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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer, das eine
verbesserte Quadrupol-Massenanalysatoranordnung umfasst. Die Erfindung
wird hauptsächlich
mit Bezug auf ein induktiv gekoppeltes Plasmamassenspektrometer
(ICP-MS) mit einer induktiv gekoppelten Plasmaionenquelle beschrieben,
es soll jedoch selbstverständlich
sein, dass die Erfindung andere Arten von Massenspektrometern umfasst,
die andere Arten von Ionenquellen verwenden, von welchen Beispiele
nachstehend offenbart werden.
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Hintergrund
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Die
veröffentlichte
Internationale Anmeldung WO 00/17909 (PCT/AU99/00766) offenbart
ein Massenspektrometer mit einem ionenreflektierenden anstatt einem
ionendurchlässigen
Optiksystem. Das Spektrometer umfasst eine Ionenquelle zum Vorsehen
einer Zufuhr von Teilchen, einschließlich Ionen, die chemische
Elemente darstellen, die in einer analytischen Probe vorhanden sind,
und ein Ionenoptiksystem zwischen der Ionenquelle und einem Massenanalysator
zum Erzeugen eines Ionenstrahls von der Quelle und zum Aufbauen eines
reflektierenden elektrostatischen Feldes zum Reflektieren von Ionen
vom Strahl um einen Winkel, beispielsweise 90°, und zum Fokussieren derselben
in den Massenanalysatoreingang.
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Es
wurde festgestellt, dass die Erfindung von WO 00/17909, wie in einem
ICP-MS-Instrument verkörpert,
eine ausgezeichnete Empfindlichkeit zum Nachweis von Elementisotopen
mit relativ hohen Atommassen ergibt (beispielsweise betrug die Empfindlichkeit
für Thorium,
Atommasse 232, über
650000 Zählwerte
pro Sekunde pro Mikrogramm pro Liter). Die Empfindlichkeit für Elementisotope
mit niedrigen Atommassen ist jedoch relativ schlecht (beispielsweise
betrug die Empfindlichkeit für
Beryllium, Atommasse 9, weniger als 10000 Zählwerte pro Sekunde pro Mikrogramm
pro Liter). Ferner war die Hintergrundzählrate (die bei einem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis erfasste
Zählrate,
wenn keine Ionen mit diesem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis als
vorhanden erwartet wurden) höher
als erwünscht,
und wenn die an die Ionenoptikelektroden angelegten Spannungen erhöht wurden,
um die Fokussierung zu verbessern, um die Empfindlichkeit für den Nachweis
von Isotopen mit niedrigen Atommassen zu erhöhen, nahm die Hintergrundzählrate unvorteilhaft
zu.
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Die
bestmögliche
Nachweisgrenze (LOD) für
ein Elementisotop in einem ICP-MS ist gegeben durch LOD
= 3 × (Hintergrundzählrate/Messzeit)1/2/Empfindlichkeit
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Somit
bedeuten die relativ hohen Hintergrundzählraten und die relativ niedrigen
Empfindlichkeiten für Elementisotope
mit niedrigen Atommassen, dass die Nachweisgrenzen für solche
Isotope mit niedriger Atommasse unerwünscht hoch sind.
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Obwohl
dieses Problem durch die Verwendung eines Massenspektrometers hervorgehoben
wurde, welches ein reflektierendes Ionenoptiksystem verwendet, wird
betrachtet (angesichts dessen, was als Mechanismus zum Verursachen
der hohen Hintergrundzählraten
angenommen wird, wie nachstehend erläutert), dass dasselbe Problem
in Massenspektrometern existieren würde, die kein reflektierendes
Ionenoptiksystem verwenden.
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Es
ist bekannt, einen separaten Satz von vier kurzen, geraden Stababschnitten
am Eingang eines Quadrupol-Massenanalysators
anzuordnen und sie so zu betreiben, dass nur eine Radiofrequenz-
(RF) Spannung an diese angelegt wird oder das Verhältnis der
Gleich- zur Wechselspannung im Wesentlichen Null ist. Ein solcher
Satz von Stäben
ist häufig
als "Randstäbe" bekannt, da ihre
Funktion darin besteht, die Wirkung der Randfelder am Eingang eines
Quadrupol-Massenanalysators zu mildern und somit die Effizienz des
Durchlasses von Ionen in den Massenanalysator zu verbessern (siehe
Peter H Dawson's
Buch "Quadrupole
Mass Spectrometry and its Applications", Elsevier Scientific Publishing Co.,
1976, auf S. 105 und 1(b);
und die frühere
Offenbarung des US-Patents Nr. 3 371 204 (Wilson M Brubaker)). Obwohl
diese geraden Randstäbe nicht
direkt mit dem Problem des übermäßigen Hintergrunds
in der Quadrupol-Massenspektrometrie
in Zusammenhang stehen, waren ähnliche
Strukturen an Anstrengungen zum Lösen dieses Problems beteiligt.
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Somit
offenbart das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 3 473 020 (Wilson
M Brubaker) ein Quadrupol-Massenfilter mit einem gekrümmten Eingangsabschnitt
und einem geradlinigen Abschnitt. Eine Quelle für geladene Teilchen richtet
Teilchen (normalerweise Ionen) in den Analysator, in dem sie aufgelöst werden
und der sortierte Strahl dann in einen Detektorabschnitt gerichtet
wird. Der gekrümmte
Quadrupolabschnitt kann in einer Betriebsart mit starker Fokussierung
mit geringer Auflösungsleistung
betrieben werden, so dass Ionen in einem kleinen Massenbereich von
diesem Abschnitt in den geradlinigen Quadrupolabschnitt mit hoher
Auflösungsleistung überführt werden.
Der gekrümmte
Eingangsabschnitt verringert auch die Anzahl von Photonen von der
Quelle für
geladene Teilchen, die den Analysatordetektor erreichen, und stellt
somit eine beträchtliche Verbesserung
im Rauschabstand im Ausgangssignal des Analysators bereit. Diese
Anordnung würde
auch neutrale Teilchen, die aus der Quelle austreten, sowie Photonen
beseitigen, da diese Teilchen vom elektrostatischen Feld im gekrümmten Quadrupolabschnitt
nicht beeinflusst werden würden
und somit geradeaus weiterlaufen würden und auf die gekrümmten Elektrodenstäbe auftreffen
würden.
In einem nachfolgenden Patent der Vereinigten Staaten Nr. 3 410
997 offenbart Brubaker die Verwendung eines ähnlichen gekrümmten Quadrupolabschnitts
am Ausgang eines linearen Quadrupol-Massenanalysators, um Ionen
von Photonen von der Quelle zu trennen. Es wird offenbart, dass
dieser gekrümmte
Quadrupolabschnitt nur mit Wechselspannungen betrieben werden kann.
