EP1220285A2 - Ionenquelle, bei der UV/VUV-Licht zur Ionisation verwendet wird - Google Patents

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EP1220285A2
EP1220285A2 EP01120299A EP01120299A EP1220285A2 EP 1220285 A2 EP1220285 A2 EP 1220285A2 EP 01120299 A EP01120299 A EP 01120299A EP 01120299 A EP01120299 A EP 01120299A EP 1220285 A2 EP1220285 A2 EP 1220285A2
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EP
European Patent Office
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vuv
ionization
gas
ion source
light
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EP01120299A
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English (en)
French (fr)
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EP1220285A3 (de
EP1220285B1 (de
Inventor
Andreas Ulrich
Fabian Mühlberger
Ralf Dr. Zimmermann
Antonius Prof. Dr. Kettrup
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches F
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/162—Direct photo-ionisation, e.g. single photon or multi-photon ionisation

Definitions

  • the invention relates to an ion source in the UV / VUV light is used for ionization, according to the generic term of Claim 1, and their use.
  • VUV light can be generated by so-called micro hollow cathode lamps become.
  • One or more burning at the same time Discharges in small (typically 100 ⁇ m diameter) openings in constricted in a dielectric.
  • gas discharge parameters with can scale the product of diameter and gas pressure with the arrangement in turn, because of the small diameter with high Gas pressure maintain a stable glow discharge and VUV excimer light is generated in the dense gas [1].
  • Another alternative variant for generating brilliant UV / VUV radiation is a discharge in dense noble gases between pointed metal electrodes or a pointed metal electrode and a metal surface. These varinates of the corona discharge are operated with both high frequency and direct voltage [D. E. Murnick, M. Salvermoser, private communication, Gaseous Electronics Conference “GEC” 2000, 24.-27. October, Houston, Texas, USA, accepted for publication].
  • a particularly suitable for ion sources UV / VUV light source is the electron beam pumped structure described below.
  • Vacuum ultraviolet light generation in the light source which generates the ions in the ion source by photoionization, is carried out by exciting a dense gas with an electron beam [2, 3].
  • the gas usually consists of one of the noble gases He, Ne, Ar, Kr or Xe or a noble gas and the admixture of another gas, such as hydrogen.
  • VUV generation process in a gas cell is very inefficient. Therefore, powerful and therefore very expensive, large solid-state lasers are used (mostly Nd: YAG lasers with 355 nm). In operation, high additional costs arise from flash lamps (needed to pump the laser medium) and maintenance. Farther can generally only be a single one with a solid-state laser VUV wavelength can be generated (118 nm when using 355 nm laser radiation). Tunable solid-state lasers are extreme complex and cannot be used for practical analytical tasks. Frequency tripling is a very sensitive one nonlinear process, its VUV yield with the third power the primary radiation is scaled. This leads to a high one System instability and fluctuations in VUV yield. Furthermore, there is a complex separation of the primary radiation 355 nm necessary for fragmentation by VUV absorption to prevent ions formed.
  • Deuterium lamps based on a gas discharge in a deuterium gas can also be used and if they have a window that is transparent to vacuum ultraviolet light, e.g. B consisting of MgF 2 or LiF, emit continuum radiation and the so-called Lyman and Werner molecular bands around 160 and 130 nm, respectively.
  • Deuterium lamps are commercially available from various manufacturers.
  • VUV can light with so-called dielectrically disabled Discharges are generated, with a gas discharge at least one of the electrodes with a non-conductive layer is provided. [9].
  • a gas discharge at least one of the electrodes with a non-conductive layer is provided.
  • the object of the invention is an ion source with a light source to provide high useful photon density as well indicate an advantageous use
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of the ionization region of a time-of-flight mass spectrometer with VUV Eximer lamp ionization.
  • FIG. 2 shows a section of the beam coupling and
  • FIG. 3 shows the entire mass spectrometer with the VUV Eximerlampe.
  • Figure 4 shows different options for coupling the UV / VUV light into the ionization chamber 14 or to the ionization site 23.
  • FIGS. 5 and 6 show examples Application results with the developed prototype.
  • the VUV Eximer lamp unit is e.g. via a flange to the Ionization chamber 14 coupled.
  • the upper part of the lamp serves for generating an electron beam 8 with the electron gun 1 and has a vacuum.
  • the electron tube 2 is about a getter pump 4 or a pump nozzle 5 is evacuated.
  • the Electron beam 8 is focused on the film 3.
  • the foil e.g. made of ceramic silicon nitride and separates that High vacuum of the electron tube 2 from the gas space 9.
  • the gas room 9 there is a gas mixture that is pumped over the electron beam Excimer process in the UV / VUV spectral range lights up (radiative Decay of the excimers).
  • the gas space 9 is a Getter 10 cleaned.
  • the lens 12 consists of UV / VUV transparent material (e.g. made of MgF2 or LiF) and separates the Gas space 9 from the ionization space 14 of the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS).
  • TOFMS time-of-flight mass spectrometer
  • a multimicrochannel light guide 24 or 25 can be used.
  • a multi-micro-channel light guide 24 consists of a bundle with a large number of narrow capillaries (analogous to a micro-channel plate).
  • the UV / VUV light that falls through the capillaries can reach the ionization chamber 14, which has a vacuum. If the capillaries are sufficiently long and thin, the gas flow from the gas space 9 through the multimicrochannel light guide 24 into the ionization space 14 is very low (ie the vacuum in 14 is not overloaded too much).
  • the UV / VUV light either falls directly through the clear width of the capillary or is guided through one or more total reflections through the capillaries of the multimicrochannel light guide 24.
  • a multimicrochannel light guide 25 can be used, which allows the transmitted UV / VUV light beam 22 to be focused on the ionization site 23 by a conical taper of the capillary bundle.
  • the main advantage of using multimicrochannel light guides 24 or 25 is that they can transmit VUV light with wavelengths less than 110 nm.
  • Optical lenses 12 or windows for decoupling can only be used up to approximately this wavelength due to the self-absorption of the material (LiF, MgF 2 ).
  • Other sample gas inlet techniques such as pulsed [11] or continuous supersonic molecular beams [12] can also be used.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS, without representation of the vacuum pumps, of the reflectron ion mirror and other details) with electron beam pumped Excimer-ionization.
  • TOFMS time-of-flight mass spectrometer
  • the UV / VUV light from the electron beam pumped excimer lamp 20 becomes the optical elements described above in the from the inlet needle 15 emerging effusive molecular beam focused.
  • the Voltages in the ion source (simplified here with the electrodes 18, 16 and 17) are chosen so that the ionization space is field free.
  • the by single-photon absorption of VUV photons are not formed by electrical ions Fields affected.
  • the ions formed are thus enriched at and around the ionization site 23.
