mechanical displacement of the entrance slit can be dispensed with and the energy focusing can, as said, be adjusted independently of the directional focusing.

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Bei Verwendung zweier Linsen tritt eine Doppelfokussierung ganz allgemein dann ein, wenn das von der ersten Linse durch Ionen der Energie e (U + Δϋ) entworfene Zwischenbild des Eintrittsspaltes mit dem (wieder rückwärts gerechnet) vom Magnet- [ feld und der zweiten Linse durch Ionen gleicher Energie entworfenen Bild der betreffenden Massenlinie in der Abbildungsebene 26 zusammenfällt. Wie Fig. 2 zeigt, in der die zusammenfallenden Zwischenbilder durch einen senkrechten Pfeil angedeutet sind, lässt sich das Zusammenfallen einfach durch geeignete Einstellung der Brennweiten der beiden Linsen erreichen.When using two lenses a double focusing occurs generally then, if the designed from the first lens by means of ion energy e (U + Δϋ) intermediate image of the entrance slit (backward expected again) with the magnetic [field and the second lens by ion The same energy designed image of the relevant mass line in the imaging plane 26 coincides. As FIG. 2 shows, in which the coincident intermediate images are indicated by a vertical arrow, the coincidence can be achieved simply by suitable setting of the focal lengths of the two lenses.

Um Doppelfokussierung aller Massen längs einer Geraden in der Abbildungsebene 26 zu erreichen, ist es nur erforderlich, daß Ionen gleicher Energie parallel ins Magnetfeld eintreten und . daß (rückwärts gerechnet) das vom Magnetfeld 2k und der vorgeschaljteten Linse 22 durch Ionen der Energie e(U + Δϋ) entworfene Zwischenbild mit einem durch Ionen der gleichen Energie entworfenen j Zwischenbild des Eintrittsspaltes 10 zusammenfällt. Das Zwischen- j bild des Eintrittsspaltes 10 kann durch die verschiedensten Abbildungsanordnungen erzeugt werden, man kann z.B. dieses Zwischenbild ausschließlich durch das elektrische Sektorfeld allein er- ! zeugen, wie es bei einem anderen bekannten Massenspektrograph i geschieht (siehe E.G.Johnson und A.O.Nier, Phys. Rev. 21» 10(1953)j)In order to achieve double focusing of all masses along a straight line in the imaging plane 26, it is only necessary that ions of the same energy enter the magnetic field in parallel and. that (calculated backwards) the intermediate image designed by the magnetic field 2k and the upstream lens 22 by ions of energy e (U + Δϋ) coincides with an intermediate image of the entrance slit 10 designed by ions of the same energy. The intermediate image of the entrance slit 10 can be generated by the most varied of imaging arrangements; this intermediate image can, for example, be created exclusively by the electrical sector field alone! testify as it happens with another known mass spectrograph i (see EGJohnson and AONier, Phys. Rev. 21 » 10 (1953) j)

Erhebliehe Vorteile im Hinblick auf eine hohe Transmission und kleine Bildfehler ergeben sich, wenn man in bekannter Weif se (H.Liebl, J.Appl. Phys. 38, 5277 (1967) ) eine Kombination aus einer elektrostatischen Linse und einem Sektorfeld verwendet, wobei die Linse vor dem Sektorfeld angeordnet ist. Ein Ausführungen beispiel der Erfindung₉ das eine Abbildungsanordnung zur Erzeugung des Zwischenbildes des Eintrittsspaltes 10 aufweist, welche ein elektrisches Sektorfeld 18* und eine vor diesem angeordnete elektrische Linse 16' enthält, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Bedingung für die Doppelfokussierung lautet für den Fall, daß .Considerable advantages with regard to high transmission and small image errors result if a combination of an electrostatic lens and a sector field is used in a known manner (H. Liebl, J.Appl. Phys. 38, 5277 (1967)), whereby the lens is arranged in front of the sector field. An embodiment example of the invention ₉ which has an imaging arrangement for generating the intermediate image of the entrance slit 10, which contains an electrical sector field 18 * and an electrical lens 16 'arranged in front of this, is shown in FIG. 3. The condition for double focusing is in the event that.

