Procédé de détection d'un corps chimique de masse M connue

Abstract

 Procédé de détection d'un corps chimique de masse M connue, à l'aide d'un appareil comportant une source d'ions (1) produisant des ions du corps de masse M à partir d'une atmosphère gazeuse à analyser ; une boîte de dissociations (3) dans laquelle les ions du corps de masse M se dissocient en fragments de masses connues m₁, m₂,... m_p, caractéristiques du corps de masse M à identifier ; un analyseur électrostatique (4) filtrant les ions d'énergie W ; un analyseur magnétique (5) fonctionnant avec une induction B_o dans son entrefer, caractérisé en ce que :
- on fixe la valeur B_o en choisissant pour V et W des valeurs V_o, W_o telles qu'un atome de masse M_o traverse l'appareil, ce qui est réalisé de façon connue, lorsque les équations dans lesquelles R est le rayon de courbure de la trajectoire de l'ion dans l'analyseur magnétique, sont satisfaites,
- pour rechercher ensuite la présence dans l'atmosphère à analyser du corps connu de masse M, susceptible de se dissocier en fragments connus de masses m₁=x₁M, m₂=x₂M,... m_p=x_pM, on étalonne l'appareil pour la recherche spécifique de la masse M en donnant à V_o et à W_o de nouvelles valeurs V′ et W′ telles que : V′M=V_oM_o et W′=eV′, puis on recherche séquentiellement les différents fragments m_p en faisant à chaque fois V_p=(V′/x

) et W_p=(W′/x_p) ce qui autorise l'ion de masse m_p à traverser tout l'appareil et à être mis en évidence par le détecteur d'ions,
- on en déduit la présence effective du corps de masse M.

Description

DESCRIPTION

[0001] La présente invention se rapporte aux techniques de détection de corps chimiques de masses M_i connues à l'aide d'un appareil d'ionisation, dissociation, filtration et détection qui permet successivement la production d'ions des corps à détecter, leur dissociation par chocs sur des molécules de gaz neutre et la recherche des fragments de dissociation de masses m_i connues des corps de masses M_i à identifier.

[0002] Un tel appareil d'ionisation, dissociation, filtration et détection des ions secondaires formées est décrit dans le brevet d'invention français FR-A-73 02771 déposé le 26 janvier 1973 par le demandeur et publié sous le n° 2 215 874 (USP 3,916,188).

[0003] Cet appareil comprend pour l'essentiel, placés dans une enceinte sous vide et dans cet ordre sur la trajectoire des ions : (voir Fig.1):

a) - une source d'ions 1 produisant, à partir d'une alimentation 2 en provenance de l'atmosphère à surveiller, des ions du corps de masse M et de change unitaire e sous la tension d'extraction V₁,

b) - une boîte de dissociation 3 portée à la tension d'extraction V₂ et remplie d'un gaz neutre dans laquelle les ions du corps de masse M se dissocient par choc sur les molécules du gaz neutre en différents fragments de masses connues m₁, m₂,...m _p, caractéristiques du corps de masse M à identifier,

c) - un analyseur électrostatique 4 qui ne laisse passer que les ions d'énergie W déterminée, ce niveau d'énergie W étant réglable,

d) - un analyseur magnétique 5 fonctionnant avec une induction magnétique B_o dans son entrefer, la trajectoire des ions à l'intérieur de l'analyseur 5 étant courbée par l'induction B_o selon une trajectoire circulaire de rayon R,

e) - un détecteur 6 des ions qui ont parcouru et traversé l'appareil précédent.

[0004] Selon l'enseignement du brevet FR-A-73 02771, ce dispositif est utilisé pour la filtration d'ions de la façon suivante.

[0005] Les ions primaires de masse M sont extraits de la source 1 sous la tension V₁ par rapport à la masse. Dans la boîte de dissociation 3 qui est portée à la tension V₂ par rapport à la masse, ils se dissocient par chocs sur les molécules de gaz neutre contenu dans cette boîte en produisant un certain nombre d'ions secondaires de masse m₁ qui sont ensuite filtrèes par l'analyseur électrostatique 4, réglé sur une énergie de filtration égale à eV˝. Les ions de masse m ayant ainsi traversé l'analyseur électrostatique 4 sont ensuite déviés dans l'analyseur magnétique 5 et détectés dans le détecteur 6.

