DE10042394B4 - Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlun gsionisation - Google Patents
Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlun gsionisation Download PDFInfo
- Publication number
- DE10042394B4 DE10042394B4 DE2000142394 DE10042394A DE10042394B4 DE 10042394 B4 DE10042394 B4 DE 10042394B4 DE 2000142394 DE2000142394 DE 2000142394 DE 10042394 A DE10042394 A DE 10042394A DE 10042394 B4 DE10042394 B4 DE 10042394B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- ionization
- ion
- grid
- source
- ion source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Ionenquelle
für Ionenmobilitätsspektrometer
mit optischer und Teilchenstrahlungsionisation, wobei als Ionisationsquellen
sowohl ein Alpha- oder
Betastrahler als auch eine UV-Lichtquelle eingesetzt werden, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ionenquelle aus einem Ionisationsraum (3)
besteht, der durch ein Ausgangsfenster (2) abgeschlossen wird, durch
das UV-Strahlung einer optischen Ionisationsquelle in den Ionisationsraum
(3) gelangt und auf der Fenstertläche des Ausgangsfensters (2) ein
Gitter (4) aufgebracht ist, wobei das Gitter (4) als Teilchenstrahlungsionisationsquelle
ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen für Ionenmobilitätsspektrometer, welche zum empfindlichen Nachweis von Gasspuren in Luft, insbesondere in der Prozeßanalytik, der Sicherheitstechnik und dem Umweltschutz eingesetzt werden kann.
- Eine Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlungsionisation, bei der als Anregungsquelle sowohl ein Alpha- oder Betastrahler als auch eine UV-Lichtquelle vorhanden sind, ist aus der
DE 197 30 896 C2 bekannt. - Eine radioaktive Ionenquelle zur Erzeugung von niederenergetischer Alpha- oder Betastrahlung ist gemäß
DE 197 30 899 A1 dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Trägerschicht aus Halbleitermateiral besteht, an deren Oberfläche Tritium chemisch kovalent gebunden ist. - Eine UV-Lichtquelle für ein Ionenmobilitätsspektrometer wird in der
US 5,338,931 beschrieben. - Bei einem aus der
DE 195 15 270 C2 bekannten Verfahren zur Messung des Mobilitätsspektrums von Ionen in einem Ionenmobilitätsspektrometer mit einem Betastrahler wird der Ionenstrom durch ein Schaltelement am Anfang der Ionendriftstrecke mit einem Codierungsmuster so moduliert, dass die Durchlass- und Sperrzeiten kurz sind gegenüber der Driftzeit der langsamsten Ionen. Schließlich geht aus derUS 5,294,797 eine Ionenquelle für ein Massenspektrometer hervor mit einem Betastrahler und mit einer UV-Lichtquelle, wobei die Elektronen und Photonen gepulst abgegeben werden. - Die Ionisation in Ionisationsspektrometern erfolgt:
- (1) durch Ladungstransfer zwischen Clusterionen der Luft und dem Analyten, wobei die Luftclusterionen durch Bestrahlen von Luft mit Alpha- oder Betateilchen eines radioaktiven Nuklids (z. B. Tritium) gebildet werden, oder
- (2) durch Photoionisation des Analyten infolge Photonenstrahlung im UV-Bereich.
- Die Betaionisation (
1 ) hat sich in der industriellen Anwendung weitgehend durchgesetzt; schwache radioaktive Quellen im Freigrenzenbereich kommen zur Anwendung. Dieses Verfahren hat im Gegensatz zur Photoionisation (2 ) folgende Nachteile: - – Der Konzentrationsbereich ist für viele Substanzen nach oben begrenzt und nur zu einem kleinen Teil linear.
- – Substanzen wie z.B.: Benzol, Arsin oder Phosphin können im Driftspektrum nicht oder nur schwer von den Clusterionen der Luft unterschieden und folglich nicht nachgewiesen werden.
- – Eine Reihe von organischen Molekülen wie z.B. Alkane und Alkene werden mit nur geringer Empfindlichkeit angezeigt.
- Die Photoionisation wird in Photoionisationsdetektoren (PID) zum unspezifischen Nachweis von Spurengasmolekülen angewendet. Sie ermöglicht in einem weiten Konzentrationsbereich den Nachweis von Molekülen, die mit Betaionisation nur bei geringer Empfindlichkeit nachgewiesen werden können. Die Nachteile der Photoionisation bestehen in:
- – Negative Ionen werden kaum gebildet, da in Luft die Konzentration freier Elektronen nur gering ist. Damit können halogenierte Kohlenwasserstoffe nur bedingt nachgewiesen werden.