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Peter
H Dawson beschreibt in seinem vorstehend erwähnten Buch "Quadrupole Mass Spectrometry and its
Applications" auf
S. 34–35,
dass das Hintergrundsignal die Fähigkeit
begrenzt, Spurenkonzentrationen zu messen, und von angeregten neutralen
Teilchen stammt, die leicht durch den "Sichtlinien"-Analysator hindurchtreten. Er beschreibt
weiter, dass "gekrümmte Quadrupole
... oder gekrümmte
Abschnitte ... auch verwendet wurden, um das Problem zu vermeiden".
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Die
Europäische
Patentanmeldung 0 237 259 A2 (J. E. P. Syka) offenbart Tandem-Quadrupol-Massenspektrometeranordnungen,
die einen gebogenen Quadrupol umfassen, der vor einem Massenanalysequadrupol
angeordnet ist, um das Ausgangsrauschen zu verringern. Dieser gebogene
Quadrupol entfernt schnelle neutrale Teilchen, die in der Ionenquelle
oder aus einer Kollisionszelle (zum Erzeugen von Tochterionen) vor dem
gebogenen Quadrupol erzeugt werden. In der Erfindung von Syka ist
der gebogene Quadrupol vom Massenanalysequadrupol durch Blendenplatten
und elektrostatische Linsen getrennt. Der gebogene Quadrupol wirkt
nicht als Satz von "Randstäben".
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D.
J. Douglas berichtete in seinem Artikel "Some Current Perspectives on ICP-MS" (Canadian Journal of
Spectroscopy, Band 34, Nr. 2, 1989, S. 38–49) in bezug auf das Streben
nach der Verringerung des hohen Pegels an Hintergrundrauschen in
der induktiv gekoppelten Plasmamassenspektrometrie die Verwendung
nur eines gekrümmten
(90°) RF-Quadrupols
(den er als "gebogenen
Quad" bezeichnet)
am Ausgang des Analysequadrupols, was im Wesentlichen dieselbe Anordnung
ist wie die von Brubaker im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 3
410 997 offenbarte. Douglas behauptet jedoch, dass das Hintergrundrauschen
(d. h. die Zählrate)
eine starke Funktion der Masse war, das heißt für Ionen mit hoher Masse wurde
der Hintergrund drastisch verringert, aber für niedrige Massen blieb der
Hintergrund hoch (was ähnlich
zu dem vorstehend in bezug auf die Erfindung von WO 00/17909 beschriebenen
Problem ist). Douglas beschreibt "Am Ausgang des Analysequadrupols erzeugten
Photonen oder metastabile Atome aus der Quelle scheinbar irgendwie
Ionen mit niedriger Masse, die effizient zum Detektor überführt wurden,
wodurch ein hoher Hintergrundpegel erzeugt wurde. Wenn die Spannung
am RF-Quad hoch
war (entsprechend Analyten mit hoher Masse), hatten diese Ionen
mit niedriger Masse instabile Bahnen und wurden nicht überführt. Somit
löste der "gebogene Quad" fast, aber nicht ganz
das Hintergrundproblem" (ibid
S. 41).
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Das
Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5 939 718 (N. Yamada et al.)
offenbart ein ICP-MS mit einem Ionenlinsenabschnitt, einschließlich einer
mehrpoligen (mindestens vier Elektrodenstäbe) Ionenstrahlführung, die
sich vor den Massenfilter- und Ionenerfassungsabschnitten befindet.
In einigen Ausführungsbeispielen (
9–
12) sind die Stäbe der Ionenstrahlführung bezüglich der
Bewegungsrichtung eines Ionenstrahls geneigt oder gebogen, "um einen (sic) direkten
Eintritt von Lichtphotonen von einem induktiv gekoppelten Plasma in
(das) Massenfilter zu verhindern ... Folglich kann das Rauschen
von direktem Licht verringert werden ... und es kann das S/N-Verhältnis und
die Messgenauigkeit stark verbessern." Somit wendet sich dieses Patent einem
Problem zu, das im Wesentlichen dasselbe ist wie dasjenige, das
in
US 3 473 020 (Brubaker)
angegangen wird, und beansprucht eine Lösung, die im Allgemeinen ähnlich ist,
aber speziell auf ein induktiv gekoppeltes Plasmamassenspektrometer
angewendet wird.
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Gemäß der Offenbarung
in Yamada et al., Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5 939 718,
ist die gebogene Ionenführung
vom Massenanalysequadrupol durch eine Blendenplatte getrennt. Die
gebogene Ionenführung
wirkt daher nicht als Satz von "Randstäben". Aufgrund dieser
Blende empfängt
das Massenfilter bei Yamada et al., Patent der Vereinigten Staaten
Nr. 5 939 718, nicht direkt Ionen von der Ionenführung. Statt dessen befindet
sich die Ionenführung
in einer Ionenlinsen-Vakuumkammer und das Massenfilter in einer
Analysatorvakuumkammer, so dass die Ionen durch eine Blende zwischen
den zwei Kammern hindurchtreten müssen. Eine solche Blendenplatte
würde Verzerrungen
in den elektrischen Feldern einführen,
die mit der Ionenführung
und dem Massenfilter verbunden sind, die zusammen mit verschiedenen
Vakuumniveaus in den zwei Kammern gewisse ungewollte Wirkungen auf
die Ionen verursachen können
und folglich zum Hintergrundrauschen beitragen (insbesondere angesichts
dessen, was als Mechanismus zum Verursachen der hohen Hintergrundzählraten
in bezug auf die Erfindung von WO 00/17909 erachtet wird, wie nachstehend
erläutert).
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EP-A-0
777 260 (Hitachi Ltd.) offenbart ein Massenspektrometer, das mit
einem Gas- oder Flüssigchromatographen
gekoppelt ist, wobei eine einzelne Ablenkung des Ionenstrahls zwischen
dem Massenanalysator und dem Ionendetektor vorhanden ist.
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Die
vorstehend offenbarten Dokumente des Standes der Technik zeigen
die Verwendung von gekrümmten
oder geneigten Ionenführungen,
um ungewollte Teilchen (d. h. neutrale Teilchen und Photonen), die von
einer Quelle austreten, zu entfernen. Die Wirkung solcher Ionenführungen
besteht darin, das Massenfilter und/oder den Ionendetektor "außeraxial" oder außerhalb
einer "Sichtlinie" von der Ionenquelle
anzuordnen. Sie gehen nicht das Problem einer hohen Hintergrundzählrate an,
die immer noch in einer Anordnung auftritt, in der neutrale Teilchen
und Photonen, die aus einer Quelle austreten, bereits entfernt wurden.
