DE3842044A1 - Flugzeit(massen)spektrometer mit hoher aufloesung und transmission - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Flugzeit(massen)spek­ trometer mit einer einen gepulsten Ionenstrahl erzeu­ genden Ionenquelle mit einer Folge von Elektroden und potentialformenden Einrichtungen, einem Reflektor mit Geschwindigkeitsfokussierung durch Strahlumkehr und einem Detektor.

Massenspektrometer der vorstehend genannten Art sind im Handel erhältlich und enthalten üblicherweise sowohl in der Ionenquelle als auch im Reflektor sowie ggf. am Detektor potentialformende Drahtnetze. Durch solche wird die Transmission der Geräte vermindert und es können störende Sekundäreffekte auftreten.

Ziel der Erfindung ist ein Gerät mit demgegenüber verbesserter Transmission bei gleichzeitig hoher Massenauflösung und Vermeidung von Störeffekten.

Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Gerät der eingangs genannten Art ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Einrichtung zur Potentialformung anstelle sonst üblicher Gitter in der Ionenquelle und ggf. im Reflektor eine programmierte Potentialvertei­ lung an den Elektroden und/oder eine programmierte Gestaltung der Elektrodenform vorgesehen sind.

Die Ionen werden in der Ionenquelle insbesondere durch eine lasergepulste Ionenerzeugung gebildet.

Die Programmierung erfolgt vorzugsweise nach einem Overrelaxationsverfahren unter Lösung der Laplace- Gleichungen unter Zugrundelegung von einer Folge von potentialformenden Elektroden, deren Gestalt und/oder unterschiedliche Potentiale als Optimierungselemente dienen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die grundsätzliche Anordnung eines Flugzeit(massen)spektrometers mit erfindungsgemäß optimiertem Strahlverlauf;

Fig. 2 eine optimierte Potentialverteilung in der Ionenquelle;

Fig. 3 eine optimierte Elektrodengeometrie in der Ionenquelle;

Fig. 4 Potential- und Strahlverlauf im erfindungsgemäßen elektrostatischen Reflektor;

Fig. 5 einen üblichen (a) und einen erfin­ dungsgemäßen (b) Detektor und

Fig. 6 die Signalverteilung für eine Unter­ suchung von Eisenclustern (Fe₁₀) im erfindungsgemäßen Gerät.

Fig. 1 zeigt die Form des Ionenpakets einer Masse (von z. B. 560 amu) in Zeitschritten von 200 ns. Wie man sieht, wird beim Flugzeit(massen)spektrometer (das im übrigen auch für Flugzeitspektrometrie unab­ hängig von der Massenerkennung dienen kann) ein in der Ionenquelle erzeugter gepulster Ionenstrahl (her­ stammend von einem eingeschossenen Neutralteilchen­ strahl, Oberflächensputterung oder dergleichen) durch eine Folge von Elektroden 2 räumlich und zeitlich gebündelt und gelangt zum Reflektor 3 (für den ein Optimierungsbeispiel in Fig. 4 gezeigt ist), der ebenfalls eine Folge von Elektroden aufweist und in dem eine Geschwindigkeitsbündelung durch Richtungsum­ kehr erfolgt, die sich am Detektor 4 bemerkbar macht.

Üblicherweise enthalten sowohl die Ionenquelle als auch der Reflektor potentialformende Drahtnetze und häufig ist auch am Detektor ein weiteres Netz vorge­ sehen.

Erfindungsgemäß wird nun auf solche Netze vollständig verzichtet und damit sowohl eine verbesserte Trans­ mission erreicht als auch eine Unterdrückung störender Sekundäreffekte. Erfindungsgemäß werden vielmehr die an den Elektroden entstehenden Felddurchgriffe zur Strahlführung und Strahlformung ausgenutzt, indem eine diesem Umstand Rechnung tragende programmierte Potentialverteilung an den Elektroden 2 vorgesehen wird, wie z.B. in Fig. 2 gezeigt ist und/oder eine der gewollten Optimierung angepaßte Elektrodenform vorgesehen wie in Fig. 3 angedeutet ist.

Ein Vergleich der Figuren a und b von Fig. 5 zeigt die Wirkung eines dreh- und verfahrbar justierten Kanalplattendetektors, durch dessen Einjustierung eine Optimierung der Auflösung und Empfindlichkeit zusätzlich erreicht wird. Die Kanalplatte(n) ist bzw. sind nur schematisch angedeutet. Die schraffierte Fläche gibt lediglich die Lage der Platte(n) an.

Das Ergebnis einer Ionenclusteruntersuchung von Eisen­ clusterionen ist in Fig. 6 dargestellt, aus der die hervorragende Massenauflösung erkennbar ist. Erfin­ dungsgemäß wird eine Auflösung m/Δm von einigen Tausend bei praktisch 100%-iger Transmission erreicht.

Claims (4)

1. Flugzeit(massen)spektrometer mit einer einen ge­ pulsten Ionenstrahl erzeugenden Ionenquelle mit einer Folge von Elektroden und potentialformenden Einrichtungen, einem Reflektor mit Geschwindig­ keitsfokussierung durch Strahlumkehr und einem Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Potentialformung anstelle sonst üblicher Gitter in der Ionenquelle und ggf. im Reflektor eine programmierte Potentialverteilung an den Elektroden und/oder eine programmierte Gestaltung der Elektrodenform vorgesehen sind.

2. Spektrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine lasergepulste Ionenerzeugung.

3. Spektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierung auf ein Overrelaxationsver­ fahren unter Optimierung der elektrostatischen Potentiale durch Lösung der Laplace-Gleichung zurückgeht.

4. Spektrometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kanalplattendetektor mit Justierungsmitteln zur Einrichtung der Position der Detektoreinfalls­ fläche und ihres Winkels relativ zum Strahl.