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zwischen dem elektrischen Sektorfeld 18' und dem Magnetfeld 24 nur eine Linse, nämlich die vor dem Magnetfeld, vorgesehen ist:between the sector electric field 18 'and the magnetic field 24 only one lens, namely the one in front of the magnetic field, is provided:

Dabei bedeuten:Mean:

. ^rS s Hauptradius des elektrischen Sektorfeldes, l_e= Abstand des Zwischenbildes (und damit der. ^r S s main radius of the electric sector field, l _e = distance of the intermediate image (and thus the

Energieblende 20) von der hinteren Grenze des elektrischen Sektorfeldes,Energy screen 20) from the rear border of the electric sector field,

^fm ^{= Brennwe}i^{te der vor dem} magnetischen Sektorfeld angeordneten Linse ^f m ^{= focal length of the} lens arranged in ^{front of the magnetic sector field}

K₂ = Austrittsdispersionskoeffizient des elektrischenK ₂ = outlet dispersion coefficient of the electrical

Sektorfeldes
L₂ = Winkel-Dispersionskoffizient des elektrischenSector field
L ₂ = angular dispersion coefficient of the electrical

Sektorfeldes ,Sector field,

N₂ = Winkel-Dispersionskoeffizient des magnetischen ■, N ₂ = angular dispersion coefficient of the magnetic ■,

SektorfeldesSector field

™ (siehe z.B. die obengenannte Veröffentlichung von™ (see e.g. the aforementioned publication by

König und Hintenlaerger).König und Hinterlaerger).

Der obenerwähnte Vorteil der ausschließlich elektri- \ sehen Peineinstellung der Doppelfokussierung ist auch bei der Ausführungsforra gemäss Fig. 3 gegeben.The above-mentioned advantage of the only electric \ see Peineinstellung the double focusing according to FIG. 3 is also present in the Ausführungsforra.

Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, daß die | oben beschriebene Anordnung ebenso wie die Anordnung gemäss Fig.l dazu geeignet ist, bestehende konventionelle Massenspektrographen! vom Typ Mattauch-Herzog umzubauen um eine unabhängige Einstellung; von Apertur »und Energiebreite zu ermöglichen. Als Beispiel hier- | für soll die Anwendung der Erfindung auf einem bekannten doppelfokussierenden, stigmatisch abbildenden MassenspektrographenFinally, it should be noted that the | The arrangement described above as well as the arrangement according to Fig.l is suitable for this, existing conventional mass spectrographs! of the Mattauch-Herzog type to be converted to an independent setting; of aperture »and energy width. As an example here- | for the application of the invention on a known double focusing, stigmatic imaging mass spectrograph