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Die
Erörterung
des Hintergrunds zur Erfindung hierin ist enthalten, um den Zusammenhang
der Erfindung zu erläutern.
Dies soll nicht als Zugeständnis
aufgefasst werden, dass irgendetwas des Materials, auf das Bezug
genommen wird, veröffentlicht
wurde, bekannt war oder ein Teil der üblichen allgemeinen Kenntnis in
Australien wie zum Prioritätsdatum
der vorliegenden Anmeldung oder ihrer Ansprüche war.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Massenspektrometer
bereitzustellen, das einen Quadrupol-Massenanalysator verwendet, der eine
verbesserte (das heißt
eine niedrige) Nachweisgrenze für
Elementisotope mit niedrigen Atommassen aufweist. Das Massenspektrometer
kann entweder ein durchlässiges
oder ein reflektierendes Ionenoptiksystem verwenden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird ein Massenspektrometer bereitgestellt, mit einer Quelle zum
Erzeugen von Teilchen, einschließlich Ionen, die chemische
Elemente in einer Probe darstellen, zusammen mit neutralen Teilchen
und Photonen,
einem in einem ersten Vakuumbereich enthaltenen
Ionenoptiksystem zum Empfangen von Teilchen von der Quelle, wobei
das Ionenoptiksystem umfasst
mindestens eine erste Elektrode
zum Aufbauen eines elektrostatischen Feldes zum Richten eines Strahls
der Ionen in eine erste Richtung von der Quelle und mindestens eine
zweite Elektrode zum Aufbauen eines elektrostatischen Feldes zum
Ablenken des Ionenstrahls von der ersten Richtung um einen Winkel,
wobei neutrale Teilchen und Photonen, die aus der Quelle austreten,
in der ersten Richtung weiterlaufen und von dem Ionenstrahl getrennt
werden,
einer in einem zweiten Vakuumbereich enthaltenen Quadrupol-Massenanalysatoranordnung
mit
einem Satz von Quadrupol-Streifenelektroden zum Empfangen
des Ionenstrahls und einem linearen Quadrupol-Massenanalysator zum Empfangen von Ionen
direkt vom Satz von Quadrupol-Streifenelektroden, und einem auch
im zweiten Vakuumbereich enthaltenen Ionendetektor zum Empfangen
von Ionen vom linearen Quadrupol-Massenanalysator,
wobei der
Satz von Quadrupol-Streifenelektroden dazu ausgelegt ist, die Ionen
vor ihrem Durchgang in den linearen Quadrupol-Massenanalysator abzulenken
und den Eingang des linearen Quadrupol-Massenanalysators abzuschirmen.
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Es
wurde festgestellt, dass die Verwendung eines konfigurierten Satzes
von Quadrupol-Streifenelektroden unmittelbar vor einem linearen
Massenanalysator, wie im vorangehenden Absatz offenbart, und nachdem
neutrale Teilchen und Photonen aus der Quelle entfernt wurden, die Nachweisgrenze
für Elementisotope mit
niedrigen Atommassen signifikant verbessert. Dies liegt hauptsächlich daran,
dass der konfigurierte Satz von Quadrupol-Streifenelektroden der Quadrupol-Massenanalysatoranordnung
die Wirkung der Verringerung der Hintergrundzählrate auf eine sehr geringe
Zahl hat, selbst wenn die Spannungen der vorangehenden Ionenoptikelemente
auf Werte gesetzt sind, die den Durchlass von Isotopen mit niedrigen
Atommassen fördern. Ohne
den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden ist die Hintergrundzählrate bei
solchen Spannungen unannehmbar hoch. Die Verwendung des konfigurierten
Satzes von Streifenelektroden ermöglicht somit eine Steigerung
der Empfindlichkeit für
Isotope mit niedriger Masse zusammen mit einer Abnahme der Hintergrundzählrate.
Diese beiden Faktoren tragen zu den verbesserten Nachweisgrenzen
für Isotope
mit niedriger Atommasse bei.
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Es
wird angenommen, dass die Verringerung der Hintergrundzählrate daran
liegt, dass die konfigurierten Quadrupol-Streifenelektroden den
Eintritt von energiereichen neutralen Teilchen in den linearen Quadrupol-Massenanalysator
verhindern, wobei solche energiereichen neutralen Teilchen möglicherweise
durch Beschleunigung der Probenionen durch Restgas im Spektrometer
erzeugt werden, was auftreten kann, sei es, dass diese Probenionen
entweder durch ein durchlässiges
oder ein reflektierendes Ionenoptiksystem geleitet werden. Was auch
immer der Ursprung der Spezies sein kann, die das hohe Hintergrundrauschen
verursachen, es ist klar, dass im Fall der Erfindung, die in der
internationalen Anmeldung WO 00/17909 offenbart ist, diese Spezies
nicht direkt von der Ionenquelle kommen können, wie im Stand der Technik
gelehrt wurde. Folglich wird angenommen, dass die Beschleunigung
der Ionen in der zweiten Richtung durch das Restgas im ersten oder
im zweiten Vakuumbereich verursacht, dass einige dieser Ionen (beispielsweise
durch Resonanzladungsaustausch) mit Atomen des Restgases in Wechselwirkung
treten und somit neutrale Atome mit hoher Energie erzeugen, die,
wenn sie in den linearen Quadrupol-Massenanalysator eintreten sollten,
mit Metalloberflächen
in Wechselwirkung treten würden,
auf die sie auftreffen könnten,
und somit Ionen erzeugen würden, die
in den Ionendetektor laufen, wobei folglich die Hintergrundzählrate erhöht wird.
Die Anordnung des Quadrupol-Streifenelektrodenabschnitts der Massenanalysatoranordnung
ist daher derart, dass sie eine Ablenkung der Probenionen verursacht,
die ausreicht, um den Eintritt von so erzeugten neutralen Atomen
mit hoher Energie in den linearen Quadrupol-Massenanalysatorabschnitt
zu verhindern. Das heißt,
die Anordnung des Satzes von Quadrupol-Streifenelektroden ist derart,
dass irgendwelche Ionen, die zufällig
neutralisiert werden, in einer ballistischen Bahn weiterlaufen,
die dazu führt,
dass sie auf eine Streifenelektrode auftreffen, und somit verhindert,
dass sie den Ionendetektor erreichen.
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Somit
sind die Elektroden des Satzes von Quadrupol-Streifenelektroden dazu ausgelegt, die
Probenionen von ihrem Lauf in einer Eintrittsrichtung der Ionen
in den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden vor ihrem Durchgang
in den linearen Quadrupol-Massenanalysator abzulenken, welche den
Massenanalysatoreingang, in der Eintrittsrichtung betrachtet, abschirmen,
um zu verhindern, dass neutrale Teilchen, die möglicherweise durch den Durchgang
des Ionenstrahls in der Eintrittsrichtung durch Restgas im ersten
oder im zweiten Vakuumbereich erzeugt werden, in den linearen Quadrupol-Massenanalysator
eintreten.