[0006] La théorie du procédé d'utilisation de l'appareil précédent, exposée dans le brevet FR-A-73 02771 montre que l'ion m qui a franchi le dispositif précédent est dans un rapport de masses M/m=V₁-V₂/V˝-V₂ avec l'ion primaire de masse M qui lui a donné naissance. Cette méthode permet ainsi de déterminer, par analyse des fragments de masse m ayant traversé le dispositif, la présence d'un corps de masse M dans l'atmosphère que l'on veut surveiller et à l'aide de laquelle on alimente la source d'ions 1.

[0007] Toutefois, dans ce mode de mise en oeuvre du dispositif précédemment rappelé, les réglages de l'appareil sont souvent complexes puisque, selon le type de recherche envisagé, l'on peut agir sur les potentiels V₁, V₂, sur l'énergie de filtration eV˝ de l'analyseur électrostatique 4 et sur le champ magnétique B_o de l'analyseur magnétique 5 pour qu'un ion secondaire de masse m_i traverse tout le système et soit détecté dans l'appareillage 6. Il en résulte des opérations parfois longues et compliquées qui ne permettraient pas, facilement, une automatisation du système en vue de la surveillance systématique d'une atmosphère à contrôler en permanence.

[0008] Le demandeur a précisément mis en évidence la possibilité d'utiliser ce même dispositif déjà décrit dans le FR-A-73 02771 selon un autre procédé de mise en oeuvre plus simple, notamment sous forme automatique, à l'aide de moyens informatiques, et qui permet en particulier la surveillance permanente de l'état de pollution d'une atmosphère déterminée ou la recherche rapide de la présence dans l'air de composés toxiques indésirables.

[0009] La présente invention a pour objet un procédé de détection d'un corps chimique de masse M connue à l'aide d'un appareil d'ionisation, dissociation, filtration et détection comportant, dans une enceinte sous vide et dans cet ordre sur la trajectoire des ions :
- une source d'ions produisant des ions du corps de masse M et de charge unitaire e sous la tension d'extraction V à partir d'une atmosphère gazeuse à analyser,
- une boîte de dissociations portée au potentiel de la masse et remplie d'un gaz neutre dans laquelle les ions du corps de masse M se dissocient par chocs sur les molécules du gaz neutre en différents fragments de masses connues m₁, m₂,... m_p, caractéristiques du corps de masse M à identifier,
- un analyseur électrostatique filtrant les ions d'énergie W, ce niveau d'énergie W étant réglable,
- un analyseur magnétique fonctionnant avec une induction B_o dans son entrefer,
- un détecteur des ions ayant parcouru l'appareil précédent, caractérisé en ce que :
- on commence par fixer la valeur B_o de l'induction dans l'entrefer de l'analyseur magnétique en choisissant pour V et W des valeurs V_o, W_o telles qu'un atome indissociable de masse M_o traverse tout l'appareil et soit détecté par le détecteur d'ions, ce qui est réalisé de façon connue, lorsque les équations

dans lesquelles R est le rayon de courbure de la trajectoire de l'ion dans l'analyseur magnétique, sont satisfaites,
- pour rechercher ensuite la présence dans l'atmosphère à analyser du corps connu de masse M, susceptible de se dissocier en fragments connus de masses m₁=x₁M, m₂=x₂M,... m_p=x_pM, on étalonne l'appareil pour la recherche spécifique de la masse M en donnant à V_o et à W_o de nouvelles valeurs V′ et W′ telles que : V′M=V_oM_o et W′=eV′, puis on recherche séquentiellement les différents fragments m_p en faisant à chaque fois V_p =(V′/x

) et W_p =(W′/x_p) ce qui permet à l'ion de masse m_p de traverser tout l'appareil et d'être mis en évidence par le détecteur d'ions,
- on déduit la présence effective du corps de masse M dans le gaz d'alimentation de la source d'ions par la présence d'un nombre suffisant, pratiquement trois ou quatre, de fragments de dissociation de masse m_p caractéristiques de la dissociation du corps de masse M.

