EP1200984B1 - Verfahren und vorrichtung zur clusterfragmentation - Google Patents
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- H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
- H01J49/0459—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for solid samples
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
Definitions
- a well-known method for the transfer of large molecules into the Gas phase represents the MALDI method (matrix assisted laser distortion ionizaton) (e.g., U.S. Patent No. 5,828,063).
- MALDI method matrix assisted laser distortion ionizaton
- U.S. Patent No. 5,828,063 matrix assisted laser distortion ionizaton
- the invention will now be described by way of example with reference to FIG the collision of clusters with solid, flat substrate surfaces explained.
- the invention is correspondingly at Collisions at gas phase / liquid interfaces and / or otherwise shaped interfaces or with radiation-induced Fragmentation applicable.
- the figures show only schematic, enlarged illustrations of clusters and cluster fragments, while dimensions and compositions according to the principles explained below depending on the application to get voted.
- Fig. 2 illustrates at the same time the application of the invention Cluster fragmentation for quantification and analysis of clusters and aerosol particles, in particular of natural origin.
- the incident particle 10 a cluster or aerosol particle with possibly unknown Composition, which by suitable devices transferred from a sample space in the cluster fragmentation space has been.
- the cluster or aerosol particle 10 is before the Fragmentation fed to a reactant, which is responsible for formation of charge carrier pairs in the cluster or aerosol particles 10 leads.
- the feeder can, as shown, in the push with a Reactionpartnerbedeckten surface done.
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Description
- Fig. 1
- eine Illustration der Ladungsträgertrennung bei einer erfindungsgemäßen Clusterfragmentation;
- Fig. 2
- eine Illustration der Clusterbeladung an einer mit Reaktionspartnern belegten Grenzfläche;
- Fig. 3
- eine Anwendung der erfindungsgemäßen Clusterfragmentation zur Oberflächenanalyse;
- Fig. 4
- eine Anwendung der erfindungsgemäßen Clusterfragmentation zur Oberflächenreinigung;
- Fig. 5
- eine Illustration der Aufnahme neutraler Oberflächenadsorbate;
- Fig. 6
- eine Clusterfragmentationsvorrichtung, die zur erfindungsgemäßen Analyse von Oberflächenadsorbaten ausgebildet ist;
- Fig. 7
- Kurvendarstellungen zur Illustration von Meßergebnissen, die mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 6 gewonnen wurden;
- Fig. 8
- eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Clusterfragmentation beim Betrieb eines Ionentriebwerkes, und
- Fig. 9
- Kurvendarstellungen zur Illustration von weiteren Messergebnissen.
Claims (22)
- Verfahren zur Clusterfragmentation mit den Schritten:Erzeugung mindestens eines neutralen Clusters (2, 10, 20, 30, 40), der eine Trägersubstanz enthält, undFragmentation des Clusters in positiv und negativ geladene Clusterfragmente (5, 6, 7, 13, 14, 15, 25, 26, 27),
der mindestens eine neutrale Cluster (2, 10, 20, 30, 40) vor der Fragmentation mit mindestens einem Reaktionspartner (11, 22, 32, 42, 43) beladen wird, der von der Trägersubstanz chemisch verschieden ist und mit der Trägersubstanz im Cluster (2, 10, 20, 30, 40) spontan oder von außen angeregt ein Paar elektrisch ungleich geladener Ladungsträger (3, 4, 23, 24) bildet, während der Fragmentation zwei elektrisch verschieden geladene Clusterfragmente (5, 6, 7, 13, 14, 15, 25, 26, 27) gebildet werden und nach der Fragmentation der mindestens eine Reaktionspartner Teil mindestens eines Clusterfragments ist und die Clusterfragmente (5, 6, 7, 13, 14, 15, 25, 26, 27) dauerhaft räumlich getrennt sind. - Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Cluster (20, 30, 40) zusätzlich mit einem elektrisch neutralen Molekül (22, 32, 42, 43) beladen wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem zur Manipulierung der neutralen Moleküle (22, 32, 42, 43) diese als Adsorbatbelegung auf eine Festkörperoberfläche aufgebracht und von der Festkörperoberfläche (21, 31, 41) in ein geladenes Clusterfragment überführt werden.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Clusterfragmentation durch Zusammenstoß des Clusters (5, 6, 7, 13, 14, 15, 25, 26, 27) mit einer bewegten oder ruhenden Grenzfläche (1, 21, 31, 41, 62, 72) oder durch direkte Energiezufuhr erfolgt.
- Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Grenzfläche (1, 21, 31, 41, 62, 72) eine Gasphase/Flüssigkeits- oder Gasphase/Festkörper-Grenzfläche ist.
- Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Grenzfläche (1, 21, 31, 41, 62, 72) durch eine Festkörperoberfläche aus einem Metall, einem Halbleiter oder einem Dielektrikum gebildet wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Grenzfläche mit Reaktionspartner-Adsorbaten (22, 32, 42, 43) mit einer Flächendichte belegt wird, die im zeitlichen Mittel einen vorbestimmten Wert besitzt.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beladung mit dem Reaktionspartner während der Clustererzeugung, während der Clusterbewegung zur Grenzfläche durch Wechselwirkung mit mindestens einem Gasphase-Teilchen des Reaktionspartners und/oder während des Zusammenstoßes mit der Grenzfläche durch Aufnahme von Reaktionspartner-Adsorbaten in den Cluster (2, 10, 20, 30, 40) erfolgt.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Trägersubstanz polare Moleküle oder Molekülgruppen verwendet werden.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bildung des Paares elektrisch ungleich geladener Ladungsträger (3, 4, 23, 24) auf einem Elektronen-Transfer basiert.
- Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei bei dem Elektronen-Transfer eine spontane Elektronenabgabe eines Alkali-Atoms erfolgt.
- Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Bildung eines Paares elektrisch ungleich geladener Ladungsträger (3, 4, 23, 24) auf einem Protonen-Transfer in durch Wasserstoffbrücken gebundenen Clustern basiert.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von zu fragmentierenden Clustern durch Überschallexpansion eines Gases und/oder eines Gasgemisches mittels einer Düsenanordnung erzeugt wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 3, bei die erzeugten Cluster einer geometrischen Strahlbegrenzung (63) zur Bestrahlung einer Grenzfläche (62) entsprechend einem vorbestimmten Muster unterzogen werden.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die kinetische Energie der geladenen Clusterfragmente durch elektrische und/oder magnetische Felder beeinflußt wird und die Clusterfragmente einer weiteren Fragmentation unterzogen werden.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Clusterfragmente einer Zählung, einer massenspektroskopischen Untersuchung oder einer Stoffanalyse unterzogen werden.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fragmentation des Clusters (2, 10, 20, 30, 40) durch streifenden Einfall des Clusters auf eine Grenzfläche erfolgt.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trägersubstanz aus einer chemischen Verbindung besteht, die eine so geringe Elektronenaffinität besitzt, dass Elektronen nicht auf einem Clusterfragment stabil gebunden werden.
- Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche:zur Aufnahme von Oberflächenadsorbaten (11, 22, 32, 42, 43) von einer Oberfläche, die einer Analyse unterzogen werden sollen,zur Aufnahme von Verunreinigungen von Festkörperoberflächen zu deren Reinigung, oderzur Erzeugung von geladenen Clusterfragmenten (5, 6, 7, 13, 14, 15, 25, 26, 27) aus Clustern und Aerosolen, die einer Ladungsmessung oder massenspektrometrischen Analyse unterzogen werden sollen.
- Verfahren zum Betrieb eines Ionentriebwerks, bei dem die geladenen Teilchen zur Ausbildung des Triebwerkvorschubs durch Clusterfragmente gebildet werden, die nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 erzeugt worden sind.
- Ionenquelle (7), die umfasst:eine Clustererzeugungseinrichtung (70,71), die zur Erzeugung einer Vielzahl von neutralen Clustern und Steuerung der Clustergröße eingerichtet ist,eine Clusterfragmentationseinrichtung (72,73), die zur Beladung der neutralen Cluster mit mindestens einem Reaktionspartner und zur Fragmentation der beladenen Cluster in räumlich getrennte Clusterfragmente mit unterschiedlichen elektrischen Ladungen eingerichtet ist, undeine Beschleunigungseinrichtung (76,77) zur Beschleunigung der Clusterfragmente.
- Ionentriebwerk, das umfasst:eine Ionenquelle nach Anspruch 21, undSteuer- und Lenkeinrichtungen (74, 75), die dazu eingerichtet sind, positiv und negativ geladene Clusterfragmente räumlich zu trennen und magnetisch und/oder elektrisch in verschiedene Richtungen zu lenken, wobeidie Beschleunigungseinrichtung (76, 77) Elektrodenröhren (76) und Austrittsgitter (77) umfasst, wobei die Elektrodenröhren (76) so ansteuerbar sind, dass nach Eintreten der Clusterfragmente in die Elektrodenröhren (76) eine polaritätsabhängige Beschleunigung hin zu den Austrittsgittern (77) erfolgt, und die positiven und negativen Clusterfragmente für die Schuberzeugung verwendet werden.
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