  • This ion enrichment can be operated for about a few ⁇ s, then leave the Ions due to space charge effects and airspeed the particles from the effusive molecular beam again the acceptance volume of the time-of-flight mass spectrometer (i.e. the Volume that can be imaged on the ion detector 21).
  • the controlled, pulsable high-voltage supply 19 suddenly suitable Potentials applied to the electrodes 18, 16 and 17.
  • the Rising edges of the voltage pulses are usually in the range of a few ns.
  • the ions are accelerated to the detector 21. in the field-free drift space (space between aperture 17 and detector 21) the ions separate according to their mass.
  • the time-of-flight mass spectrum is on the detector 21 with suitable electronics (not shown) registered.
  • Apertures 16 and 17 can be made of perforated screens with or without nets or just consist of networks.
  • the mass resolution and sensitivity in the operation of the TOFMS with ionization described above is limited by continuously shining VUV excimer lamps, because of the continuous operation of the lamp new ions are also formed during the ion withdrawal. These "subsequently" formed ions reach the detector later than ions formed during the enrichment period Mass (i.e. there are peak broadenings and an increased background signal on).
  • VUV excimer lamp can operate through the pulsed mode the VUV excimer lamp can be avoided.
  • the electron beam 8 is pulsed (e.g. by pulsed Aperture in the electron gun or through baffles) the film 3 steered.
  • the electron density can be increased thermally without the film 3 to overload.
  • VUV light emission 22 breaks within 500 to 1000 ns together. This can be exploited to get the ions from the ion source with already significantly reduced VUV light intensity deducted.
  • FIG. 5 shows measured parameters of the VUV excimer lamp ionization TOFMS (prototype) in pulsed operation. The upper trace shows the light pulse from the excimer lamp measured with a photodetector.
  • the middle track shows that Withdrawal pulse from the ion source and the lower trace shows the ion detector signal.
  • Piperidine (85 m / z) and Toluene (92 m / z) the corresponding mass peaks are in the lower one Trace visible.
  • VUV excimer lamp ionization is that by the choice of gas in the gas space 9 different wavelengths can be adjusted.
  • the selectivity of single-photon ionization is based on that only molecules whose ionization energy can be ionized below the photon energy of the incident VUV light is. This allows the ionization to be suppressed of compounds such as oxygen, nitrogen or noble gases, which have very high ionization energies. Hence the VUV ionization very good for on-line analysis of trace compounds from air or process gases (exhaust gases) because the main components the gas mixture cannot be ionized. Farther can also be a by using different wavelengths more precise statement about the composition of the observed Peaks in the mass spectrum can be achieved. For example with photon energies of about 9 eV, an involvement of aliphatic organic compounds excluded on the mass spectrum become.
  • Table 1 shows different gases or Gas mixtures with the corresponding emission wavelengths (maximum values) given.
  • Figure 6 shows the emission profiles of the VUV excimer lamp for argon (left, top) and krypton (left, below). The ionization energies of are also shown Benzene and toluene. On the right are the related ones measured TOFMS mass spectra of a mixture of benzene (92 m / z) and toluene.
  • the argon excimer emission (top) is 128 nm (9.7 eV). Both benzene and toluene are therefore efficiently ionized.
  • the Krypton Excimer Emission (Bottom) is 150 nm (8.2 eV).
  • toluene is right in the center the emission curve, while benzene only from a "shoulder emission" is detected on the high-energy side.
  • the toluene peak is therefore orders of magnitude more intense than the benzene peak.
  • Exhaust gas was released via an on-line sampling system a motorcycle (TYPE 43F) via the inlet needle 15 into the mass spectrum admitted.
  • the lamp was operated with argon (128 nm).
  • the figure shows a 3D plot of the mass spectrometric Information (mass, time, intensity) recorded during a starting process of the motorcycle.
  • Different aromatic compounds Benzene and methylated benzenes
  • Mass spectrometer with VUV excimer lamp ionization can advantageous for fast time-resolved online analysis of Process gases or used for headspace analysis.
  • Possible Fields of application are, for example, in the food industry (Monitoring of roasting, baking, cooking or Maturation processes etc.) of the chemical industry (monitoring of Syntheses, waste streams, mineral oil processing etc.), in the monitoring of combustion processes and other production processes.
  • VUV excimer lamp ionization can also be used with other types of mass spectrometers, that don't work pulsed like TOFMS, be used.
  • FIG. 8 shows one according to the invention built-up VUV excimer lamp with optical elements for focusing of the VUV light onto the ionization region of a Quadrupole mass spectrometer.
  • the ion source 29 is generated a continuous ion beam.
  • the Andes Quadruplolstäben 27 applied alternating electric fields (from control 28) only allow ions of one mass at a time pass from the ion beam to the detector 30.
  • Quadrupole mass spectrometer By changing the alternating fields by means of the controller 28 can be Quadrupole mass spectrometer in succession on a transmission different masses and so can a mass spectrum be included. Possible fields of application of the Quadrupole mass spectrometry with VUV excimer lamp ionization are, for example, in the area of the food industry (monitoring of roasting, baking, cooking or ripening processes etc.) chemical industry (monitoring of syntheses, waste streams, mineral oil processing, etc.) during monitoring of combustion processes and other production processes.
  • GC-MS is a standard technique of organic trace analysis.
  • VUV light for ionization for mass spectrometry in gas chromatography mass spectrometry Coupling brings another level of selectivity to the Mass spectrometry.
  • Certain connections with higher levels Ionization energies can be excluded from ionization become.
  • a fragmentation-free ionization is compared achieved the standard technique of electron impact ionization (EI).
  • EI electron impact ionization
  • Different types of mass spectrometers ion trap MS, Sector field MS, Qudrupol MS, Flight time MS can be used for this Purpose.
  • FIG. 9 shows the schematic structure an ionization cell detector with the VUV excimer lamp 20 of the generic type.
  • the ionization cell i.e. the ionization space 14
  • a suitable trigger voltage is applied.
  • the sample gas passes between electrodes 31 and 32 via an inlet 15 to the ionization zone.
  • an ammeter 34 can the photocurrent (photo ion current and photo electron current) be detected.
  • Such a detector has roughly the properties of a flame ionization detector, so it responds to most organic Compounds and on some inorganic species.
  • a VUV excimer lamp ionization cell detector can be beneficial for different Applications are used. For example, he can can be used as a detector for gas chromatography.
  • a Another possible application is the use as a sensor for the Occurrence of organic compounds in gas mixtures.
  • Figure 10 shows an example of the structure of an excimer VUV lamp in which one of the two excimer light sources is used by means of an electron gun 1 36 of the generic type depending on the adjacent electric field pumped between the deflection electrodes 35 and is thus brought to light.
  • the gas spaces 9 are filled of the two excimer light sources with different gases or Gas mixtures (see Tab. 1), the photons have the generated Light of the two excimer light sources is different Photon energy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle, bei der die Ionen durch UV/VUV-Licht ionisiert wurden und deren Verwendung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ionenquelle mit einer Lichtquelle hoher Nutzphotonendichte zur Verfügung zu stellen sowie eine vorteilhafte Verwendung anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Lichtquelle entweder aus einer Deuteriumlape, einer Mikrohohlkathodenlampe, einer Mikrospitzenlampe, einer Gleichstromentladungslampe, einer Barriereentladungslampe oder einer elektronenstrahlbetriebenen UV/VUV Lampe mit folgenden Bauteilen, einer Elektronenkanone, einer Membran, welche den Raum der Elektronenkanone gegen einen Gasraum abschießt und durch den der Elektronenstrahl durchtritt, einem Edelgas bzw. einer edelgashaltigen Gasmischung in dem Gasraum, wobei der durch die Membran tretende Elektronenstrahl im Gasraum Licht erzeugt und optischen Bauelementen zum Abbilden des Licht-Emissionsvolumens in den Ionisationsraum besteht.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Ionenquelle bei der UV/VUV-Licht zur Ionisation verwendet wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie deren Verwendung.
VUV - Licht kann durch sogenannte Mikrohohlkathodenlampen erzeugt werden. Dabei werden eine oder mehrere parallel brennende Entladungen in kleine (typisch 100 µm Druchmesser) Öffnungen in einem Dielektrikum eingeschnürt. Da Gasentladungsparameter mit dem Produkt aus Durchmesser und Gasdruck skalieren, kann mit der Anordnung wiederum, wegen des kleinen Durchmessers mit hohem Gasdruck eine stabile Glimmentladung aufrechterhalten und in dem dichten Gas VUV-Excimerlicht erzeugt werden [1].
Eine weitere alternative Variante zur Erzeugung brillanter UV/VUV Strahlung ist eine Entladung in dichten Edelgasen zwischen spitzen Metallelektroden bzw. einer Spitzen Metallelektrode und einer Metallfläche. Diese Varinaten der Koronaentladung werden sowohl mit Hochfrequenz als auch Gleichspannung betrieben [D. E. Murnick, M. Salvermoser, priv. Mitteilung, Gaseous Electronics Conference "GEC" 2000, 24.-27. Oktober, Houston, Texas, USA, zur Veröffentlichung angenommen].
Eine besonders für Ionenquellen geeignete UV/VUV-Lichtquelle ist der im folgenden beschriebene elektronenstrahlgepumpte Aufbau.
Die Vakuumultraviolettlichterzeugung in der Lichtquelle, die in der Ionenquelle die Ionen durch Photoionisation erzeugt, erfolgt durch die Anregung eines dichten Gases mit einem Elektronenstrahl [2, 3]. Das Gas besteht in der Regel aus einem der Edelgase He, Ne, Ar, Kr oder Xe bzw. einem Edelgas und der Beimischung eines anderen Gases, wie zum Beispiel Wasserstoff.
Stand der Technik
Massenspektrometrie mit laserbasierter VUV Einphotonenionisation wobei das VUV Licht aus UV-Laserpulsen durch Frequenzverdreifachung in einer Gaszelle erzeugt wird, und deren Einsatz für die chemische Analytik ist in der Literatur beschrieben [5-8]. Allerdings weist die laserbasierte Generation von VUV Licht einig gravierende Nachteile auf.
Der VUV Erzeugungsprozeß in einer Gaszelle ist sehr ineffizient. Daher müssen leistungsstarke und damit auch sehr teure, große Festkörperlaser eingesetzt werden (meist Nd:YAG Laser mit 355 nm). Im Betrieb entstehen hohe Nebenkosten durch Blitzlampen (zum Pumpen des Lasermediums benötigt) und Wartung. Weiterhin kann mit einem Festkörperlaser im allgemeinen nur eine einzige VUV Wellenlänge erzeugt werden (118 nm bei Verwendung von 355 nm Laserstrahlung). Abstimmbare Festkörperlaser sind extrem aufwendig und für praktische analytische Aufgaben nicht einsetzbar. Die Frequenzverdreifachung ist ein sehr empfindlicher nichtlinearer Prozeß, dessen VUV-Ausbeute mit der dritten Potenz der Primärstrahlung skaliert. Dies führt zu einer hohen Instabilität des Systems und zu Schwankungen in der VUV-Ausbeute. Weiterhin ist eine aufwendige Separation der Primärstrahlung 355 nm notwendig um eine Fragmentierungen der durch VUV-Absorption gebildeten Ionen zu verhindern.
Neben der laserbasierten VUV Einphotonenionisation ist prinzipiell auch der Einsatz von konventionellen Niederdruck Emissionslampen (z.B. Quecksilberdampf-Lampe) zur Ionenerzeugung für die Massenspektrometrie möglich.
Außerdem können Deuteriumlampen verwendet werden, die auf einer Gasentladung in einem Deuteriumgas basieren und wenn sie mit einem für vakuumultraviolettes Licht durchlässigen Fenster, z. B bestehend aus MgF2 oder LiF versehen sind, Kontinuumsstrahlung sowie die sogenannten Lyman- und Werner-Molekülbanden um 160 bzw. 130 nm emittieren. Deuteriumlampen sind von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich.
Des weiteren kann VUV Licht mit sogenannter dielektrisch behinderten Entladungen erzeugt werden, wobei bei einer Gasentladung mindestens eine der Elektroden mit einer nichtleitenden Schicht versehen ist. [9]. Bei dieser Anordnung kann, zum Beispiel in dichten, kalten Edelgasen durch Anlegen einer mittelfrequenten Wechselspannung an die Elektroden Excimerlicht im VUV-Bereich erzeugt werden.
Diese Lampen erzeugen jedoch ein breites Spektrum an Wellenlängen (erfordert Wellenlängenseparation und bedingt eine geringe Nutzphotonendichte) und sind wenig brilliant (das bedingt beispielsweise eine schlechte Fokussierbarkeit).
Aufgabe und Beispiele
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ionenquelle mit einer Lichtquelle hoher Nutzphotonendichte zur Verfügung zu stellen sowie eine vorteilhafte Verwendung anzugeben
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1
Ionisationsraum eines Flugzeitmassenspektrometers mit elektronenstrahlgepumpter Excimer VUV-Lampe.
Figur 2
Detaildarstellung eines Teils der Excimer-VUV-Lampe mit einem Parabolspiegel zur Zusammenfassung des UV/VUV-Lichtes.
Figur 3
Übersichtsdarstellung des Flugzeitmassenspektrometers (TOFMS) mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation.
Figur 4
Optische Aufbauten zur Einkopplung des UV/VUV-Lichtes in die Ionisationsregion des Flugzeitmassenspektrometers (TOFMS).
Figur 5
Gemessene Zeitabläufe während eines Nachweiszyklus mit einem Excimer-VUV-Lampen-Ionisations Flugzeitmassenspektrometer (Prototyp). Dargestellt sind der VUV-Lichtimpuls (Kr), Abzugspannungsimpuls und das Ionendetektorsignal.
Figur 6
Wellenlängenselektivität der Massenspektrometrie mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation. Dargestellt ist das Wellenlängenspektrum der Argon bzw. Krypton Excimer-Emission sowie die korrespondierenden Excimer-VUV-Lampen-Ionisation Flugzeitmassenspektren einer Mischung aus Benzol und Toluol.
Figur 7
Mit einem Excimer-VUV-Lampen-Ionisations Flugzeitmassenspektrometer (Prototyp) durchgeführte on-line Messung von Abgas eines Motorrads während der Startphase (Excimergas: Argon)
Figur 8
Schematische Übersichtsdarstellung des Quadrupol-Massenspektrometers (QMS) mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation.
Figur 9
Schematische Übersichtsdarstellung eines Detektors für Gase auf Basis einer Ionisationskammer mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation und Detektion der erzeugten Ladungen.
Figur 10
Schematische Übersichtsdarstellung einer VUV-Lampe, bei der durch Ablenkung des Elektronenstrahls auf verschiedene Eximer-VUV-Lichtquellen mit unterschiedlicher Gasfüllung die Wellenlänge des emittierten Lichts verändert werden kann.
1) Flugzeitmassenspektrometer mit elektronenstrahlgepumpter UV/VUV Excimerlampe
Die Figur 1 zeigt beispielhaft die Ausgestaltung der Ionisationsregion eines Flugzeitmassenspektrometers mit VUV-Eximerlampen-Ionisation. Die Figur 2 zeigt eine Ausschnitt der Strahleinkopplung und Figur 3 das gesamte Massenspektrometer mit der VUV-Eximerlampe. Die Figur 4 zeigt unterschiedliche Möglichkeiten zur Einkopplung des UV/VUV-Lichtes in die Ionisationskammer 14 bzw. zum Ionisationsort 23. Die Figuren 5 und 6 zeigen beispielhafte Anwendungsergebnisse mit dem entwickelten Prototyp.
Die VUV-Eximerlampeneinheit ist z.B. über eine Flansch an den Ionisationsraum 14 gekoppelt. Der obere Teil der Lampe dient zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 8 mit der Elektronenkanone 1 und weist ein Vakuum auf. Die Elektronenröhre 2 wird über eine Getterpumpe 4 bzw. einen Pumpstutzen 5 evakuiert. Der Elektronenstrahl 8 wird auf die Folie 3 fokussiert. Die Folie besteht z.B. aus keramischen Siliziumnitrid und trennt das Hochvakuum der Elektronenröhre 2 vom Gasraum 9 ab. Im Gasraum 9 befindet sich eine Gasmischung, die über den elektronenstrahlgepumten Excimerprozeß im UV/VUV Spektralbereich leuchtet (radiativer Zerfall der Excimere). Der Gasraum 9 wird über einen Getter 10 gereinigt. Im Gasraum 9 befindet sich ein geeignet beschichteter Parabolspiegel 11, der das im Lumineszenzvolumen 13 gebildete UV/VUV-Licht zu einem parallelen Strahlbündel zusammenfaßt und diesen auf die Linse 12 wirft. Dieser Aufbau ermöglicht eine gute Ausnutzung des 360 Grad Abstrahlungsraumwinkels. Eine reflektierende Beschichtung der zum Gasraum 9 gerichteten Seite der Folie 3 kann die Ausbeute der UV/VUV-Nutzstrahlung weiter verbessern. Die Linse 12 besteht aus UV/VUV transparentem Material (z.B. aus MgF2 oder LiF) und trennt den Gasraum 9 vom Ionisationsraum 14 des Flugzeitmassenspektrometers (TOFMS). Die Linse 14 fokussiert das UV/VUV-Licht auf den Ionisationsort 23. Bei Verwendung eines Nadeleinlasses 15 befindet sich der Ionisationsort 23 hinter der Einlaßnadel 15 (im aus dem Analysengas gebildeten Molekularstrahl) zwischen den Elektroden 18 und 16 des TOFMS.
Alternativ zur Linse 12 kann ein Multimikrokanallichtleiter 24 oder 25 eingesetzt werden. Ein Multimikrokanallichtleiter 24 besteht aus einem Bündel mit sehr vielen engen Kapillaren (analog zu einer Mikrokanalplatte). Das UV/VUV Licht, das durch die Kapillaren fällt, kann in den Ionisationsraum 14 gelangen der ein Vakuum aufweist. Sind die Kapillaren hinreichend lang und dünn, so ist der Gasfluß aus dem Gasraum 9 durch den Multimikrokanallichtleiter 24 in den Ionisationsraum 14 sehr gering (d.h. das Vakuum in 14 wird nicht zu stark belastet). Das UV/VUV-Licht fällt entweder direkt durch die lichte Weite der Kapillare oder wird durch eine oder mehrere Totalreflektionen durch die Kapillaren des Multimikrokanallichtleiters 24 geleitet. Weiterhin kann ein Multimikrokanallichtleiter 25 eingesetzt werden, der durch eine konische Verjüngung der Kapillarenbündel eine Fokussierung des transmittierten UV/VUV Lichtstrahls 22 auf den Ionisationsort 23 erlaubt. Hauptvorteil des Einsatzes von Multimikrokanallichtleitern 24 oder 25 ist, das diese VUV-Licht mit Wellenlängen kleiner als 110 nm transmittieren können. Optische Linsen 12 oder Fenster zur Auskopplung können aufgrund der einsetzenden Eigenabsorption des Materials (LiF, MgF2) nur bis zu etwa dieser Wellenlänge eingesetzt werden.
Das gesamte optische System zur Einkopplung der UV/VUV-Strahlung in die Ionisationskammer 14 besteht im vorgestellten Beispiel aus dem Parabolspiegel 11 und der Linse 12 oder einem Multimikrokanallichtleiter 24 oder 25. Weiterhin ist auch eine Kombination einer Linse 12 oder eines Multimikrokanallichtleiter 25 mit einem Hohllichtwellenleiter 26, welcher das UV/VUV-Licht über Totalreflektionen direkt zum Ionisationsort 25 führt, möglich.
Wichtig ist bei der Ausgestaltung der Einkopplung der UV/VUV-Strahlung in die Ionisationskammer 14, daß eine hohe Strahldichte am Ionisationsort 23 erreicht wird.
Im in Figuren 1 dargestellten Beispiel erfolgt der Einlaß des Analysengases in das Massenspektrometer effusiv über eine Einlaßnadel 15 [10]. Weitere Probengaseinlaßtechniken, wie z.B. gepulste [11] oder kontinuierliche Überschallmolekularstrahlen [12] können ebenfalls angewendet werden.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flugzeitmassesnspektrometers (TOFMS, ohne Darstellung der Vakuumpumpen, des Reflektron-Ionenspiegels und anderer Detaills) mit elektronenstrahlgepumpter Excimerlampen-Ionisation. Das UV/VUV-Licht aus der elektronenstrahlgepumpter Excimerlampe 20 wird durch die oben beschrieben optischen Elemente in den aus der Einlaßnadel 15 austretenden effusiven Molekularstrahl fokussiert. Die Spannungen in der Ionenquelle (hier vereinfacht mit den Elektoden18,16 und 17 dargestellt) sind dabei so gewählt, daß der Ionisationsraum feldfrei ist. Die durch Einphotonenabsorption von VUV-Photonen gebildeten Ionen werden also nicht durch elektrische Felder beeinflußt. Somit reicheren sich die gebildeten Ionen am und um den Ionisationsort 23 an. Diese Ionenanreicherung kann für etwa einige µs betrieben werden, danach verlassen die Ionen aufgrund von Raumladungseffekten und der Eigengeschwindigkeit der Teilchen aus dem effusiven Molekularstrahl wieder das Akzeptanzvolumen des Flugzeitmassenspektrometers (d. h. das Volumen, das auf den Ionendetektor 21 abgebildet werden kann). Zum Nachweis der angereicherten Ionen werden über die gesteuerte, pulsbare Hochspannungsversorgung 19 schlagartig geeigneten Potentiale an die Elektroden 18, 16 und 17 angelegt. Die Anstiegsflanken der Spannungspulse liegen meist im Bereich von einigen ns. Die Ionen werden zum Detektor 21 beschleunigt. Im feldfreien Driftraum (Raum zwischen Blende 17 und Detektor 21) trennen sich die Ionen entsprechend ihren Masse auf. Das Flugzeitmassenspektrum wird am Detektor 21 mit einer geeigneten Elektronik (nicht dargestellt) registriert. Die Blenden 16 und 17 können aus Lochblenden mit oder ohne Netzen oder auch nur aus Netzen bestehen. Die Massenauflösung und Empfindlichkeit in der oben beschrieben Betriebsweise des TOFMS mit Ionisation durch kontinuierliche strahlende VUV-Excimer Lampen ist begrenzt, da aufgrund der kontinuierlichen Betriebsweise der Lampe auch während des Ionenabzuges neue Ionen gebildet werden. Diese "nachträglich" gebildet Ionen erreichen den Detektor später als während der Anreicherungszeit gebildete Ionen gleicher Masse (d.h. es treten Peak-Verbreiterungen und ein erhöhtes Untergrundsignal auf).
Die oben beschriebenen Nachteile der kontinuierlichen Arbeitsweise der VUV-Excimer-Lampe können durch den gepulsten Betrieb der VUV-Excimer-Lampe vermieden werden.
Dabei wird der Elektronenstrahl 8 gepulst (z. B. durch gepulste Blenden in der Elektronenkanone oder durch Ablenkplatten) auf die Folie 3 gelenkt. Bei einem gepulsten Betrieb der Lampe 20 kann die Elektronendichte erhöht werden ohne die Folie 3 thermisch zu überlasten. Wenn der Elektronenstrahl 8 abgestellt wird, bricht die VUV-Lichtemission 22 innerhalb 500 bis 1000 ns zusammen. Dies kann ausgenutzt werden um die Ionen aus der Ionenquelle bei bereits signifikant reduzierter VUV-Lichtintensität abzuziehen. Die Figur 5 zeigt gemessene Parameter des VUV-Excimer-Lampen-Ionisations TOFMS (Prototyp) im gepulsten Betrieb. Die obere Spur zeigt den Lichtimpuls der Excimer-Lampe gemessen mit einem Photodetektor. Die mittlere Spur zeigt den Abzugsimpuls der Ionenquelle und die untere Spur zeigt das Ionendetektorsignal. Eingelassen wurden Piperidin (85 m/z) und Toluol (92 m/z), die entsprechenden Massenpeaks sind in der unteren Spur sichtbar.
Ein wichtiger Vorteil der VUV-Excimer-Lampen-Ionisation ist, daß durch die Wahl des Gases im Gasraum 9 verschiedene Wellenlängen eingestellt werden können.
Die Selektivität der Einphotonenionisation liegt darin begründet, daß nur Moleküle ionisiert werden können, deren Ionisationsenergie unterhalb der Photonenenergie des eingestrahlten VUV-Lichtes liegt. Das erlaubt die Unterdrückung der Ionisation von Verbindungen wie Sauerstoff, Stickstoff oder von Edelgasen, die sehr hohe Ionisationsenergien aufweisen. Daher ist die VUV-Ionisation sehr gut zur on-line Analyse von Spurenverbindungen aus Luft oder Prozeßgasen (Abgasen) geeignet, da die Hauptbestandteile der Gasmischung nicht ionisiert werden. Weiterhin kann durch den Einsatz unterschiedlicher Wellenlängen auch eine genauere Aussage über die Zusammensetzung der beobachteten Peaks im Massesnspektrum erzielt werden. Beispielsweise kann bei Photonenenergien von etwa 9 eV eine Beteiligung von aliphatischen organischen Verbindungen am Massesnspektrum ausgeschlossen werden. In der Tabelle 1 sind verschieden Gase bzw. Gasmischungen mit den entsprechenden Emissionswellenlängen (Maximalwerte) gegeben. Die Figur 6 zeigt die Emissionsprofile der VUV-Excimer-Lampe für Argon (links, oben) und Krypton (links, unten). Eingezeichnet sind auch die Ionisationsenergien von Benzol und Toluol. Auf der rechten Seite sind die zugehörigen gemessenen TOFMS Massenspektren einer Mischung aus Benzol (92 m/z) und Toluol dargestellt. Die Argon-Excimeremission (oben) liegt bei 128 nm (9,7 eV). Sowohl Benzol und Toluol werden daher effizient ionisiert. Die Krypton-Excimeremission (unten) liegt bei 150 nm (8,2 eV). Hier liegt Toluol direkt im Zentrum der Emissionskurve, während Benzol nur von einer "Schulteremission" auf der hochenergetischen Seite erfaßt wird. Im Massenspektrum ist daher der Toluolpeak um Größenordnungen intensiver als der Benzolpeak.
Aufgrund der relativ breiten Emissionsspektren (Figur 6, links) ist die Selektivität nur mittelmäßig. Mit monochromatischerer Strahlung ließe sich eine höhere Selektivität erzielen. Dies Kann auf mehrere Wege erreicht werden. Durch Zugabe bestimmter Gase kann die Emission auf eine schmalbandige Emissionslinie übertragen werden. Beispielsweise kann mit einer Mischung aus Wasserstoff und Neon eine schmalbandige Emission auf 121,57 nm erzielt werden (siehe Tabelle 1). Alternativ kann aus dem breitbandigen Emissionspektrum ein schmaler Bereich heasugeschnitten werden. Dies ist z. B. durch Filter/Spiegel mit dichroidischer Beschichtung (Interferenzfilter) möglich. Die Figur 7 zeigt eine erste Anwendungsmessung mit dem entwickelten Prototyp eines Flugzeitmassenspektrometers mit VUV-Excimer-Lampen-Ionisation. Über ein On-line Probenahmesystem wurde Abgas eine Motorrads (TYP 43F) über die Einlaßnadel 15 in das Massesnspektrum eingelassen. Die Lampe wurde mit Argon betrieben (128 nm). Die Figur zeigt einen 3D Plot der massenspektrometrischen Information (Masse, Zeit, Intensität) aufgenommen während eines Startvorgangs des Motorrads. Verschieden aromatische Verbindungen (Benzol und methylierte Benzole) zeigen einen hochdynamischen, fluktuierenden Zeitverlauf aufgrund der instationären Verbrennungsbedingungen während der Startphase des Motors. Massenspektrometer mit VUV-Excimer-Lampen-Ionisation können vorteilhaft zur schnellen zeitaufgelösten on-line Analyse von Prozeßgasen oder zur Headspaceanalyse eingesetzt werden. Mögliche Anwendungsfelder liegen beispielsweise im Bereich der Lebensmittelindustrie (Überwachung von Röst-, Back- Koch- oder Reifevorgängen etc.) der chemischen Industrie (Überwachung von Synthesen, Abfallstoffstömen, der Mineralölverarbeitung etc.), bei der Überwachung von Verbrennungsprozessen und anderen Produktionsvorgängen.
2) Quadrupol-Massenspektrometer mit elektronenstrahlgepumpter UV/VUV Excimerlampe
Die VUV-Excimer-Lampen-Ionisation kann auch mit anderen Massenspektrometer-Typen, die nicht gepulst wie das TOFMS arbeiten, eingesetzt werden. Die Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäß aufgebauten VUV-Excimer-Lampe mit optischen Elementen zur Fokussierung des VUV-Lichtes auf die Ionisationsregion eines Quadrupol-Massenspektrometers. Hier wird die VUV-Excimer-Lampe 20 vorteilhaft kontinuierlich betrieben. Die Ionenquelle 29 erzeugt einen kontinuierlichen Ionenstrahl. Die an den Quadruplolstäben 27 anliegenden elektrischen Wechselfelder (von der Steuerung 28 erzeugt) lassen nur jeweils Ionen einer Masse aus dem Ionenstrahl zum Detektor 30 passieren. Durch Verändern der Wechselfelder mittels der Steuerung 28 läßt sich das Quadrupol-Massenspektrometer nacheinander auf eine Transmission verschiedener Massen einstellen und so kann eine Massesnspektrum aufgenommen werden. Mögliche Anwendungsfelder der Quadrupolmassenspektrometrie mit VUV-Excimer Lampen Ionisation liegen beispielsweise im Bereich der Lebensmittelindustrie (Überwachung von Röst-, Back- Koch- oder Reifevorgängen etc.) der chemischen Industrie (Überwachung von Synthesen, Abfallstoffstömen, der Mineralölverarbeitung etc.), bei der Überwachung von Verbrennungsprozessen und anderen Produktionsvorgängen.
3) Elektronenstrahlgepumpter Excimerlampen-Ionisation für Massenspektrometer in einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) Kopplung
GC-MS ist eine Standardtechnik der organischen Spurenanalyse. Die Verwendung von VUV Licht zur Ionisation für die Massenspektrometrie in einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie Kopplung bringt eine weitere Selektivitätsstufe in die Massenspektrometrie. Bestimmte Verbindungen mit höherliegenden Ionisationsenergien können von der Ionisation ausgeschlossen werden. Außerdem wird eine fragmentfreiere Ionisation im Vergleich zur Standardtechnik Elektronenstoßionisation (EI) erzielt. Verschiedene Massenspektrometer-Typen (Ionenfallen-MS, Sektorfeld-MS, Qudrupol-MS, Flugzeit-MS) können für diesen Zweck eingesetzt werden.
4) Elektronenstrahlgepumpte UV/VUV Excimerlampe für Ionisationszellendetektoren
Zur Bestimmung ob organische Verbindungen (und/oder anorganische Verbindungen mit niedriger Ionisationsschwelle) in einer Luftprobe vorkommen benötigt man nicht unbedingt ein Massenspektrometer. Es reicht aus, in einem Ionisationsraum durch Einstrahlung des VUV Lichtes Ionen und Elektronen zu erzeugen und diese beispielsweise über den Ladungsfluß mittels eines Amperemeters 34 oder an einem Widerstand mittels eines Oszilloskops nachzuweisen. Die Figur 9 zeigt den schematischen Aufbau eines Ionisationszellendetektors mit der VUV-Excimer-Lampe 20 der gattungsgemäßen Art. In der Ionisationszelle (d. h. dem Ionisationsraum 14) befinden sich die Elektroden 31 und 32. Zwischen den Elektroden 31 und 32 ist über eine Spannungsversorgung 33 eine geeignete Abzugsspannung angelegt. Das Probengas gelangt über einen Einlaß 15 zwischen die Elektroden 31 und 32 zur Ionisationszone. Beispielsweise über ein Amperemeter 34 kann der Photostrom (Photoionenstrom und Photoelektronenstrom) nachgewiesen werden.
Ein solcher Detektor hat in etwa die Eigenschaften eines Flammenionisationsdetektors, er reagiert also auf die meisten organischen Verbindungen und auf einige anorganische Spezies. Durch die unterschiedliche Wellenlängen, die mit verschiedenen Gasfüllungen/optischen Systemen bereitgestellt werden können, kann eine gewisse Selektivität erreicht werden. Ein VUV-Excimer-Lampen-Ionisationszellendetektor kann damit vorteilhaft für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann er als Detektor für ein Gaschromatographie eingesetzt werden. Eine andere mögliche Anwendung ist der Einsatz als Sensor für das Auftreten organischer Verbindungen in Gasgemischen.
5) Multilampen-Aufbau mit einer Elektronenkanone für MS und Zähler
Figur 10 zeigt beispielhaft den Aufbau einer Excimer-VUV-Lampe bei der mittels einer Elek-tronenkanone 1 eine der zwei Excimer-Lichtquellen 36 der gattungsgemäßen Art je nach anliegendem elektrischen Feld zwischen den Ablenkelektroden 35 gepumpt und somit zum leuchten gebracht wird. Befüllt man die Gasräume 9 der beiden Excimer-Lichtquellen mit verschiedenen Gasen oder Gasgemischen (vgl. Tab. 1), so haben die Photonen des erzeugten Lichtes der beiden Excimer-Lichtquellen eine unterschiedliche Photonenenergie.
Bedingt durch das Ionisationspotential lassen sich somit bei der Analyse eines komplexen Probengases mittels Lichtstrahl von der einen oder anderen Lichtquelle Substanzen im Massenspektrum ein- oder ausblenden. Ebenso können durch geeignete Wahl des Gas oder Gasgemisches und somit der Photonenenergie isobare Verbindungen getrennt voneinander nachgewiesen werden.
Bezugszeichenliste
1
Elektronenkanone
2
Raum der Elektronenkanone (Vakuum)
3
Membran (z.B. 1x1 mm2, Dicke =300 nm aus SiNx-Keramik)
4
Getter-Pumpe
5
Ventil zum Abpumpen
6
Gaseinlaß
7
Gasauslaß
8
Elektronenstrahl
9
Gasraum (z.B. Gefüllt mit 500 mbar Argon)
10
Getter-Patrone
11
Reflektor (z.B. Aluminium Parabolspiegel mit MgF2 Beschich tung)
12
Linse (z.B. aus MgF2)
13
UV/VUV-Licht emittierendes Gasvolumen
14
Ionisationskammer
15
Gaseinlaßnadel
16
erste Abzugselektrode
17
zweite Abzugselektrode
18
Repeller-Elektrode
19
pulsbare Spannungsversorgung für die Elektroden 16,17 und 18 und Steuerung
20
gesamte UV/VUV Lichtquelle
21
Detektor
22
UV/VUV-Strahl
23
Ionisationsort
24
nicht fokussierender Multimikrokanallichtleiter
25
fokussierender Multimikrokanallichtleiter
26
Hohllichtwellenleiter
27
Quardrupolstäbe
28
Steuerung des Quardrupolionenfilters
29
kontinuierliche Ionenquelle für das Quadrupol-Massenspektrometer
30
Ionendetektor
31
Elektrode des Meßkondensators (positive Spannung, Photelektronenfänger)
32
Elektrode des Meßkondensators (negative Spannung, Photoio nenfänger)
33
Spannungsversorgung
34
Elektrometer
35
Ablenkelektroden
36
UV/VUV Lichtquelle
Tabelle
Gas bzw. Gasmischung Angeregte Spezies Wellenlänge Bandbreite
He He2* 60 nm /80 nm
Ne Ne2* 83 nm breitbandig
Ar Ar2* 128 nm breitbandig
Kr Kr2* 150 nm breitbandig
Xe Xe2* 172 nm breitbandig
Ne/H2 H* 121,57 nm schmalbandig
Ar/Xe
Kr/Xe		 Xe* 147 nm schmalbandig
Ar/O2 O* 130 nm schmalbandig
Ne/Ar/Kr Kr* 124 nm schmalbandig
Ar/F2
Ne/F2 		F2* 157 nm schmalbandig
Ar/F2 ArF* 193 nm schmalbandig
Literaturverzeichnis:
  • [1] El-Habachi, A., K. Schoenbach; Appl. Phys. Lett. 72, 22 (1998)
  • [2] Wieser, J., D.E. Murnick, A. Ulrich, H.A. Huggins, A. Liddle, W.L. Brown; Rev. Sci. Instrum. 68(3), 1360-1364 (1997)
  • [3] Salvermoser, M., D.E. Murnick; Journal of Applied Physics 88(1), 453-459 (2000)
  • [4] Wieser, J., M. Salvermoser, L.H. Shaw, A. Ulrich, D.E. Murick, H. Dahi; 31, 4589-4597 (1998)
  • [5] Butcher, D.J., D.E. Goeringer, G.B. Hurst; Anal. Chem. 71(2), 489-496 (1999)
  • [6] Becker, C.H.; Fresen. J. Anal. Chem. 341, 3-6 (1991)
  • [7] Van Bramer, S.E., M.V. Johnston; J. Am. Soc. Mass Spectr. 1, 419-426 (1990)
  • [8] Shi, Y.J., X.K. Hu, D.M. Mao, S.S. Dimov, R.H. Lipson; Anal. Chem. 70, 4534-4539 (1998)
  • [9] Gellert, B.B., U. Kogelschatz; Applied Physics B 52, 14 (1991)
  • [10] Heger, H.J., R. Zimmermann, R. Dorfner, M. Beckmann, H. Griebel, A. Kettrup, U. Boesl; Anal. Chem. 71, 46-57 (1999)
  • [11] Pepich, B.V., J.B. Callis, J.D.S. Danielson, M. Gouterman; Rev. Sci. Instrum. 57, 878-887 (1986)
  • [12] Fricke, J.; Phys. Unserer Zeit 1, 21-27 (1973)

    • Claims (11)

    1. Ionenquelle bei der UV/VUV-Licht zur Ionisation verwendet wird,
      bestehend aus einem Ionsiationsraum und einer UV/VUV-Excimer Lichtquelle, wobei die Ionen mit Hilfe von Licht aus einem Probengas erzeugt werden,
      dadurch gekennzeichnet daß die Lichtquelle entweder aus einer Deuteriumlape, einer Mikrohohlkathodenlampe, einer Mikrospitzenlampe, einer Gleichstromentladungslampe, einer Barriereentladungslampe oder einer elektronenstrahlbetriebenen UV/VUV Lampe mit folgenden Bauteilen:
      a) einer Elektronenkanone (1),
      b) einer Membran (3), welche den Raum (2) der Elektronenkanone (1) gegen einen Gasraum (9) abschießt und durch den der Elektronenstrahl (8) durchtritt,
      c) einem Edelgas bzw. einer edelgashaltigen Gasmischung in dem Gasraum (9), wobei der durch die Membran (3) tretende Elektronenstrahl (8) im Gasraum (9) Licht (22) erzeugt und
      d) optischen Bauelementen (11, 12) zum Abbilden des Licht-Emissionsvolumens in den Ionisationsraum (14) besteht.
    2. Ionenquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Getter-Pumpe (4) im Raum der Elektronenkanone (1).
    3. Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gas Ein- und Auslaß (6, 7).
    4. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Getterpatrone (10) welche mit dem Gasraum (9) verbunden ist.
    5. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eine Elektrode zum Pulsen des Elektronenstrahls (8) der Elektronenkanone (1).
    6. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bauelemente (11, 12) ein lichtsammelnder Reflektor und eine Sammellinse oder ein optisches Fenster sind.
    7. Verwendung der Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Erzeugung von Ionen die in einem Ionennachweisgerät nachgewiesen werden.
    8. Verwendung der Ionenquelle nach dem Anspruch 7, wobei das Ionennachweisgerät ein Massenspektrometer ist
    9. Verwendung der Ionenquelle gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Massenspektrometer ein Flugzeitmassenspektrometer (TOFMS) verwendet wird.
    10. Verwendung der Ionenquelle gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Massenspektrometer ein Quadrupolmassenspektrometer verwendet wird.
    11. Verwendung der Ionenquelle gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisationsraum zusätzlich mit einem Laser bestrahlt wird um Ionen über einen REMPI (resonance enhanced multi-photon ionisation) Prozeß zu erzeugen.
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    Cited By (2)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CN102103971B (zh) * 2009-12-18 2012-11-07 中国科学院大连化学物理研究所 微型质谱仪中空心阴极放电真空紫外光电离源
    CN111929354A (zh) * 2020-07-02 2020-11-13 东华理工大学 一种稀土矿样顺次电离分析仪器

    Families Citing this family (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE10236344B4 (de) 2002-08-08 2007-03-29 Bruker Daltonik Gmbh Ionisieren an Atmosphärendruck für massenspektrometrische Analysen
    DE102005039269B4 (de) 2005-08-19 2011-04-14 Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum Für Gesundheit Und Umwelt (Gmbh) Verfahren und Vorrichtung zum massenspektrometrischen Nachweis von Verbindungen
    US8721836B2 (en) 2008-04-22 2014-05-13 Micron Technology, Inc. Plasma processing with preionized and predissociated tuning gases and associated systems and methods
    DE102012209324A1 (de) * 2012-06-01 2013-12-05 Helmholtz Zentrum München Lichtleitervorrichtung für ein Ionisierungsgerät und Verfahren zum Ionisieren von Atomen und/oder Molekülen
    CZ2015815A3 (cs) 2015-11-16 2017-03-15 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Zařízení pro generování UV záření a způsob generování tohoto záření
    CN107014892B (zh) * 2017-05-15 2019-06-18 清华大学 一种基于真空紫外激光的微米级空间分辨质谱成像***

    Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0578953A1 (de) * 1992-07-06 1994-01-19 Heraeus Noblelight GmbH Hochleistungsstrahler
    EP0585487A1 (de) * 1990-05-11 1994-03-09 Mine Safety Appliances Company Vorrichtung und Verfahren zur Photoionisation und Detektion
    EP0921393A2 (de) * 1997-12-06 1999-06-09 GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH Verfahren zum Nachweis von Substanzen und Substanzklassen mittels REMPI-TOFMS
    US6052401A (en) * 1996-06-12 2000-04-18 Rutgers, The State University Electron beam irradiation of gases and light source using the same

    Family Cites Families (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE19820626C2 (de) * 1998-05-08 2000-09-07 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von Probenmolekülen

    Patent Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0585487A1 (de) * 1990-05-11 1994-03-09 Mine Safety Appliances Company Vorrichtung und Verfahren zur Photoionisation und Detektion
    EP0578953A1 (de) * 1992-07-06 1994-01-19 Heraeus Noblelight GmbH Hochleistungsstrahler
    US6052401A (en) * 1996-06-12 2000-04-18 Rutgers, The State University Electron beam irradiation of gases and light source using the same
    EP0921393A2 (de) * 1997-12-06 1999-06-09 GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH Verfahren zum Nachweis von Substanzen und Substanzklassen mittels REMPI-TOFMS

    Non-Patent Citations (7)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Title
    BOBELDIJK M ET AL: "TESTING THE PERFORMANCE OF A VUV PHOTOIONIZATION SOURCE ON A DOUBLE FOCUSSING MASS SPECTROMETER USING ALKANES AND THIOPHENES" INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY AND ION PROCESSES, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, Bd. 110, Nr. 3, 2. Dezember 1991 (1991-12-02), Seiten 179-194, XP000247041 ISSN: 0168-1176 *
    EL-HABACHI AHMED ET AL: "Emission of excimer radiation from direct current, high-pressure hollow cathode discharges" APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 72, Nr. 1, 5. Januar 1998 (1998-01-05), Seiten 22-24, XP012019726 ISSN: 0003-6951 *
    GELLERT B ET AL: "GENERATION OF EXCIMER EMISSION IN DIELECTRIC BARRIER DISCHARGES" APPLIED PHYSICS B. PHOTOPHYSICS AND CHEMISTRY, SPRINGER VERLAG. HEIDELBERG, DE, Bd. B52, Nr. 1, Januar 1991 (1991-01), Seiten 14-21, XP000209199 *
    GENUIT W. ET AL.: "SELECTIVE ION SOURCE FOR TRACE GAS ANALSIS" INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY AND ION PHYSICS, Bd. 51, 1983, Seiten 207-213, XP009042676 AMSTERDAM *
    GONTHIEZ T ET AL: "VUV laser photoionization of laser-stimulated desorbed species" APPLIED PHYSICS A: MATERIALS SCIENCE AND PROCESSING, SPRINGER VERLAG, BERLIN, DE, Bd. A69, suppl, 19. Juli 1999 (1999-07-19), Seiten 171-173, XP002175581 ISSN: 0947-8396 *
    SALVERMOSER M ET AL: "Energy flow and excimer yields in continuous wave rare gas–halogen systems" JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 88, Nr. 1, 1. Juli 2000 (2000-07-01), Seiten 453-459, XP012050818 ISSN: 0021-8979 *
    WIESER J ET AL: "VACUUM ULTRAVIOLET RARE GAS EXCIMER LIGHT SOURCE" REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 68, Nr. 3, März 1997 (1997-03), Seiten 1360-1364, XP000685060 ISSN: 0034-6748 *

    Cited By (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CN102103971B (zh) * 2009-12-18 2012-11-07 中国科学院大连化学物理研究所 微型质谱仪中空心阴极放电真空紫外光电离源
    CN111929354A (zh) * 2020-07-02 2020-11-13 东华理工大学 一种稀土矿样顺次电离分析仪器
    CN111929354B (zh) * 2020-07-02 2021-09-17 东华理工大学 一种稀土矿样顺次电离分析仪器

    Also Published As

    Publication number Publication date
    EP1220285A3 (de) 2005-03-16
    EP1220285B1 (de) 2014-08-20
    DE10044655A1 (de) 2002-04-04

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