[0010] L'un des avantages importants du procédé précédent réside dans le fait que l'on travaille, pour une série de détections ou de mesures, avec un analyseur magnétique fonctionnant avec une induction B_o dans son entrefer constante. Il n'est donc pas nécessaire de procéder, au cours des différentes étapes de déroulement du procédé, à des réglages délicats de l'induction magnétique de cet analyseur pour obtenir le passage d'un ion de masse secondaire m_i. Par ailleurs, une autre différence importante avec le procédé objet du brevet FR-A-73 02471, réside dans le fait que la boîte de dissociation 3 est en général, mise à la masse. Dans ces conditions, les deux seuls paramètres sur lesquels on agit pour mettre en oeuvre les différentes étapes du procédé sont précisément la tension d'extraction V des ions de la source 1 et l'énergie W de filtration des ions dans l'analyseur électrostatique 4. Or, il est connu que le réglage d'une tension électrique se fait plus facilement et avec plus de précision que celui d'un champ magnétique, en particulier lorsqu'on fonctionne de façon automatique.

[0011] On rappellera, pour mémoire, que si l'on désigne par V_p et V_n les potentiels par rapport à la masse des deux électrodes de l'analyseur électrostatique, son énergie de filtration W=e(V_p-­V_n) pour un ion de charge unitaire. En réglant les potentiels V_p et V_n on peut donc régler à une valeur déterminée l'énergie des particules que cet analyseur laisse passer.

[0012] La mise en oeuvre du procédé de détection objet de l'invention à l'aide de l'appareil précédemment décrit, comporte successivement une phase de réglage suivie pour chaque corps de masse M, d'une phase d'étalonnage et d'une phase de recherche proprement dite de ce corps chimique de masse M connue.

[0013] La phase de réglage est celle au cours de laquelle on fixe la valeur B_o de l'induction dans l'entrefer de l'analyseur magnétique 5, en choisissant pour V et W des valeurs V_o et W_o telles qu'un atome indissociable de masse M_o puisse traverser tout l'appareil et être détecté par le détecteur d'ions 6. Conformément à l'invention, on choisit la valeur de B_o, pour une série de détections, en fonction de la masse M à détecter ; En effet, plus cette masse M est élevée, plus on est obligé de choisir pour B_o une valeur élevée, de façon à ce que la tension d'extraction V′ ne soit pas trop faible, ce qui diminuerait la sensibilité des mesures.

[0014] Conformément à ce qui vient d'être exposé, l'atome indissociable de masse M_o, qui peut être par exemple un atome de gaz rare tel que du xénon, de l'argon ou du krypton, est extrait de la source d'ions 1 avec énergie eV_o, puisque par hypothèse sa charge est la charge unitaire e. Pour qu'il puisse traverser l'analyseur électrostatique 4, la seule condition à réaliser est donc que l'énergie de filtration W_o de cet analyseur soit telle que W_o=eV_o.

[0015] Par ailleurs, il est connu des spécialistes de spectrométrie qu'un ion de masse M_o et d'énergie eV_o traverse un analyseur magnétique lorsque l'équation suivante, exprimée en unités cohérentes, est satisfaite :

R étant le rayon de la trajectoire circulaire de l'ion dans l'analyseur magnétique.

[0016] Dans ces conditions, l'opération de réglage de l'appareil consiste à faire choix d'un atome de masse M_o que l'on sait indissociable, à l'ioniser, à l'extraire sous la tension V_o et à régler l'induction magnétique B_o dans l'analyseur magnétique et l'énergie de filtration W_o dans l'analyseur électrostatique 4 pour que cet ion, qui ne subit par définition aucune dissociation dans la boîte 3, traverse tout le système et puisse être détecté par le détecteur 6.

[0017] Ceci étant réalisé, on fixe la grandeur B_o que l'on maintiendra désormais constante dans toute la suite des opérations de détection d'une même série de corps.

[0018] L'appareil est alors prêt pour commencer la recherche systématique de la présence dans l'atmosphère à analyser d'un corps connu de masse M dont on connaît par avance les fragments de dissociation de masse m₁=x₁M, m₂=x₂M,... m_p=x_pM.

[0019] La détection d'un corps connu de masse M comporte un étalonnage de l'appareil suivi d'une recherche séquentielle des ions secondaires de masses m_p à la sortie de la boîte de dissociation 3.

[0020] Dans l'étape d'étalonnage, on donne à V_o et à W_o de nouvelles valeurs V′ et W′ telles que : V′M=V_oM et W′=eV′, ce qui revient, de facon fictive, à rendre l'appareil "passant" pour un ion qui aurait la masse M.

[0021] La recherche séquentielle de chacun des fragments de masses m_p connues et caractéristiques de la dissociation de l'ion de masse M, se fait ensuite en modifiant à chaque fois la tension d'extraction de la source d'ions et l'énergie de filtration de l'analyseur électrostatique selon les équations V_p=V′/x

et W′_p=W′/x_p, conditions dont on va montrer qu'elles sont nécessaires et suffisantes pour que l'ion secondaire de masse m_p issu de l'ion M traverse tout l'appareil et soit mis en évidence par le détecteur 6.

[0022] En effet, le passage de l'ion secondaire de masse m_p à travers le dispositif est effectif s'il franchit successivement l'analyseur électrostatique et l'analyseur magnétique.

[0023] Le franchissement de l'analyseur électrostatique nécessite que l'énergie de cet ion soit W_p=(W′/x_p) (1). Or, l'énergie cinétique de l'ion de masse m_p, issu de la dissociation de l'ion de masse M extrait de la source d'ions avec l'énergie eV_p est eV_p.x_p (2) puisque l'énergie cinétique emportée par le fragment de dissociation de masse m_p est dans le rapport des masses (m_p/M)=x_p.

[0024] La formule (2) peut s'écrire :

ce qui démontre bien que la relation (1) est satisfaite.

[0025] Le franchissement de l'analyseur magnétique nécessite simplement, puisque par définition B_o et R sont constants, que √eV_oM_o le soit, c'est-à-dire que le produit de l'énergie de l'ion secondaire étudié par sa masse soit égal à eV_oM_o. Or on peut écrire que ce produit est égal à :

L'égalité recherchée est donc également vérifiée, et le calcul montre bien que si l'on règle les tensions de façon telle que :

l'appareil peut être traversé par l'ion secondaire de masse m_p.

[0026] De façon pratique, dés que l'on a détecté plusieurs fragments de dissociation de masse m_p caractéristiques de la décomposition de l'ion connu de masse M, on peut affirmer que le corps correspondant est présent dans l'atmosphère que l'on surveille et à l'aide de laquelle on alimente la source d'ions 1. Le nombre de fragments de dissociation de masse m_p nécessaire pour pouvoir affirmer avec une très grande probabilité la présence effective du corps recherché de masse M dans le gaz d'alimentation de la source dépend évidemment de l'importance de la masse M du corps à détecter et de sa complexité. En fait, lorsqu'il s'agit de produits de pollution ou de produits toxiques présents dans l'air, les molécules recherchées ont des schémas de décomposition bien connus et il est relativement facile de se prononcer dès que l'on a détecté la présence de trois ou quatre ions secondaires de dissociation des ions primaires.

[0027] La présente invention a également pour objet un procédé de détection dans l'atmosphère d'une série de corps chimiques de masses M_i, ayant chacun des fragments de dissociation de masses m_i1, m_i2,... m_ip connues, caractérisé en ce que l'on rend automatique cette détection en mettant dans une mémoire les différentes valeurs des masses M_i recherchées, ainsi que pour chacune d'entre elles, les différentes masses M_i1,... m_ip de leurs fragments de dissociation possibles et en ce que l'on fait rechercher séquentiellement, par un ordinateur muni d'un programme commandant les différentes étapes du procédé, la présence ou l'absence de chacun de ces corps de masse M_i.

[0028] De façon plus précise, le procédé de détection automatique de corps chimique de masse M_i comporte, sous la commande d'un ordinateur plusieurs étapes consécutives de recherches à chaque fois de l'un des corps de masse M_p, chaque étape d'une telle recherche comprenant :

a) - un étalonnage de l'appareil pour définir les valeurs V′_p et W′_p telles que V′_pM_p=V_oM_o et W′_p =eV′_p,

b) - une recherche séquentielle des fragments m_pq de dissociation de l'ion M_p à la sortie de la boîte de collisions, l'ordinateur commandant pour chaque fragment m_pq recherché le réglage des grandeurs V et W aux valeurs

et W_pq=(W′_p/x_pq), avec x_pq=(m_q/M_p).

[0029] Les réglages necessaires pour chaque séquence de recherche d'un corps déterminé dans l'atmosphère à surveiller, ne nécessitant, selon le procédé objet de la présente invention, que des réglages de la tension d'extraction V et de l'énergie de filtration W de l'analyseur électrostatique, ces deux grandeurs peuvent facilement être pilotées de façon séquentielle à l'aide d'un ordinateur programmé à cet effet qui travaille à partir d'une mémoire dans laquelle on a entré à la fois les différents corps connus de masse M_i dont on veut surveiller l'apparition éventuelle dans l'atmosphère ainsi que, pour chacun d'entre eux les masses m_i de leurs principaux composés de dissociation. Le logiciel de l'ordinateur commande par conséquent la recherche séquentielle des corps de masse M_p, les uns après les autres et pour chacun d'entre eux, la recherche de leurs fragments de dissociation de masse m_q en modifiant à chaque fois la tension d'extraction et l'énergie de filtration selon les formules données précédemment.

[0030] L'automatisation possible du procédé objet de l'invention en fait ainsi un outil de choix pour la surveillance permanente et automatique de l'état de pollution ou de toxicité de l'atmosphère.

[0031] De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit de plusieurs exemples de mise en oeuvre du procédé de détection de la présence dans l'atmosphère d'un corps chimique de masse M connue, description qui sera faite à titre illustratif et non limitatif en se référant notamment aux tableaux I et II et aux Figs. 2 et 3 joints.

[0032] Les trois premiers exemples qui suivent visent la détection dans l'air de corps connus qui sont l'azote, l'oxyde de carbone et l'éthylène de masses moléculaires respectives 28,006 pour N₂, 27,995 pour CO et 28,03 pour C₂H₄. Ces trois corps ont éte intentionnellement étudiés ensemble car ils fournissent une démonstration éclatante, malgré la très grande proximité de leurs masses moléculaires, de l'efficacité du procédé de détection, objet de l'invention grâce auquel on peut les séparer sans aucune difficulté alors que cette séparation aurait été pratiquement impossible même avec un très bon spectromètre de masse.

[0033] Dans les trois exemples qui suivent, le champ magnétique B_o a une valeur de 3 000 Gauss et l'analyseur magnétique un rayon R=10,5 cm.

EXEMPLE 1

[0034] On recherche l'azote, N₂. La masse moléculaire de l'ion initial M est égal dans ce cas à 28,006 daltons. On repère la présence d'ions N₂ par celle de l'atome d'azote N de masse m=14,003 daltons.

[0035] Dans cet exemple x_p=0,5 et la tension d'extraction de référence V′=1708,6182 Volts. La tension d'extraction pour l'ion N⁺ Vp=(V′/x

) est de 6834,4729 Volts et la tension de filtration par l'analyseur électrostatique, proportionnelle à l'énergie W_p =(W′/x_p)= 3417,2364 Volts.

EXEMPLE 2

[0036] Cet exemple vise la détection de l'oxyde de carbone CO à partir de son atome d'oxygène de dissociation 0. Les données sont les suivantes : la masse initiale M de la molécule de CO est 27,995 daltons et la masse de l'ion secondaire oxygène est m=15,995 daltons. Le rapport des masses est x_p=0,5713. La tension d'extraction de référence est V′=1709,2896 Volts et la tension d'extraction V_p=V′/x

=5236,1021 Volts. Dans ces conditions, la tension de filtration électrostatique V′/x

de l'atome d'oxygène est égale à 2991,6575 Volts.