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Ferner
laufen die Ionen nach dem Durchgang durch den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden
dieser Erfindung direkt in den linearen Quadrupol-Massenanalysator.
Das heißt,
der konfigurierte Satz von Quadrupol-Streifenelektroden und die
Quadrupolelektroden des linearen Massenanalysators sind im gleichen
Vakuumbereich enthalten und werden somit beide auf dem gleichen
niedrigen Druck gehalten, um Kollisionen von Ionen mit dem Hintergrundgas
zu minimieren. Somit stellt dieses Merkmal der Erfindung Bedingungen
zwischen dem konfigurierten Satz von Quadrupol-Streifenelektroden
und dem linearen Massenanalysator her, nämlich die Abwesenheit eines
Druckgradienten und eine gleichmäßige Verteilung
des elektrostatischen Feldes, die die Gelegenheit für die Erzeugung
von neutralen Teilchen mit hoher Energie verringern, von welcher angenommen
wird, dass sie zu dem Problem beiträgt, das von der vorliegenden
Erfindung angegangen wird. Diese Struktur steht im Gegensatz zu
derjenigen, die vom Patent
US
5 939 718 von Yamada et al. offenbart ist.
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Es
wird angenommen, dass zwei Komponenten für die Bewegung von irgendeinem
energiereichen neutralen Teilchen vorhanden sein könnten, das
durch Resonanzladungsaustausch zwischen einem Ion mit hoher Geschwindigkeit
und dem Hintergrundgas gebildet worden sein könnte. Die offensichtlichere
Komponente würde
entlang der Bewegungsrichtung des Ionenstrahls liegen, als er in
den Raum eintrat, der durch den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden
festgelegt ist. Die andere, weniger offensichtliche Komponente würde entlang
der Bewegungsrichtung liegen, der das Ion in dem Moment folgte,
als der Ladungsaustausch geschehen ist. Ionen, die durch einen Raum
laufen, der durch den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden festgelegt ist,
unterliegen einer sinusförmigen
Beschleunigung durch ein elektromagnetisches Radiofrequenzfeld,
das an die Streifenelektroden angelegt ist. Diese sinusförmige Beschleunigung
hat eine Komponente in einer Richtung senkrecht zu dem Weg, der
entlang des geometrischen Zentrums des Satzes von Streifenelektroden
liegt, wie durch den Schnittpunkt der zwei Linien festgelegt, die
das Zentrum einer Elektrode von jedem Paar mit jenem der diametral
entgegengesetzten Elektrode verbinden. Die Orientierung und Anordnung
des Satzes von Quadrupol- Streifenelektroden
bezüglich
der Bahn des eintretenden Ionenstrahls wird gewählt, um den Ionendetektor vor
neutralen Teilchen mit einer der gerade beschriebenen zwei möglichen
Bewegungskomponenten abzuschirmen.
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Vorzugsweise
wird der in der ersten Richtung gelenkte Ionenstrahl von dieser
Richtung um einen Winkel und in einer zweiten Richtung abgelenkt.
Der Betrag dieses Winkels ist derart, dass effektiv keine Möglichkeit
besteht, dass Licht oder irgendwelche anderen Teilchen (andere als
Ionen) von der Quelle den Detektor erreichen. Es wird angenommen,
dass ein Winkel von mehr als 10° dafür erforderlich
ist. Vorzugsweise ist der Winkel beträchtlich, beispielsweise kann
ein Winkel von etwa 90° verwendet
werden. Alternativ können
die Ionen um einen Winkel abgelenkt werden, um eine neutrale Blende
zu umgehen, und dann nach dem Durchtritt durch die neutrale Blende
wieder zu einem Strahl fokussiert werden, so dass sie im wesentlichen
in der ersten Richtung weiterlaufen.
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Vorzugsweise
ist ein erster Satz von Elektroden zum Aufbauen des elektrostatischen
Feldes zum Richten des Ionenstrahls in der ersten Richtung vorgesehen
und vorzugsweise ist ein zweiter Satz von Elektroden zum Aufbauen
des elektrostatischen Feldes zum Ablenken des Ionenstrahls aus der
ersten Richtung und in eine zweite Richtung vorgesehen. Vorzugsweise
dient die zweite mindestens eine Elektrode oder der Satz von Elektroden
zum Aufbauen eines reflektierenden elektrostatischen Feldes zum
Reflektieren des Ionenstrahls aus der ersten Richtung in die zweite
Richtung, wodurch die reflektierten Ionen von neutralen Teilchen
und Photonen aus der Quelle getrennt werden, die durch das reflektierende
elektrostatische Feld weiterlaufen und entfernt werden. Die Verwendung
eines solchen reflektierenden elektrostatischen Feldes ermöglicht eine
sehr effiziente Entfernung von solchen neutralen Teilchen und Photonen.
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Vorzugsweise
umfasst der Satz von Quadrupol-Streifenelektroden
vier langgestreckte Elektroden, die gekrümmt sind, um dadurch einen
gekrümmten
Ablenkweg für
die Ionen festzulegen. Alternativ können nicht-gekrümmte Elektroden
vorgesehen sein, beispielsweise können Elektrodenstäbe, die
wie hierin nachstehend beschrieben geneigt sind, vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
sind die Elektroden bei gekrümmten,
langgestreckten Quadrupol-Streifenelektroden derart ausgelegt, dass
die Ionen den Satz im Allgemeinen in derselben Richtung verlassen,
entlang derer sie in den Satz von Elektroden eintreten. Somit ist
es vorteilhaft, den Satz von gekrümmten Quadrupol-Streifenelektroden
in einer solchen Weise auszulegen, dass dessen Eintrittsende und
Austrittsende im Wesentlichen parallel, aber nicht kollinear sind,
wobei sie durch einen sanft gekrümmten
Abschnitt verbunden sind, der ungefähr die Form eines verzerrten
Buchstaben "S" aufweist. Andere
Gestaltungen sind möglich,
solange die Ionen durch eine Blende fokussiert werden und in den
Satz von Quadrupol-Streifenelektroden
vor dem linearen Massenanalysator eintreten, wobei die Streifenelektroden
so ausgelegt sind, dass sie zum Führen der Ionen entlang eines
Weges wirken, der von demjenigen verschieden ist, dem neutrale Teilchen
folgen, die in die Massenanalysatoranordnung eintreten. Solche neutralen
Teilchen werden dadurch am Eintritt in den linearen Quadrupol-Massenanalysator
und an der anschließenden
Erzeugung von Ionen, die erfasst werden würden und zur Hintergrundzählrate beitragen
würden,
gehindert.
