DE954105C

DE954105C - Ionenquelle fuer Massenspektrometer

Info

Publication number: DE954105C
Application number: DEM23629A
Authority: DE
Inventors: Dr Michael Drechsler
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1954-07-02
Filing date: 1954-07-02
Publication date: 1956-12-13

Description

Ionenquelle für Massenspektrometer Die bisher für Massenspektrometer verwendeten Ionenquellen befriedigen nur teilweise.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den vor einigen Jahren entdeckten Effekt der Ionisierung von Gasmolekülen in elektrischen Feldern der Größenordnung iöe V/cm und höher zur Erzeugung der Ionen im Massenspektrometer anzwwenden.
Eine Ionenquelle für Massenspektrometer ist daher nach der Erfindung so ausgebildet, daß durch geeignete Elektroden, z. B. Spitzen mit Scheitelradius o, i ,u und Spannungen z. B. Zo kV, elektrische Felder der Größenordnung io$ V/cm und höher erzeugbar sind, daß eine Feldionisation der zu untersuchenden Partikel erfolgt.
Eine mögliche Ausführungsform ist schematisch in Abb. i dargestellt. Das dort gezeigte System befindet sich im Hochvakuum. Die massenspektrometrisch zu untersuchende Substanz möge sich als Gas oder Dampf geringen Druckes in dem System befinden. A sei eine z. B. zu einer scharfen Spitze auslaufende Elektrode, z. B. aus Wolfram, und befindet sich gegenüber der z. B. geerdeten Blende C auf einem so hohen positiven Potential, daß an der äußersten Spitze von A Felder der Größenordnung ios V/cm und höher entstehen. Bei diesen Feldstärken findet eine Ionisierung der neutralen Gasmoleküle statt. Ein Teil der so erzeugten Ionen gelangt durch die Blenden C in das z. B. magnetische Ablenksystem D des Massenspektrometers und wird nach Durchgang durch eine weitere Blende vor E z. B. von dem Elektrometer E aufgefangen und der Ionenstrom zwischen A und E mit geeigneten empfindlichen Geräten gemessen. Abb. 2 und 3 zeigen eine mögliche Ausführungsform einer Feldemissions-Anode in größerem Maßstab.
Die Ionisierung findet an der Oberfläche von A statt. Erreicht die Feldstärke im Gasraum vor der Elektrode bereits den Wert der Ionisierungsfeldstärke, so kann eine Ionisierung auch im Gasraum stattfinden. Vermutlich werden i oo °/o der Moleküle, die in den Ionisierungsfeldstärkebereich gelangen, ionisiert. Die Elektrode A kann auch eine andere Form als die einer Spitze haben, z. B. Schneide. Notwendig ist lediglich, daß die Geometrie der Elektrode in Zusammenhang mit der angewendeten Spannung das Auftreten der genannten hohen Feldstärken ermöglicht.
Da der von A ausgehende Ionenstrahl stark divergent ist, gelangt nur ein Bruchteil der Ionen auf den Auffänger E. Dieser Ionenverlust ist wesentlich geringer, falls das Ionenstrahlbündel durch eine geeignete, z. B. elektrische Linse B beeinflußt wird.
Falls die Ionisation unmittelbar auf der Oberfläche der kalten Spitze von A stattfindet, kann die Ionisation durch Erhöhung der Temperatur von A erleichtert und durch Erniedrigung der Temperatur von A erschwert werden. Deshalb kann die Anbringung einer Vorrichtung zum Heizen von A zweckmäßig sein. Dies kann z. B. wie bei den Feldemissionsrnikroskopen durch Stromwärme in einem Heizstromkreis durch die beiden Stromzuführungen von A und Wärmeleitung erfolgen. In Abh. 2 zeigt der Pfeil den Verlauf des Heizstromes. Es können aber auch andere bekannte Heizvorrichtungen angewendet werden. Eine Vorrichtung zum Abkühlen der Feldemissions-Anode könnte z. B. den Sinn haben, eine Oberflächendiffusion zu verhindern.
Die durch Feldionisation erzeugten Ionen haben vergleichsweise eine relativ hohe Energie. Zur Massenspektrometrie kann dies neben Vorteilen auch Nachteile haben, z. B. wird ein stärkeres @blenkfeld in D benötigt. Um derartige Nachteile zu vermeiden, kann der Ionenstrahl durch geeignete elektrische Felder mittels geeigneter Vorrichtungen (in Abb. i nicht eingezeichnet) vor dem Eintreten in das Ablenksystem abgebremst werden.
Festkörper können nach bisheriger Beschreibung nur dann ionisiert werden, falls sie als Dampf in den hohen Feldstärkebereich gelangen. Eine unmittelbare massenspektrometrische Analyse ist dann möglich, wenn die Elektrode A, an der die hohe Feldstärke liegt, selbst aus dem zu untersuchenden Festkörper besteht. Infolge des hohen Feldes kann eine Ionisierung und Desorption der Festkörpermoleküle (-atome) der jeweiligen Oberflächenschicht erfolgen, d.h. es erfolgt ein allmählicher Abbau der Elektrode.
Einige Vorteile der beschriebenen Methode sind: i. Die Energie der Ionen ist weitgehend homogen; a. die zur Analyse benötigten Substanzmengen sind außerordentlich gering; 3. die Analyse kann bei sehr gutem Hochvakuum durchgeführt werden; die von der fast punktförmigen Quelle ausgehenden Ionen können gut fokussiert werden; 5. es können Adsorptionsschichten analysiert werden.

Claims

PATENTA'NSPRGCHE: i. Ionenquelle für Massenspektrometer, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Felder der Größenordnung io$ V/cm und höher mittels Elektroden geeigneter Form und geeigneten Anodenspannungen, z. B. Spitze mit Scheitelradius von o, i ,u und Anodenspannung von 2o kV, erzeugbar sind, so daß eine Feldionisation -der zu untersuchenden Moleküle erfolgt.
2. Ionenquelle für Massenspektrometer nach Anspruch i, adadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode, an der die Ionisierung erfolgt, heiz-oder kühlbar ist.
3. Ionenquelle für Massenspektrometer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ionisierungselektrode (Ionisierungsraum) und dem Feld, in dem die massenspektrometrische Trennung erfolgt, elektrostatische oder elektromagnetische Ionerilinsen angeordnet sind. q.. Ionenquelle für Massenspektrometer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Ionen, bevor sie in das massenspektrometrische Ablenkfeld gelangen, durch elektrische Felder abbremsbar oder beschleunigbar sind.