- – Im Spektrum fehlt ein ständiger Reaktionsionenpeak (RIP), der zur internen Kalibrierung genutzt werden kann.
- Es war also Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet.
- Dazu wurde erfindungsgemäß eine Ionenquelle mit den Merkmalen der Patentansprüche entwickelt, die sowohl eine Alpha- oder Betaquelle als auch eine UV-Quelle als Anregungsquellen enthält.
- Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
- Es zeigen:
-
1 ein IMS in koaxialer Quellenanordnung -
2 eine Ionenquelle in nichtkoaxialer Anordnung - Ein Ionenmobobilitätsspektrometer besteht üblicherweise aus einer Anregungsvorrichtung (Ionisationsquelle), an die sich der Ionisationsraum anschließt, in dem die im Trägergas enthaltenen nachzuweisenden Gasspurenmoleküle ionisiert werden. Dieser Ionisationsraum ist gegenüber der anschließenden Driftstrecke durch ein Gitter abgeschlossen, welches als Shutter für den Driftprozeß wirkt.
- In der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach
1 ist die Ionenquelle folgendermaßen aufgebaut:
Eine UV-Lampe (1 ) als eine Anregungsvorrichtung bildet mit der Stirnseite, dem Ausgangsfenster (2 ), den vorderen Abschluß des Ionisationsraumes (3 ). Die UV-Lampe erzeugt Photonen der Energie 10,6 eV; das Ausgangsfenster besteht z.B. aus MgF2. Zur Aufladungsverhinderung ist ein Gitter (4 ) auf der Fensterfläche angebracht. Dieses Gitter kann mit Titan belegt werden, in das Tritium 3H eingelagert wird. Das im Gitter eingelgerte Tritium ist ein Betastrahler, der als zweite Anregungsquelle wirkt. - Betateilchen ionisieren das Trägergas (Luft) entlang des Gitters (
4 ); es bildet sich eine Plasmaschicht, bestehend aus Clusterionen NO+(H2O) bzw. O2 –(N2O) u.a. Gleichzeitig durchstrahlen die UV-Photonen aus der Lampe (1 ) das Gitter (4 ) und erzeugen Ionen im Ionisationsraum (3 ). - Ein weiteres Gitter (
5 ), welches den Shutter für das IMS darstellt, wird so angeordnet, daß eine Ionenbildung im Driftraum des IMS nicht stattfindet. Der Driftraum des Ionenmobilitätsspektrometers wird durch die Driftringe (7 ) gebildet, der mit dem Aperturgitter (8 ) abgeschlossen ist, bevor die entsprechend ihrer Driftzeit separierten Ionen (Ionengruppen) auf den Kollektor (9 ) des IMS treffen. - Die der Ionenquelle zugewandte Seite des Gitters (
5 ) kann ebenfalls titanbeschichtet sein und Tritium enthalten, was für eine zusätzliche Emission von Betateilchen in den Raum zwischen Gitter (4 ) und Shuttergitter (5 ) sorgt. - Nach
2 wird die UV-Lampe (1 ) senkrecht zur Driftrichtung am Ionisationsraum (3 ) angebracht, wobei wiederum die entsprechend beschichteten Gitter (4 ) und (5 ) den vorderen und hinteren Abschluß des Ionisationsraumes (3 ) in Driftrichtung bilden. - Vorteilhafterweise ist bei dieser Anordnung auch möglich, die UV-Lampe an dezentraler Stelle der Gesamtvorrichtung zu positionieren und die UV-Quanten durch eine Lichtleiteranordnung (
6 ) zum Ionisationsraum zu transportieren. - Die Vorteile dieser Anordnung sind:
- – Photonen ionisieren alle organischen Komponenten des Gases, deren Ionisierungspotentiale unter der UV-Energie der Lampe (10,6 eV) liegen und ermöglichen einen breiten Bereich des quantitativen Nachweises.
- – Alpha- oder Betateilchen erzeugen negative Sauerstoff- und Wasserclusterionen, die den empfindlichen Nachweis halogenierter Kohlenwasserstoffe ermöglichen.
- – Die Palette nachweisbarer Substanzen wird um solch wichtige wie Benzol, Phosphin, Arsin, Toluol u.a. erweitert.
- – Durch die Auswahl einer geringen Aktivität der Strahlenquelle entsteht ein positiver Clusterionenpeak RIP, dessen Driftzeit gemessen und als Bezugszeit für alle nachzuweisenden Substanzen genutzt werden kann.
- – Der nutzbare Meßbereich wird um mehr als eine Größenordnung erweitert.