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Vorzugsweise
sind die Elektroden des Satzes von Quadrupol-Streifenelektroden derart ausgelegt, dass,
in der Richtung des Eintritts der Ionen in die Streifenelektroden
betrachtet, die Elektroden zumindest den linearen Massenanalysator
und folglich die Ionendetektoreingänge abdecken. Das heißt, die
Orientierung der gekrümmten
Quadrupol-Streifenelektroden ist derart, dass, wenn an irgendeiner
Stelle die Krümmungsrichtung
einer Elektrode derart ist, dass ein Ion, das durch die RF-Felder,
die durch die Elektroden angelegt werden, beschleunigt wird, in
der Richtung des Ionendetektors beschleunigt werden könnte, ein
Elektrodenteil zwischen dem beschleunigten Ion und dem Eingang des
linearen Massenanalysators und folglich des Detektors liegt. Dies
stellt sicher, dass der Ionendetektor im Fall, dass ein beschleunigtes
Ion durch Resonanzladungsaustausch mit dem Hintergrund zu einem
neutralen Teilchen wird, im Schatten einer Streifenelektrode liegt. Dies
stellt eine sehr effiziente Abschirmung des Ionendetektors vor neutralen
Teilchen bereit.
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und zum Zeigen, wie sie umgesetzt werden kann, werden Ausführungsbeispiele
derselben nun anhand nur eines nicht-begrenzenden Beispiels mit
Bezug auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt schematisch ein
Massenspektrometer gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar, welches ein reflektierendes Ionenoptiksystem
umfasst.
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2 bis 5 stellen schematisch jeweilige alternative
Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit verschiedenen Anordnungen des Satzes von Quadrupol-Streifenelektroden
dar.
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6A und 6B sind eine schematische Draufsicht
bzw. eine Stirnansicht des Satzes von Quadrupol-Streifenelektroden
des Ausführungsbeispiels
von 1.
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7 stellt schematisch ein
Massenspektrometer gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar, welches ein durchlässiges Ionenoptiksystem umfasst.
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Ausführliche
Beschreibung
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1 zeigt ein Massenspektrometer 10,
das ein Ionenerzeugungsmittel 12 umfasst, das vorzugsweise
eine Atmosphären-Plasmaionenquelle
wie z. B. ein induktiv gekoppelter Plasmabrenner ist. Das Ionenerzeugungsmittel 12 wird
durch bekannte Mittel (nicht dargestellt) mit einem repräsentativen
Teil einer analytischen Probe (nicht dargestellt) versorgt und erzeugt
ein Plasma 14, das Ionen enthält, die die chemischen Elemente
darstellen, die in der analytischen Probe vorliegen. Das Plasma 14 trifft
auf eine Öffnung 16 in
einem gekühlten
Probennahmetrichter 18 auf. Die Öffnung 16 weist vorzugsweise
einen Durchmesser von 1 Millimeter auf und sieht einen Eingang in
eine Kammer 20 vor, die über einen Kanal 22 mit
einer ersten Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden ist. Der
Druck in der Kammer 20 liegt vorzugsweise im Bereich von
2 Torr bis 4 Torr. Ein repräsentativer
Teil des Plasmas 14 tritt durch die Öffnung 16 hindurch
und bildet eine freie Strahlaufweitung (nicht dargestellt). Eine Öffnung 24 in
einem Abstreiftrichter 26 weist vorzugsweise einen Durchmesser
von 0,5 mm auf und ist mit der Öffnung 16 koaxial.
Der Abstand zwischen den Öffnungen 16 und 24 liegt vorzugsweise
im Bereich von 6 bis 9 mm. Die Öffnung 24 sieht
einen Eingang von der Kammer 20 in eine zweite Kammer 28 (teilweise
dargestellt, die gemäß der Erfindung "einen ersten Vakuumbereich" bildet) vor, die über einen
Kanal (durch den Pfeil 30 angegeben) mit einer zweiten
Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden ist. Der Druck in der
zweiten Kammer 28 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,0001
Torr bis 0,0003 Torr. Ein repräsentativer
Teil der freien Strahlaufweitung tritt durch die Öffnung 24 in
die zweite Kammer 28.
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Eine
erste Elektrode 32 befindet sich stromabwärts von
der Öffnung 24.
Die Elektrode 32 ist vorzugsweise zylindrisch und ihre
Achse liegt auf einer Verlängerung
einer Linie, die die Zentren der Öffnungen 16 und 24 verbindet.
Die Elektrode 32 liegt vorzugsweise auf einem Potential,
das im Bereich von –300
bis –400
Volt einstellbar ist. Eine zweite Elektrode 34 vorzugsweise
in Form einer Platte mit einer zentralen Öffnung befindet sich stromabwärts von
der ersten Elektrode 32. Das Zentrum der zentralen Öffnung in
der Elektrode 34 liegt auf der Verlängerung der Linie, die die
Zentren der Öffnungen 16 und 24 verbindet,
so dass die Elektroden 32 und 34 koaxial sind.
Die Elektrode 34 liegt vorzugsweise auf demselben Potential
wie die Elektrode 32. Eine dritte Elektrode 36 vorzugsweise
in Form eines hohlen Zylinders, der an einer Platte mit einer zentralen Öffnung mit
demselben Durchmesser wie dem Innendurchmesser des hohlen Zylinders
montiert ist, befindet sich stromabwärts von der Elektrode 34 und
ist mit dieser koaxial. Die Elektrode 36 ist, wie in 1 angegeben, so angeordnet,
dass die Platte stromabwärts
vom hohlen Zylinder liegt. Die Elektrode 36 liegt vorzugsweise
auf einem Potential, das im Bereich von –100 bis –1000 Volt einstellbar ist.
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Die
kombinierte Wirkung des Satzes von Elektroden 32, 34 und 36 besteht
darin, einen Strahl von positiven Ionen 38 zu erzeugen
und in eine erste Richtung zu leiten. Wenn der Ionenstrahl 38 in
der ersten Richtung läuft,
die entlang einer Verlängerung
der Linie liegt, die durch die Zentren der Öffnung 16 und 24 und
die Zentren des Elektrodensatzes 32, 34 und 36 verläuft, wird
er von einem Strahl von energiereichen neutralen Teilchen und von
Licht vom Plasma 14 begleitet. Der Ionenstrahl 38 wird
durch die kombinierten Wirkungen der Elektrode 36 und der
Elektroden eines zweiten Satzes von Elektroden, nämlich einer
Elektrode 40 und eines Ionenspiegels 42, veranlasst,
einem von den neutralen Teilchen und dem Licht verschiedenen Weg
zu folgen. Der zweite Satz von Elektroden kann wahlweise eine zusätzliche
Elektrode 43 umfassen. Der Ionenspiegel 42 liegt
vorzugsweise in Form eines flachen Rings mit vier isolierten Elektrodensegmenten
daran (nicht dargestellt) vor, wobei ein Elektrodensegment in jedem
der vier Quadranten des Rings liegt. Jedes der vier Elektrodensegmente
ist vorzugsweise mit einem unabhängig
einstellbaren Potential im Bereich von 0 bis +400 Volt versehen.
Der Ionenspiegel 42 ist so angeordnet, dass die Linie,
die das Zentrum eines Elektrodensegments mit dem Zentrum des diametral
entgegengesetzten Segments verbindet, zur Ebene des Papiers senkrecht
ist und der Mittelpunkt der Linie auf der Verlängerung der Linie liegt, die
durch die Zentren der Öffnungen 16 und 24 und
die Zentren der Elektroden 32, 34 und 36 verläuft. Die
Elektrode 40 ist vorzugsweise eine flache Platte und wird
mit einem einstellbaren negativen Potential, vorzugsweise im Bereich
von –140
bis –1400
Volt, versorgt. Die Linie, die die zwei restlichen diametral entgegengesetzten
Elektrodensegmente verbindet, liegt in 45 Grad zur Verlängerung
der Linie, die durch die Zentren der Öffnungen 16 und 24 und
die Zentren der Elektroden 32, 34 und 36 verläuft, wie
in 1 angegeben. Die
wahlweise Elektrode 43 ist ringförmig und flach und kann geerdet
sein oder an diese eine kleine negative Spannung (z. B. zwischen
0 und –50
V) angelegt sein. Durch geeignete Einstellung der an die Elektroden 32, 34, 36 und 40 und
an jedes der vier unabhängigen
Elektrodensegmente des Ionenspiegels 42 angelegten Potentiale
kann der Ionenstrahl 38 um einen beträchtlichen Winkel, beispielsweise
90°, und
in einer zweiten Richtung durch die Elektrode 43 und in
eine Öffnung 44 abgelenkt
werden. Irgendwelche Photonen oder energiereichen neutralen Teilchen,
die ursprünglich
den Ionenstrahl 38 begleiteten, als er aus der Elektrode 36 austrat,
laufen in ihrer ursprünglichen
Richtung weiter und verlaufen durch die große zentrale Öffnung des
Ionenspiegels 42. Diese Photonen und energiereichen neutralen
Teilchen können
daher einen Ionendetektor 46 nicht erreichen und können somit
kein Ausgangssignal aus dem Detektor 46 verursachen. Irgendein
Ausgangssignal aus dem Detektor, das aus irgendetwas anderem als Ionen
eines interessierenden Elementisotops entsteht, ist unerwünscht, da
es die Nachweisgrenze für
das Elementisotop verschlechtert.
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Die
Ringelektrodenstruktur 42 bietet auch den Vorteil, dass
der Ionenstrahl 38 von Seite zu Seite gelenkt werden kann
(d. h. in die oder aus der Ebene der Zeichnung), indem eine Spannungsdifferenz
zwischen entgegengesetzten Elektrodensegmenten des Ionenspiegels 42 angelegt
wird. Ebenso kann durch Anlegen einer Differenzspannung zwischen
den anderen zwei Elektrodensegmenten der Brennpunkt des Ionenstrahls 38 vorwärts oder
rückwärts gelenkt
werden (d. h. in einer Richtung zur Elektrode 40 hin oder
von dieser weg). Somit ist es möglich,
den Ionenstrahl 38 elektrisch zu lenken, so dass sein Brennpunkt
mit dem Eingang in eine Massenanalysatoranordnung 52 durch
die Öffnung 44 übereinstimmt.
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Die Öffnung 44 führt in eine
dritte Vakuumkammer 48 (die gemäß der Erfindung "einen zweiten Vakuumbereich" bildet), die über einen
Kanal 50 mit einer dritten Vakuumpumpe (nicht dargestellt)
verbunden ist, die die dritte Kammer 48 auf einem Druck
von vorzugsweise weniger als 0,00001 Torr hält. Die Kammer 48 enthält eine
Quadrupol-Massenanalysatoranordnung 52,
die aus einem Satz von Quadrupol-Streifenelektroden 56 (ein
Paar des Satzes ist als 58 bezeichnet) vor einem linearen
Quadrupol-Massenanalysator 54 an
seinem Eingang 55 besteht, so dass der lineare Quadrupol-Massenanalysator 54 Ionen
direkt vom Satz von Streifenelektroden 56 empfängt. Eine
Austrittsöffnung 60 und
der Ionendetektor 46 sind in der dritten Kammer 48 angeordnet,
um Ionen vom Ionenstrahl 38 zu empfangen, nachdem sie gemäß ihrem
Masse-Ladungs-Verhältnis durch
den linearen Quadrupol-Massenanalysator 54 für eine Massenspektrometrieanalyse
getrennt wurden, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist.
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Die
Quadrupol-Streifenelektroden 56 sind so ausgelegt, das
heißt,
sie sind so geformt und angeordnet, dass kein direkter weg von der Öffnung 44 zum
Ionendetektor 46 vorhanden sein kann. 6 zeigt beispielsweise eine bevorzugte
Anordnung der vier Elektroden des Satzes von Streifenelektroden 56 des
Ausführungsbeispiels
von 1. 6A zeigt eine Draufsicht, während 6B eine Ansicht aus einer
Richtung des Pfeils V in 6A zeigt
(wobei die Eintrittsenden der Streifenelektroden schattiert gezeigt
sind). Der Ionenstrahl 38 tritt in den Raum zwischen den
Streifenelektrodenpaaren 58 und 58A entlang der
Richtung des Pfeils V ein. Jedes Paar von entgegengesetzten Streifenelektroden 58 und 58A wird
mit einer geeigneten Radiofrequenzspannung (wie bekannt ist) versorgt,
unter deren Einfluss Ionen im Ionenstrahl 38 durch den
durch die Streifenelektroden 58 und 58A festgelegten
Raum hindurchtreten und somit abgelenkt werden, bevor sie in den
durch die Stäbe
des linearen Massenanalysators 54 festgelegten Raum eintreten.
wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, ist der Weg der Ionen durch
diesen Raum im linearen Massenanalysator 54 durch die Radiofrequenz-
und Gleichspannungen, die an die Stäbe des Massenanalysators 54 angelegt
werden, und durch das Masse-Ladungs-Verhältnis jedes Ions festgelegt,
wodurch die Ionen im Strahl 38 mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen
fortlaufend zum Ionendetektor 46 geleitet werden können. Folglich
erzeugt der Ionendetektor 46 nur ein sehr kleines Ausgangssignal
(1 Zählwert
oder weniger pro Sekunde), wenn der lineare Massenanalysator 54 eingestellt
wird, um Ionen mit einem speziellen Masse-Ladungs-Verhältnis durchzulassen, und
keine Ionen mit diesem Masse-Ladungs-Verhältnis im Ionenstrahl 38 vorhanden
sind. 6B stellt dar, dass
die Quadrupol-Streifenelektroden 58 und 58A den
Eingang 55 des linearen Massenanalysators 54 abschirmen,
das heilt die projizierten Bereiche der Eintritts- und Austrittsenden
der Streifenelektroden 58 und 58A decken den Eingangsbereich
zwischen den Stäben
des Massenanalysators 54 ab.
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Somit
umfasst ein Massenspektrometer 10, wie in 1 gezeigt, eine Quelle 12–16–24 zum
Erzeugen von Teilchen, einschließlich Ionen 38, die
chemische Elemente in einer Probe darstellen, zusammen mit neutralen
Teilchen und Photonen. Ein Ionenoptiksystem 32–34–36–40–42–43 ist
in einem ersten Vakuumbereich 28 enthalten und umfasst
einen ersten Satz von Elektroden 32, 34, 36 zum
Aufbauen eines elektrostatischen Feldes zum Richten eines Ionenstrahls 38 in
einer ersten Richtung und einen zweiten Satz von Elektroden 40, 42, 43 zum
Aufbauen eines elektrostatischen Feldes zum Ablenken des Ionenstrahls 38 von
der ersten Richtung um einen Winkel in eine zweite Richtung. Neutrale
Teilchen und Photonen, die aus der Quelle austreten, laufen in der
ersten Richtung weiter und werden dadurch vom Ionenstrahl 38 getrennt.
Eine Quadrupol-Massenanalysatoranordnung 52 mit
einem Satz von Quadrupol-Streifenelektroden 56 und
dem linearen Quadrupol-Massenanalysator 54 ist
in einem zweiten Vakuumbereich 48 zum Empfangen des Ionenstrahls 38 in
der zweiten Richtung enthalten. Der lineare Quadrupol-Massenanalysator 54 empfängt die
Ionen direkt vom Satz von Quadrupol-Streifenelektroden 56 und ein
Ionendetektor 46 empfängt
die Ionen vom linearen Quadrupol-Massenanalysator 54 zur
Spektrometrieanalyse der Ionen, wodurch Konzentrationen von verschiedenen Elementen
in der Probe nachweisbar sind, wie bekannt ist. Die Quadrupol-Massenanalysatoranordnung 52 und
der Ionendetektor 46 sind im zweiten Vakuumbereich 48 enthalten.
Der Satz von Quadrupol-Streifenelektroden 56 ist dazu ausgelegt,
die Ionen vor ihrem Durchgang in den linearen Quadrupol-Massenanalysator 54 von
der zweiten Richtung abzulenken, welche den Eingang 55 des
linearen Massenanalysators, in der zweiten Richtung betrachtet,
abschirmen. Die Streifenelektrodenpaare 58 und 58A des Ausführungsbeispiels
von 1 sind gekrümmt, um
dadurch einen gekrümmten
Ablenkungsweg festzulegen, wobei das Eintrittsende und das Austrittsende
der Streifenelektrodenpaare im Wesentlichen parallel, aber nicht
kollinear sind. Das heißt,
die Streifenelektroden 58 und 58A sind sanft gekrümmt, um
einen Weg festzulegen, der ungefähr
die Form eines verzerrten Buchstaben 'S' aufweist.
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Die
Erfindung ist nicht auf den speziellen Ionenspiegel und den zweiten
Satz von Elektroden, wie vorstehend beschrieben, zum Erzielen einer
gewünschten
Verteilung des reflektierenden elektrostatischen Feldes begrenzt.
Alles, was erforderlich ist, besteht darin, dass die Ionenspiegelstruktur
und die an seine Elektroden angelegten Spannungen ein elektrostatisches
Feld aufbauen, in dem die Feldstärke
axial und radial variiert, um eine reflektierende Feldform herzustellen.
Die Energiedichteverteilung eines solchen Feldes könnte beispielsweise
durch eine mehrdimensionale Polynomgleichung hoher Ordnung oder
eine dreidimensionale parabolische oder sphärische Funktion festgelegt
sein. Zusätzlich
zum Verändern
der an die Elektroden eines Ionenspiegels angelegten Spannungen
liegt es folglich innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, die
Anzahl von Elektroden, ihre Form, ihren Abstand, ihre Materialzusammensetzung,
das Verhältnis
des Durchmessers zur Länge
(d. h. Tiefe) des Spiegels zu verändern, und die Verwendung von "externen" elektrostatischen Feldern,
die durch andere Elemente eines Ionenoptiksystems erzeugt werden.
Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, auf dem
Umfang segmentierte Elektroden bereitzustellen, so dass variierende Spannungen
an die Segmente angelegt werden können, um ein elektrostatisches
Feld mit gewünschter
Form bereitzustellen. Die Ionenspiegelstruktur muss natürlich einen
unbehinderten Weg für
neutrale Teilchen und Photonen von der Quelle zum Durchtritt durch
das reflektierende Feld zulassen.
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Die
Quadrupol-Massenanalysatoranordnung 52 kann als Anordnung
unter Verwendung von Keramikblöcken
ausgebildet werden, um den Satz von Streifenelektroden 56 und
die Stäbe
des Massenanalysators 54 relativ zueinander zu montieren
und genau zu positionieren, wie bekannt ist.
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In
den Ausführungsbeispielen,
wie in 2 bis 5 dargestellt, wurden Merkmalen
und Komponenten, die jenen im Ausführungsbeispiel von 1 entsprechen, dieselben
Bezugsziffern verliehen und sie werden nicht weiter beschrieben.
Die Unterschiede zwischen diesen Ausführungsbeispielen liegen in
der Gestaltung der jeweiligen Streifenelektroden 56. Somit
stellen 2 und 3 andere gekrümmte Gestaltungen
für die
Streifenelektroden 58 und 58A als die bevorzugte
gekrümmte
Gestaltung von 1 dar,
so dass die Ionen den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden 56 im Allgemeinen
in derselben Richtung verlassen wie der Weg in der zweiten Richtung,
entlang dessen sie in die Quadrupol-Streifenelektroden eintreten. 4 stellt eine nicht-gekrümmte Gestaltung
für den
Satz von Streifenelektroden 56 dar. 5 stellt eine weitere gekrümmte Gestaltung
für die
Streifenelektroden 56 zum Ablenken der Ionen um einen Winkel
von 90° aus
der zweiten Richtung dar. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine
kompakte Konstruktion für
ein Massenspektrometer. Mit diesem Ausführungsbeispiel wäre es vorteilhaft,
eine Sperre unter (wie in der Fig. gesehen) der konvexen Seite der
Quadrupol-Streifenelektroden 56 anzuordnen, um zu verhindern,
dass neutrale Teilchen, die an den Elektroden reflektiert werden
könnten,
den Detektor 46 erreichen, indem sie den linearen Massenanalysator 54 umgehen.
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Um
die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Verbesserungen zu erläutern, zeigt
die nachstehende Tabelle 1 einige Leistungsindikatoren für ein induktiv
gekoppeltes Plasmamassenspektrometer mit einer Ionenoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 1, jedoch ohne Quadrupol-Streifenelektroden 56,
und die entsprechenden Werte für
ein induktiv gekoppeltes Plasmamassenspektrometer gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 1.
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Obwohl
die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Massenspektrometern
sind, die ein reflektierendes Ionenoptiksystem verwenden, kann die
Erfindung auch in einem Massenspektrometer verkörpert werden, das ein durchlässiges Ionenoptiksystem
verwendet, beispielsweise wie durch 7 dargestellt. In
dem in 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wurden Merkmalen und Komponenten, die jenen in dem Ausführungsbeispiel
von 1 entsprechen, dieselben
Bezugsziffern verliehen und sie werden nicht weiter beschrieben.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
tritt der Ionenstrahl 38 in der Kammer 28 in das
durchlässige
Ionenoptiksystem 90 ein, das zylindrische elektrostatische
Linsen 70, 72, 74 und eine scheibenförmige neutrale
Blende 76 umfasst. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist,
kann das Anlegen von geeigneten Gleichspannungen an die elektrostatischen
Linsen 70, 72, 74 und an die neutrale
Blende 76 verursachen, dass der Ionenstrahl 38 zuerst
divergiert (das heißt
von einer ersten Richtung um einen Winkel abgelenkt wird – siehe
Bezugsziffer 38A), so dass ein Teil von Ionen im Ionenstrahl 38 um
die neutrale Blende 76 läuft. Photonen und neutrale Atome
vom Plasma 14, die den Ionenstrahl 38 begleiten,
laufen in der ersten Richtung (siehe gerade Linie 80) weiter
und treffen auf die neutrale Blende 76 auf, die dadurch
den Eingang 44 in die Kammer 48 vor den Photonen
und neutralen Atomen abschirmt. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist,
wird durch die kombinierte Wirkung der elektrostatischen Felder
von den Linsen 70, 72, 74 und von der
neutralen Blende 76 veranlasst, dass der divergente Ionenstrahl 38A,
der die neutrale Blende 76 passiert hat, konvergiert (siehe
Bezugsziffer 38B). Der fokussierte Ionenstrahl, wie bei 38C gezeigt,
tritt durch die Öffnung 44 in
die Kammer 48 ein und läuft
zur Quadrupol-Massenanalyseanordnung 52.
Somit empfangen die gebogenen Quadrupol-Streifenelektroden 56 den
Ionenstrahl und die Ionen laufen dann direkt durch den Eingang 55 in
den linearen Quadrupol-Massenanalysator 54. Durch die Wirkung
der gebogenen Streifenelektroden 56 werden der lineare
Quadrupol-Massenanalysator 54 und der Ionendetektor 46 vor
einen Hintergrund erzeugenden neutralen Spezies, die möglicherweise
durch die Wechselwirkung des fokussierten Ionenstrahls 38C mit
Restgas in der Kammer 28 oder Kammer 48 während des
Durchlaufs des fokussierten Ionenstrahls 38 von der durchlässigen Ionenoptik 90 zur Öffnung 44 und
in den Satz von Quadrupol-Streifenelektroden 56 erzeugt
werden, abgeschirmt.
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Obwohl 7 das Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wie in 1 gezeigt,
zur Verwendung mit einer durchlässigen
Ionenoptik ausgelegt zeigt, soll es selbstverständlich sein, dass alle verschiedenen
Ausführungsbeispiele
der Erfindung, wie in 1, 2, 3, 4 und 5 dargestellt, auch zur Verwendung
mit einer durchlässigen
Ionenoptik, wie in 7 veranschaulicht,
ausgelegt werden können.
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Andere
durchlässige
Ionenoptiksysteme sind auch bekannt und werden folglich hierin nicht
weiter beschrieben. Ein System könnte
beispielsweise bereitgestellt werden, in dem der Ionenstrahl in
einer ersten Richtung um einen Winkel und in eine zweite Richtung
abgelenkt wird, anstatt nach einer neutralen Blende erneut fokussiert
zu werden. Die Anforderung besteht darin, dass das Ionenoptiksystem
die Probenionen von einem Teilchenstrahl ablenkt, um eine Trennung
der Probenionen von neutralen Teilchen und Photonen im Strahl zu erzielen,
wobei folglich eine anfängliche
Filterstufe bereitgestellt wird. Die Bereitstellung einer Quadrupol-Massenanalysatoranordnung,
in der ein Satz von Streifenelektroden vor einem linearen Massenanalysator
angeordnet ist, stellt eine zweite Filterstufe in solchen Massenspektrometern
bereit. Genau wie in den Ausführungsbeispielen
von 1–5 müssen die Streifenelektroden
eines Massenspektrometers mit einem durchlässigen Ionenoptiksystem den
Eingang des linearen Massenanalysators in der Hinsicht abschirmen,
dass irgendwelche energiereichen neutralen Teilchen, die erzeugt
werden und eine der zwei möglichen
Bewegungskomponenten aufweisen, wie vorstehend beschrieben, am Eintritt
in den linearen Massenanalysator gehindert werden.
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Andere
Arten von Massenspektrometern, die verschiedene Ionisations- und
Zerstäubungsverfahren verwenden,
um die Quelle zur Erzeugung von Ionen für eine Element- oder Isotopenanalyse
bereitzustellen, werden von der Erfindung erfasst. Andere Beispiele
solcher Quellen als eine ICP-Quelle
sind Mikrowellenplasmaquellen und Glimmentladungsquellen.
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Die
hierin beschriebene Erfindung ist für andere Veränderungen,
Modifikationen und/oder Zusätze
als die speziell beschriebenen zugänglich und es soll selbstverständlich sein,
dass die Erfindung alle solchen Veränderungen, Modifikationen und/oder
Zusätze
umfasst, die innerhalb den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen.
