Un filament incandescent émet des électrons qui traversent la chambre d'ionisation. Ces électrons bombardent les molécules d'échantillon à l'état de vapeur, qui entrent dans la source. Les molécules se brisent en fragments, parmi les quels on trouve des ions positifs qui formeront le spectre caractéristique de la molécule étudiée.

La plupart des molécules sont ionisées par un bombardement de l'ordre de 10 à 12 eV.

M + e^- M°⁺ + 2e^-

Ve > potentiel d'ionisation

M°⁺ ion moléculaire.

Si on augmente l'énergie des électrons incidents, l'excédent d'énergie interne provoque la cassure d'un certain nombre de liaisons chimiques :

AB + e^- A⁺ +B° + 2e^-

Ve > potentiel d'apparition

A⁺ ion fragment

La fragmentation atteint un palier aux alentours de 50 eV. Par convention, l'enregistrement des spectres se fait à 70 eV : dans ces conditions les fragmentations sont produites avec un maximum de rendement et de reproductibilité d'un appareillage à l'autre.

Les électrons sont recueillis sur le collecteur qui mesure le courant d'électrons émis par le filament.

Deux petits aimants placés de part et d'autre de la source donnent une trajectoire hélicoïdale à ce flux d'électrons, ce qui augmente la probabilité des collisions et donc le rendement d'ionisation.

Le repousseur (repeller) est porté à un potentiel positif faible, et chasse les ions de la source. Les ions sont ensuite accélérés grâce à l'existence d'un gradient de potentiel, et focalisés grâce à une optique ionique constituée de 3 électrodes.

photo PBoutin

La chambre d'ionisation est portée à une température d'environ 200°C. Elle peut être portée à plus haute température (de 200°C à 300°C) par un système de chauffage annexe. On évite ainsi des condensations et donc des dépôts de contaminateurs lors de l'analyse de produits peu volatils. Toutefois, ce chauffage entraîne une augmentation de l'énergie interne des molécules et favorise la fragmentation des ions moléculaires, dont l'intensité peut être diminuée, voire annulée.

Le quadripôle est un analyseur de masse à champ électrique seul. Il est très utilisé dans la technique couplée CPG/SM, dont les applications n'exigent pas une haute résolution.

Étude du trajet des ions dans un filtre quadripolaire

La composante du champ électrique est nulle dans la direction Oz. Lorsqu'un ion positif entre dans le filtre quadripolaire, les composantes de son vecteur vitesse suivant les trois directions x, y, z vont déterminer sa trajectoire. Cette trajectoire sera, en général, complexe, sauf dans deux cas particuliers Composante de vitesse nulle suivant Oy : la trajectoire se situe dans le plan (xOz). L'ion se déplace entre deux parois chargées positivement, qui le repoussent vers le centre. L'ion est dans un creux de potentiel, sa trajectoire est stable.

Une transposition imagée est celle d'une bille que l'on lance dans l'axe d'une gouttière horizontale. Le trajet central est favorisé, même s'il existe une composante de vitesse selon Ox, auquel cas la bille effectuera des oscillations.

Composante de vitesse nulle suivant Ox : la trajectoire se situe dans le plan (yOz). L'ion est attiré vers les barres chargées négativement. L'ion est sur une bosse de potentiel, sa trajectoire est instable (l'amplitude va dépasser ro). Pour reprendre l'image précédente, il faut imaginer une bille que l'on lance sur le dos d'une gouttière.

Si l'on considère les deux cas précédents La trajectoire se situe dans le plan (xOz). Les parois deviennent alternativement positives et négatives. Les ions lourds ont une inertie trop grande pour suivre les variations d'orientation du champ électrique : ils sont peu perturbés. Les ions légers se mettent à osciller : leur trajectoire devient instable et ils ne pourront pas, en général, trouver le trou de sortie. Le plan (xOz) est donc équivalent à un filtre passe-haut. La trajectoire se situe dans le plan (yOz). Les ions lourds continuent comme si de rien n'était : leur trajectoire est instable. Les ions légers vont pouvoir éventuellement être récupérés.

Le plan (yOz) est donc équivalent à un filtre passe-bas. Rien ne passe

Filtre passe-haut : Pour un choix judicieux des potentiels Vc et Va, le filtre ne laisse passer qu'un petit intervalle de masses. En faisant varier cette bande passante, on sélectionne les ions de masses croissantes et l'on obtient ainsi un spectre de masse. Le facteur de résolution des filtres quadripolaires est relié au nombre d'oscillations que les ions effectuent pendant leur parcours dans le champ. La largeur des pics D m est constante sur toute l'étendue des masses

Comme pour la source d'ions le quadripôle dispose d'un système de chauffage annexe, permettant d'obtenir des températures comprises entre 100°C et 150°C.

Ce réglage doit être effectué à chaque début de séance, en mode automatique AutoTune (El).

Le système entame alors une optimisation de chacun des paramètres du spectromètre. Il fixe par défaut trois paramètres : le repousseur, le courant d'émission, et l'énergie des électrons. Le réglage s'effectue sur la masse 502 ensuite s'ajuste sur les rapports des autres pics. Lorsque l'appareil a terminé son réglage, il enregistre les paramètres et imprime un bulletin.

La valeur importante dans ce rapport est celle du multiplicateur d'électrons qui peut indiquer que l'appareil est encrassé.