- Die Aktivität der Teilchenstrahlungsquelle(n) wird so dimensioniert, daß der durch Photoionisation gebildete Peak von Benzolionen nicht vom Reaktionsionenpeak RIP überdeckt ist. Das ist der Fall, wenn Quellen im Bereich von Freigrenzenaktivitäten eingesetzt werden.
- Bei einer Freigrenzenaktivität A von 5 × 106 s–1 zum Beispiel und einer mittleren Energie <ε> der ionisierenden Betateilchen von 5,5 keV sowie einem mittleren Ionisierungsaufwand für ein Ladungsträgerpaar in Luft ω von 30 eV entsteht ein Signalstrom I von etwa 37 pA: wobei e die Elementarladung, g der Geometriefaktor mit g = 0,5 und a die Absorption in der dünnen Schicht mit a = 0,5 sind.
- Bei einem RIP von ca. 37 pA kann Benzol gut dargestellt werden.
Claims (4)
- Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlungsionisation, wobei als Ionisationsquellen sowohl ein Alpha- oder Betastrahler als auch eine UV-Lichtquelle eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle aus einem Ionisationsraum (
3 ) besteht, der durch ein Ausgangsfenster (2 ) abgeschlossen wird, durch das UV-Strahlung einer optischen Ionisationsquelle in den Ionisationsraum (3 ) gelangt und auf der Fenstertläche des Ausgangsfensters (2 ) ein Gitter (4 ) aufgebracht ist, wobei das Gitter (4 ) als Teilchenstrahlungsionisationsquelle ausgebildet ist. - Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (
4 ) metallische Beschichtungen aufweist, in die Tritium eingelagert ist. - Ionenquelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (
4 ) 63Ni enthält. - Ionenquelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchenstrahlungquelle so aufgebaut ist, dass das Gitter (
4 ) 241Am oder 226Ra enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000142394 DE10042394B4 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlun gsionisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000142394 DE10042394B4 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlun gsionisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10042394A1 DE10042394A1 (de) | 2002-04-04 |
DE10042394B4 true DE10042394B4 (de) | 2006-06-29 |
Family
ID=7654169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000142394 Expired - Fee Related DE10042394B4 (de) | 2000-08-29 | 2000-08-29 | Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlun gsionisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10042394B4 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2428796A1 (de) | 2010-09-09 | 2012-03-14 | Airsense Analytics GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Ionisierung und Identifizierung von Gasen mittels UV-Strahlung und Elektronen |
US9153427B2 (en) | 2012-12-18 | 2015-10-06 | Agilent Technologies, Inc. | Vacuum ultraviolet photon source, ionization apparatus, and related methods |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6797943B2 (en) | 2002-05-07 | 2004-09-28 | Siemens Ag | Method and apparatus for ion mobility spectrometry |
DE10236344B4 (de) * | 2002-08-08 | 2007-03-29 | Bruker Daltonik Gmbh | Ionisieren an Atmosphärendruck für massenspektrometrische Analysen |
DE10260579A1 (de) * | 2002-12-21 | 2004-07-08 | Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und angewandten Spektroskopie e.V. | Verfahren zur Gasionisierung eines Analyten in einem Ionenbeweglichkeitsspektrometer sowie Ionenbeweglichkeitsspektrometer |
RU2263996C1 (ru) * | 2004-05-25 | 2005-11-10 | Капустин Владимир Иванович | Способ контроля состояния спектрометра ионной подвижности с поверхностно-ионизационным термоэмиттером ионов |
DE102008029555A1 (de) * | 2008-06-21 | 2010-01-14 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Verfahren und Vorrichtung für die Spektroskopie mit geladenen Analyten |
EP3795991A1 (de) * | 2019-09-20 | 2021-03-24 | Hamilton Sundstrand Corporation | Ionenmobilitätsspektrometer mit tandem-ionenquelle |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5294797A (en) * | 1991-03-13 | 1994-03-15 | Bruker-Franzen Analytik Gmbh | Method and apparatus for generating ions from thermally unstable, non-volatile, large molecules, particularly for a mass spectrometer such as a time-of-flight mass spectrometer |
US5338931A (en) * | 1992-04-23 | 1994-08-16 | Environmental Technologies Group, Inc. | Photoionization ion mobility spectrometer |
DE19730899A1 (de) * | 1997-07-18 | 1999-01-21 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Ionisierende Strahlungsquelle für miniaturisierte Ionen-Mobilitätsspektrometer unter Verwendung mikrostrukturtechnischer Fertigungsmethoden |
DE19730896C2 (de) * | 1997-07-18 | 1999-04-29 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Ionen-Mobilitätsspektrometer in Zentripetalanordnung |
DE19515270C2 (de) * | 1995-04-26 | 2000-05-11 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Verfahren zur Messung von Ionenmobilitätsspektren |
