LA SONDE IONIQUE IMS 1270

 

 

SCHEMA DE LA SONDE IONIQUE IMS 1270

Cs : source Césium

D : Duoplasmatron

T : Lentilles de transfert

FE : Fente d'entrée

ESA : Secteur électrostatique

NRJ : Fente en énergie

FS : Fentes de sortie

 

 Pour un schéma plus détaillé de la sonde ims 1270, cliquez-ici.

Pour une photo de la sonde ims 1270, cliquez-ici.

 

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

La sonde ionique est un instrument d'analyse construit pour mesurer à l'échelle microscopique les concentrations et les compositions isotopiques de tous les éléments connus, même à des teneurs très faibles.

Des ions sont créés à partir d'un gaz dans une source. Ils sont ensuite accélérés dans la colonne primaire et focalisés sur une zone de l'échantillon. Cette zone est pulvérisée sous l'impact et émet une partie des éléments qui la constituent sous forme d'ions appelés ions secondaires. Ceux-ci sont accélérés par un champ électrique présent entre la surface de l'échantillon et la première lentille de l'optique de transfert, qui envoie le faisceau d'ions dans la partie spectromètre de la machine.

Les ions secondaires passent dans le secteur électrostatique qui va les séparer en fonction de leur énergie initiale. Ensuite ils sont refocalisés par la lentille du spectromètre avant de passer dans le secteur magnétique qui va les séparer en fonction de leur masse. Les ions ainsi sélectionnés sont dirigés sur un écran fluorescent en imagerie, soit sur un système de comptage dans le cas d'une analyse.

 

LES PLUS DE LA SONDE IONIQUE IMS 1270

Les sources et la colonne primaire

L'IMS 1270 est équipée de deux sources différentes : un duoplasmatron qui produit des ions d'oxygène et une source à césium qui produit des ions césium.

Le duoplasmatron est constitué d'une cathode de nickel, d'une électrode intermédiaire mobile, d'une bobine et d'une anode percée. Un plasma d'oxygène est formé par une décharge électrique dans la cathode creuse. L'électrode et la bobine confinent le plasma formé par l'arc. Le plasma passe à travers le trou de l'anode et les ions extraits de la surface sont accélérés dans la colonne primaire.

De la vapeur de césium est produite en chauffant un réservoir de carbonate de césium. Cette vapeur est ionisée en ions Cs+ quand elle entre en contact avec une plaque de tungstène portée à une température de 1100°C. Les ions sont alors extraits et accélérés par un champ électrique appliqué entre la plaque et la lentille d'extraction

Un filtre magnétique primaire sélectionne les ions utilisés (O2+, O-, O2- ou Cs+). La taille minimum de la zone analysée peut atteindre 0.2 µm si l'on choisit les ions Cs+ (10 µm avec l'oxygène sur l'IMS 3f).

La colonne secondaire

Dans l'IMS 3f, le secteur électrostatique a un rayon de 86 mm et le secteur magnétique un rayon de 127 mm. Ceci lui permet d'avoir une résolution en masse ultime de 10 000. Les rayons des deux secteurs sont portés chacun à 585 mm dans l'IMS 1270, permettant ainsi d'atteindre 40 000 de résolution de masse. La transmission est maximale sur l'IMS 1270 jusqu'à environ 3 000 de résolution de masse et est environ 15 fois supérieure à celle de l'IMS 3f entre 3 000 et 10 000.

L'unique lentille du spectromètre de l'IMS 3f a été remplacée par quatre lentilles dans l'IMS 1270 (deux lentilles circulaires et deux lentilles verticales). Ces lentilles permettent d'optimiser la luminosité du faisceau secondaire dans le spectromètre.

La détection et la mesure

L'IMS 1270 offre le choix entre deux modes de détection : soit de manière séquentielle (monocollection), soit en parallèle (multicollection). La multicollection est composée de 7 détecteurs d'ions comprenant deux cages de Faraday fixes et cinq détecteurs mobiles (cages de Faraday ou multiplicateurs d'électrons). Elle permet ainsi l'analyse en simultané de différents isotopes d'un même élément depuis les isotopes du lithium (6Li et 7Li) - ce qui correspond au plus grand espacement entre les détecteurs - jusqu'aux isotopes du plomb - le plus faible espacement.

La multicollection de l'IMS 1270 permet également d'atteindre une précision 10 fois supérieure à celle atteinte par l'IMS 3f et ainsi de se rapprocher de la précision des spectromètres de masse classiques.

L'interface informatique

La plupart des fentes et diaphragmes est pilotée par des moteurs commandés par un clavier. L'ordinateur contrôlant la machine possède un logiciel polyvalent capable, entre autres, de faire l'acquisition et l'analyse d'images en 3D de la répartition d'un élément dans un volume donné de l'échantillon.

 

 

 

LES ENTRAILLES DE LA 1270

 

 

 

 Source à césium en place sur la colonne primaire.

 

 Source à césium démontée pour entretien. On distingue au sommet le système où la vapeur de césium est ionisée.

 Le canon à électrons permet de compenser les charges électriques accumulées sur un échantillon isolant lors de l'utilisation de la source à césium.

 

 Le couplage (partie comprise entre le secteur électrostatique et l'aimant) contient 4 lentilles de focalisation et les déflecteurs qui leurs sont associés.

 

 

 Vue de l'octopole situé à la sortie du secteur magnétique.

 

L'ouverture de la fente de sortie est commandée par une pression sur le cylindre où sont fixées les 2 plaques.

 Lentille électrostatique servant à la projection de l'image ionique sur la galette de microcanaux.

 

 Le multiplicateur d'électrons de la monocollection est l'un des systèmes de comptage équipant la machine.

 

 

 La galette de microcanaux reçoit les ions et les converti en un grand nombre d'électrons envoyés sur un écran fluorescent.
 
 Chariots de la multicollection sur leur rail. Il y a 5 chariots mobiles sur lesquels sont montés soit une cage de Faraday soit un multiplicateur d'électrons.

 Chariot de la multicollection équipé d'un multiplicateur d'électrons.

 
3 chariots parqués à une extrémité du rail. Les 2 chariots de gauche portent chacun un multiplicateur d'électrons, le chariot de droite (à l'extrémité du rail) porte 2 cages de Faraday.
 

 

 Engrenages d'entrainement des chariots de la multicollection