EXEMPLE 3

[0037] Cet exemple est relatif à la dissociation de la molécule d'oxyde de carbone CO, repérée cette fois à l'aide de l'ion secondaire de l'atome de carbone C de masse m=12 daltons par définition. La tension de référence V′ est la même que pour l'exemple 2. Dans ces conditions, le rapport des masses du carbone à la molécule d'oxyde de carbone est x_p=0,4286 ; la tension d'extraction de l'ion carbone est V′/x

=9302,8089 Volts et la tension de filtration électrostatique est V′/x_p=3987,6302 Volts.

EXEMPLE 4

[0038] Il s'agit de la dissociation de la molécule d'éthylène C₂H₄ en C₂H₃+H, l'ion secondaire C₂H₃ servant d'identification à la molécule C₂H₄. Dans ces conditions, la masse de l'ion primaire est M=28,03 daltons, la masse de l'ion secondaire est m=27,0225 daltons et le rapport de masse x=0,9640. Pour un voltage d'extraction de référence V′=1707,1552 Volts, l'ion secondaire C₂H

est extrait lorsque V′/x² =1836,8266 Volts et la tension de l'analyseur électrostatique V′/x=1770,8044 Volts.

EXEMPLE 5

[0039] Il s'agit de la dissociation de la molécule d'éthylène en C₂H₄ en C₂H₂+H₂, l'ion secondaire C₂H₂ servant d'identification à la molécule C₂H₄. Dans ces conditions, la masse M de l'ion primaire est 28,03 daltons, la masse de l'ion secondaire est m=26,015 daltons et le rapport de la masse x=0,9281. Pour un voltage d'extraction de référence V′-1707,1552 Volts, l'ion secondaire C₂H

est extrait lorsque V′/x₂=1981,8535 Volts et la tension de l'analyseur électrostatique V′/x=1839,3835 Volts.

[0040] On voit clairement à l'aide des quatre exemples précédents que les molécules N₂, CO et C₂H₄ de masses moléculaires extrêmement voisines (de l'ordre de 28) sont très facilement séparées par l'appareil puisqu'elles sont détectées par des tensions d'extraction de leur ion secondaire m V=6834,4729 Volts, 5236,1021 Volts, 9302,8089 Volts, 1836,8266 Volts et 1981,8535 Volts. Les deux dernières molécules pratiquement inséparables même par les spectromètres de masse les plus précis lorsque le rapport de la concentration de CO et de C₂H₄ à l'azote de l'air est faible, sont ici identifiées et séparées avec une précision et une facilité tout à fait exceptionnelles, sans aucune équivoque possible.

[0041] Les exemples 6 à 11 suivants seront illustrés par le tableau I qui concerne six composés chimiques dont les masses moléculaires M sont voisines de 140 daltons. Ces composés chimiques sont respectivement :
- le sarin, de formule C₄H₁₀O₂FP,
- le 2-isobutylthiophène de formule C₈H₁₂S,
- le 2,2-dideutérospiro (4,4)nonane-1-one de formule C₉H₁₂D₂O,
- le 5-allyl-thiolactone-2,
- le N-triméthylsilylpyrazole de formule C₆H₁₂N₂Si,
- le 3-terbutylthiophène de formule C₈H₁₂S.

[0042] Pour chacun de ces composés, ont été données sur des lignes horizontales, les masses moléculaires exprimées en daltons des principaux ions secondaires de dissociation (par exemple pour le sarin, les masses 99, 125, 81 et 43 et 41) assorties de leurs tensions d'extraction V′/x² exprimées en volts.

[0043] Un simple coup d'oeil sur le tableau permet de constater que l'identification des différentes masses m_i est très facile et qu'aucune confusion ne peut exister entre elles. C'est pour chacun des corps de masse M envisagé la nature et la masse m_i des produits de dissociation qui permettra à l'ordinateur de pilotage automatique du système de détection d'affirmer, par référence aux indications mises en mémoire dans l'appareil, que les produits de décomposition de masse m_itrouvés correspondent aux corps de masse M_i recherchés. Cet exemple permet encore de comprendre comment le procédé de détection objet de l'invention permet de séparer sans aucune ambiguité possible les six corps étudiés bien qu'ils aient tous une masse moléculaire très voisine de 140 daltons.

[0044] Enfin, le tableau II fournit deux exemples 12 et 13 relatifs à la détection dans l'air de deux autres gaz toxiques, le tabun de masse 162 daltons et le soman de masse 182 daltons. Leurs formules respectives sont C₅H₁₁N₂O₂P et C₇H₅O₂FP. Le tableau indique pour chacun d'abord la tension de référence V′ correspondant à la masse moléculaire M du corps et les différentes tensions d'extraction des ions secondaires dont les masses m_i sont répertoriées 43,70, 44,133 et 106 pour le tabun et 126,99, 82,109 et 41 pour le soman.

[0045] Là encore, un simple coup d'oeil sur le tableau montre que les différents ions secondaires m_i sont extraits sous des tensions suffisamment différentes pour qu'il n'y ait aucun doute quant à leur identification et par là même à l'identification de l'ion primaire de masse M_i qui leur a donné naissance.

[0046] En se référant maintenant aux figures 2 et 3, on va donner un exemple de mise en oeuvre de fonctionnement automatique, sous la commande d'un ordinateur équipé d'un logiciel, du procédé objet de l'invention.

[0047] Dans cet exemple, il s'agit de surveiller en permanence l'atmosphère, en y détectant la présence d'un ou de plusieurs composés connus, par exemple toxiques, dont on connaît à la fois les masses moléculaires M_i et, pour chacun d'entre eux, les produits de dissociation possibles de masses m_i1 , m_i2... m_iq. Les informations précédentes sont toutes entrées dans une mémoire où elles sont à la disposition de l'ordinateur.

[0048] La figure 2 illustre le schéma de principe des séquences de recherche du composé de masse M_p. Cette figure montre l'ordinateur 10 connecté à son logiciel 12 et à la mémoire 14, représentée deux fois sur le schéma pour des raisons de commodité.

[0049] Pour la détection de la présence éventuelle du corps de masse M_p dans l'air, la source d'ions 1 est alimentée par la canalisation 2 en un échantillon de cet air dont elle ionise les composants, en particulier le corps de masse M_p.

[0050] L'ordinateur déclenche alors la phase d'étalonnage, au cours de laquelle une nouvelle référence V′_p=(VoM_o/M_p) pour la tension d'extraction et W′_p=eV′_p pour l'analyseur électrostatique, formules dans lesquelles V_o et M_o sont les valeurs de la tension d'extraction de la source d'ions 1 et la masse de l'ion indissociable utilisées pour régler l'appareil et fixer l'induction B de l'analyseur magnétique à la valeur B_o que l'on maintient ensuite constante.

[0051] L'ordinateur déclenche ensuite la phase de recherche séquentielle des fragments m_pq de dissociation de l'ion de masse M_p à la sortie de la boîte de dissociation 3.

[0052] A cet effet, et séquentiellement, l'ordinateur agit sur les moyens de réglage de la tension d'extraction V et de l'énergie de filtration électrostatique W, en fixant, à chaque séquence, ces grandeurs aux valeurs V_pq=(V′_p/x

) et W_pq=(W′_p/x_pq) avec x_pq=(m_pq/M_p).

[0053] A la fin de chaque séquence, l'ordinateur 10 établit, en liaison avec la mémoire 14, la présence ou l'absence du fragment m_pq et, en fin d'exploration de l'ensemble des séquences, la présence ou l'absence du corps de masse M_p. Le processus se développe ensuite en recommençant les mêmes étapes pour l'ion de masse M_p+1 jusqu'à épuisement des M_i corps recherchés et un nouveau cycle général peut alors recommencer.

[0054] La figure 3 montre le schéma d'ensemble des opérations de recherche automatique des M_i corps à détecter, chacun des rectangles en pointillés étant identique au schéma de la figure 2 et concernant les opérations de recherche d'un ion de masse M, à savoir successivement M₁, M₂,... M_i.

[0055] La figure 3 se comprend d'elle-même à partir des explications qui précèdent.

Revendications

1. Procédé de détection d'un corps chimique de masse M connue, à l'aide d'un appareil d'ionisation, dissociation, filtration et détection comportant, dans une enceinte sous vide et dans cet ordre sur la trajectoire des ions :
- une source d'ions (1) produisant des ions du corps de masse M et de charge unitaire e sous la tension d'extraction V à partir d'une atmosphère gazeuse à analyser,
- une boîte de dissociations (3) portée au potentiel de la masse et remplie d'un gaz neutre dans laquelle les ions du corps de masse M se dissocient par chocs sur les molécules du gaz neutre en différents fragments de masses connues m₁, m₂,... m_p , caractéristiques du corps de masse M à identifier,
- un analyseur électrostatique (4) filtrant les ions' d'énergie W, ce niveau d'énergie W étant réglable,
- un analyseur magnétique (5) fonctionnant avec une induction B_o dans son entrefer,
- un détecteur (6) des ions ayant parcouru l'appareil précédent, caractérisé en ce que :
- on commence par fixer la valeur B_o de l'induction dans l'entrefer de l'analyseur magnétique en choisissant pour V et W des valeurs V_o, W_o telles qu'un atome indissociable de masse M_o traverse tout l'appareil et soit détecté par le détecteur d'ions, ce qui est réalisé de façon connue, lorsque les équations

dans lesquelles R est le rayon de courbure de la trajectoire de l'ion dans l'analyseur magnétique, sont satisfaites,
- pour rechercher ensuite la présence dans l'atmosphère à analyser du corps connu de masse M, susceptible de se dissocier en fragments connus de masses m₁ =x₁M, m₂=x₂M,... m_p=x_pM, on étalonne l'appareil pour la recherche spécifique de la masse M en donnant à V_o et à W_o de nouvelles valeurs V′ et W′ telles que : V′M=V_oM_o et W′=eV′, puis on recherche séquentiellement les différents fragments m_p en faisant à chaque fois V_p=(V′/x

) et W_p=(W′/x_p) ce qui permet à l'ion de masse m_p de traverser tout l'appareil et d'être mis en évidence par le détecteur d'ions,
- on déduit la présence effective du corps de masse M dans le gaz d'alimentation de la source d'ions par la présence d'un nombre suffisant, pratiquement trois ou quatre, de fragments de dissociation de masse m_p , caractéristiques de la dissociation du corps de masse M.

2. Procédé de détection de la présence dans l'atmosphère d'une série de corps chimiques de masses M_i, ayant chacun des fragments de dissociation de masses m_i1 m_i2,... m_ip connues, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on rend automatique cette détection en mettant dans une mémoire les différentes valeurs des masses M_i recherchées, ainsi que pour chacune d'entre elles, les différentes masses M_i1,... m_ip de leurs fragments de dissociation possibles ét en ce que l'on fait rechercher séquentiellement, par un ordinateur muni d'un programme commandant les différentes étapes du procédé, la présence ou l'absence de chacun de ces corps de masse M_i.

3. Procédé de détection automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte, sous la commande d'un ordinateur plusieurs étapes consécutives de recherches à chaque fois de l'un des corps de masse M_p, chaque étape d'une telle recherche comprenant :

a) - un étalonnage de l'appareil pour définir les valeurs V′_p et W′ telles que V′_pM_p=V_oM_o et W′_p=eV′_p,

b) - une recherche séquentielle des fragments m_pq de dissociation de l'ion M_p à la sortie de la boîte de collisions, l'ordinateur commandant pour chaque fragment m_pq recherché le réglage des grandeurs V et W aux valeurs

W_pq=(W′_p/x_pq), avec x_pq=(m_q/M_p.

Dessins