-
2000
- 2000-08-29 DE DE2000142394 patent/DE10042394B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5294797A (en) * | 1991-03-13 | 1994-03-15 | Bruker-Franzen Analytik Gmbh | Method and apparatus for generating ions from thermally unstable, non-volatile, large molecules, particularly for a mass spectrometer such as a time-of-flight mass spectrometer |
US5338931A (en) * | 1992-04-23 | 1994-08-16 | Environmental Technologies Group, Inc. | Photoionization ion mobility spectrometer |
DE19515270C2 (de) * | 1995-04-26 | 2000-05-11 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Verfahren zur Messung von Ionenmobilitätsspektren |
DE19730899A1 (de) * | 1997-07-18 | 1999-01-21 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Ionisierende Strahlungsquelle für miniaturisierte Ionen-Mobilitätsspektrometer unter Verwendung mikrostrukturtechnischer Fertigungsmethoden |
DE19730896C2 (de) * | 1997-07-18 | 1999-04-29 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Ionen-Mobilitätsspektrometer in Zentripetalanordnung |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2428796A1 (de) | 2010-09-09 | 2012-03-14 | Airsense Analytics GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Ionisierung und Identifizierung von Gasen mittels UV-Strahlung und Elektronen |
WO2012031850A1 (de) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | Airsense Analytics Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur ionisierung von gasen mittels uv-strahlung und elektronen und deren identifizierung |
EP2428796B1 (de) * | 2010-09-09 | 2015-03-18 | Airsense Analytics GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Ionisierung und Identifizierung von Gasen mittels UV-Strahlung und Elektronen |
US9153427B2 (en) | 2012-12-18 | 2015-10-06 | Agilent Technologies, Inc. | Vacuum ultraviolet photon source, ionization apparatus, and related methods |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10042394A1 (de) | 2002-04-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2428796B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ionisierung und Identifizierung von Gasen mittels UV-Strahlung und Elektronen | |
DE3201989C2 (de) | ||
NA-14 Collaboration et al. | Measurement of J/ψ and ψ′ real photoproduction on lithium-6 at a mean energy of 90 GeV | |
DE2921151C2 (de) | Vorrichtung zum Nachweis von in einem Abtast-Elektronenstrahlmikroskop von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen | |
DE4134905A1 (de) | Tandem-massenspektrometer basierend auf flugzeitanalyse | |
DE10042394B4 (de) | Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlun gsionisation | |
DE2627085A1 (de) | Ionenstreuspektrometeranalysatoren, die vorzugsweise im tandem angeordnet sind | |
DE4041871C2 (de) | Massenspektrometer mit Plasmaionenquelle | |
DE69208242T2 (de) | Verbesserungen für Ionenbeweglichkeitsspektrometer | |
DE19635645C2 (de) | Verfahren für die hochauflösende Spektrenaufnahme von Analytionen in einem linearen Flugzeitmassenspektrometer | |
DE2420275C3 (de) | Vorrichtung zum Analysieren einer Oberflächenschicht durch Ionenzerstreuung | |
DE112012004981B4 (de) | Ionisierungsvorrichtung | |
Maas et al. | Unimolecular dissociation of H+ 2 and D+ 2 | |
DE102016110495B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen, Speichern und Freisetzen von Ionen aus einer umgebenden Restgasatmosphäre | |
DE69810785T2 (de) | Analyse geladener teilchen | |
DE3422053C2 (de) | Verfahren zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung von Substanzen | |
EP0858674B1 (de) | Flugzeit-massenspektrometer mit positionssensitiver detektion | |
DE3307032C2 (de) | Proportional-Detektor für ionisierende Strahlung | |
DE2346422A1 (de) | Verfahren und system zur feststellung von explosivstoffen | |
DE2105805A1 (de) | Gerat zur Elektronenspektroskopie | |
DE2363581A1 (de) | Verfahren zur zerstoerungsfreien chemischen analyse | |
DE4410090C1 (de) | Rauchmelder | |
GB1582380A (en) | Electron spectrometer | |
DE102018116305B4 (de) | Dynamischer Ionenfilter zur Reduzierung hochabundanter Ionen | |
DE102012016583B4 (de) | Ionenmobilitätsspektrometer zum Erfassen von Analyten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DRAEGER SAFETY AG & CO. KGAA, 23560 LUEBECK, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: IUT INSTITUT FUER UMWELTTECHNOLOGIEN GMBH, 124, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: LEONHARDT, JUERGEN, PROF. DR., DE Free format text: FORMER OWNER: IUT INSTITUT FUER UMWELTTECHNOLOGIEN GMBH, 12489 BERLIN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GULDE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWALTSKANZL, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |