Détecteurs destructifs, spectrométrie de masse

Les détecteurs destructifs

Les détecteurs destructifs sont des compteurs et amplificateurs signaux des ions, ils permettent de transformer  un courant ionique faible en un signal mesurable. Il faut noter que, les détecteurs destructifs ne permettent pas de mesurer directement la masse sur charge des ions, ils ne peuvent que fournir des informations sur le temps d’arrivage des ions au détecteur et l’intensité du parquet d’ions. C’est au système informatique qui détermine la masse sur charge (m/z) en fonction du temps d’arrivage au détecteur et les paramètres de l’analyseur. Contrairement au détecteur non destructif qui permet la survie des ions pendant et après la détection, les détecteurs destructifs déchargent les ions en les détectant. En général, ces détecteurs viellent mal car la surface du détecteur est endommagée à cause de collisions avec les particules. Il existe plusieurs types de détecteur destructif comme des plaques photographiques, qui sont les premiers types de détecteurs utilisés pour la spectrométrie de masse. Ces plaques photographiques sont souvent utilisées avec l’analyseur à secteur magnétique, dans lequel la direction des ions est en fonction de leurs m/z, et le rapport m/z des ions est déterminé en fonction de la position des ions sur la plaque. On peut citer le détecteur Cylindres de Faraday qui consiste en une boîte cylindrique allongée, mais ce détecteur est peu sensible, et le temps de réponse est long, il n’est pas adapté à des scans rapides.

De nos jours, les plaques photographiques, ainsi que les détecteurs Cylindres de Faraday ne sont plus (ou très peu) utilisées en spectrométrie de masse, ils sont remplacés par des détecteurs multiplicateurs d’électrons, plus connu sous le nom anglais « electron multiplier »

Les multiplicateurs d’électrons sont des amplificateurs d’électron très performants qui augmentent des signaux électriques très faibles (10-15 à 10-9 ampères) à un niveau mesurable par des moyens électroniques conventionnels.

On trouve deux types de multiplicateurs d’électrons dans les spectromètres de masse. Ce sont les configurations à dynode continue (également appelé chaneltron) et à dynode discontinue. Les multiplicateurs à dynode continue sont constitués d’un tube en verre conductrice et possèdent des caractéristiques d’émission électron secondaire. On appelle généralement ces multiplicateurs des « cornes » en raison de leur forme, en cône et courbé. Dans les multiplicateurs d’électrons à configuration continue, les résistances et les dynodes sont réparties de façon « continue » sur toute la longueur du tube en verre, la tension appliquée se dégrade régulièrement d’une extrémité à l’autre.

Fonctionnement de multiplicateur à dynode continue.

Les multiplicateurs à dynode discontinue sont constitués d’un empilement de plaques de dynode recouvertes de métal spécial reliées en alternance avec des couches de résistances épaisses (Figure 1). Le tout est monté dans un boîtier en acier inoxydable et céramique. Une tension positive élevée, allant en général de 1000v à 3000v, est appliquée de sort que la tension se dégrade régulièrement d’une plaque à l’autre de façon discontinue. Les multiplicateurs d’électrons à dynode discontinue ont généralement 4 à 10 fois la zone de surface active par rapport à aux multiplicateurs à dynode continue, permettant une vie opérationnelle plus importante que le chaneltron dans des conditions identiques.

détecteur discontinu

Figure 1 : Image d’un multiplicateur à dynode discontinue, image à partir du document de Restek.

Le principe des multiplicateurs d’électrons est assez simple, un ion positif arrivant sur une dynode portée à un courant négatif (inversement, un ion négatif sera attiré par une dynode portée à un courant positif). La collision avec la surface de la dynode émet plusieurs particules (N particules) qui sont des électrons secondaires, ces électrons sont arrachés à partir des atomes présents dans la surface de dynode. Ensuite les électrons secondaires sont accélérés et frappés vers la surface opposée du multiplicateur et émettent NxG électrons et ainsi de suite (Figure 2). Le nombre d’électrons arrachés dépend de l’énergie de collision, du type de particule et la surface de dynode. À la sortie, un ion peut générer environ 106 à 107 électrons permettant de mesurer le courant électronique. Théoriquement, un seul ion peut générer un courant mesurable grâce ce dispositif.

détecteur discontinue

Figure 2 : Fonctionnement du détecteur à dynode discontinue

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