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ι erläutert werden, der in der "Zeitschrift für Naturforschung¹¹, !Band I4a, Heft 2, I969, Seiten 129 bis 141 beschrieben ist. Bei diesen bekannten Massenspektrographen werden also wie bei dem AusfUhrungsbeispiel geraäss Fig. 1 zwischen dem elektrischen und magnetischen Sektorfeld zwei elektrische Linsen vorgesehen und das Magnetfeld wird um 18O° geschwenkt. Die verwendeten Linsen bestehen aus drei zylindrischen Elektroden mit gleichem Innendurchmesser D, die Länge (Dicke) der Mittelelektrode ist D/2 und der Abstand zwischen Mittelelektrode und Außenelektrode je D/4. Bei einem Potential der Mittelelektrode von U_L = 0,5 U_Q (U = Energie der Ionen/Elektronenladung) wird die Brennweite f = IOD. Macht man D=I cm, dann wird f = 10 cm und der Abstand d beider Linsen voneinander gleich 2f = 20 cm. Diese beiden Linsen werden also mit einer dazwischen angeordneten Energieblende zwischen das elektrische und das magnetische Sektorfeld, deren Abstand 24,6 cm beträgt, gebracht und das Magnetfeld wird um >X80° um die Eintrittsrichtung der Ionen gedreht.ι be explained, which is described in the "Zeitschrift für Naturforschung ¹¹ ,! Volume I4a, Issue 2, I969, pages 129 to 141 Electric lenses are provided and the magnetic field is pivoted by 180 °. The lenses used consist of three cylindrical electrodes with the same inner diameter D, the length (thickness) of the center electrode is D / 2 and the distance between the center electrode and the outer electrode is D / 4 The potential of the center electrode of U _L = 0.5 U _Q (U = energy of the ions / electron charge) becomes the focal length f = IOD.If D = I cm, then f = 10 cm and the distance d between the two lenses is 2f = 20 cm. These two lenses are placed between the electrical and the magnetic sector field, the distance between which is 24.6 cm, and the magnetic field, with an energy diaphragm arranged in between is rotated by> X80 ° around the entry direction of the ions.

Anstelle von axialsymmetrischen Linsen können auch Linsen verwendet werden, die aus Langlochblenden zusammengesetzt sind und, analog zu optischen Zylinderlinsen, nur in einer Ebene fokussieren. Sie werden so angeordnet, daß die Pokussierungsebene mit der Ablenkebene des Massenspektrographen zusammenfällt .Instead of axially symmetrical lenses, it is also possible to use lenses which are composed of elongated aperture diaphragms and, analogous to optical cylinder lenses, only focus in one plane. They are arranged so that the focusing plane coincides with the plane of deflection of the mass spectrograph.

1088.0®'/17101088.0® '/ 1710

Claims

/ 15 / fMass spectrograph with double focusing, the; along the path traversed by the ions one after the other an ion entry slit, an electric sector field, a diaphragm; to limit the energy range of the ions ("energy diaphragm"),; contains a magnetic sector field and a recording plane, characterized in that an electrical imaging arrangement (16,18; 16 ', 18 ^f ) is located between the entrance slit (10) and the energy diaphragm (20) through which the entrance slit (10) it is imaged in the plane of the energy diaphragm (20) that an electric lens (22) is arranged at the distance of its focal length (f, f _m ) behind the energy diaphragm, and that the magnetic sector field (24) following this electric lens (22) is arranged and designed in such a way that the ions are deflected in it in the same sense as in the electric sector field (18, 18 ')

2. Mass spectrograph according to claim 1, characterized in that the width of the Durchlaßöff- w : voltage of the energy diaphragm (20) is adjustable.

: 3 · mass spectrograph according to claim 1, characterized in that an aperture diaphragm (14) , preferably adjustable in width, is arranged between the entrance slit (10) and the electrical imaging arrangement (16, 18; 16 *, 18 ').

'4. mass spectrograph ^ according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the electrical imaging arrangement consists of the electrical sector field that focuses the ions emerging from the entrance slit in the plane of the energy diaphragm.

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5. mass spectrograph according to claim 1, 2 or 3, d adurch characterized that the electrical Imaging arrangement contains a further electrical lens (18) behind the electrical sector field (16) from which ions the same energy emerge in parallel, and is arranged at the distance of their focal length (f) in front of the energy diaphragm (20).

6. A mass spectrograph according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the electrical education arrangement from a front of the electrical sector field (18 ¹ ) arranged further electrical lens (16 ·) contains.

7. mass spectrograph according to one of claims 1 to 4, dadurc h characterized that the focal length of the arranged in front of the magnetic sector field (24) electrical Lens (22) is changeable.

8. Mass spectrograph according to one of claims 5 or characterized in that the focal length of the further electrical lens (18, 16 ^f ) can be changed.

9. mass spectrograph according to claim 5 or 6, characterized by a device for common Change of the focal lengths of the two electric lenses (18,22).

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