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Dokumentenidentifikation DE2922128C2 18.05.1989
Titel Vorrichtung zur Massenanalyse
Anmelder Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung mbH, 8000 München, DE
Erfinder Unsöld, Eberhard, Dr., 8042 Oberschleißheim, DE
DE-Anmeldedatum 31.05.1979
DE-Aktenzeichen 2922128
Offenlegungstag 11.12.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.05.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.05.1989
IPC-Hauptklasse H01J 49/16
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle f r einen Massenanalysator, wobei eine massive Probe mittels Laserlicht bestrahlt und die aus der Probe austretenden Ionen mittels Feldern von der Probe abgezogen werden. Mit der erfindungsgemaessen Ionenquelle wird auf eine massive Probe bzw. eine Probenpille ein Laserstrahl fokussiert und Materie verdampft, ionisiert und dann massen- und/oder lichtspektroskopisch analysiert. Der Strahl ist pulsbar oder kontinuierlich, um z.B. bei nachfolgender Flugzeit-Masssenanalyse, bei Massenfiltern oder Massenspektrographen fuer stratigraphische Analysen oder kontinuierliches Scannen verwendbar zu sein. Durch das Energiefilter wird die Energieunschaerfe der Ionen nahezu beseitigt, d.h. es gelangen praktisch nur Ionen der gleichen Energie an den Eingang des Massenanalysators. Das zu analysierende Volumen wird im wesentlichen durch die Brennweite der verwendeten Fokussierungsoptik und die Laserparameter bestimmt. Bei hinreichend kurzen Brennweiten sind sogar Mikroanalysen im Micrometer-Bereich moeglich. Da es Massenspektrometer erlauben, noch einige Ionen nachzuweisen, kann mit der erfindungsgemaessen Ionenquelle ein hoch empfindliches, raeumlich aufloesendes Analysensystem geboten werden. ...U.S.W

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Massenanalyse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1; eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 39 35 453 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung dienen geladene Teilchen als Primärstrahlung. Weiterhin ist eine Laservorrichtung bekannt, bei der die Ionen senkrecht zur Laserstrahlrichtung abgezogen werden und deren Laserfokussiereinrichtung eine lange Brennweite besitzt. ("Anal. Chem." 50 (1978) S. 985-991). Es ist schließlich aus der GB-PS 15 33 526 noch bekannt, die aus der Probenoberfläche in Richtung der Primärstrahlung austretenden Ionen durch einen Ionenreflektor in Richtung auf das Energiefilter umzulenken (vgl. Fig. 6).

Bei Verwendung von Teilchenstrahlung zur Ionenerzeugung treten sowohl die Teilchen als auch Zerfallprodukte des Targetmaterials aus dem Target aus. Die Vorrichtung mit der Fokussiereinrichtung mit langer Brennweite liefert eine schlechte räumliche Auflösung und wegen der seitlichen Abteilung der Ionen eine geringe Teilchenausbeute.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sie eine hohe räumliche Auflösung auf der Probenoberfläche aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf eine massive Probe ein Laserstrahl fokussiert und Materie verdampft und ionisiert und dann massenspektroskopisch analysiert. Bei Verwendung eines nachfolgenden Flugzeit-Massenanalysators wird der Laserstrahl gepulst. Durch das Energiefilter wird die Energieumschärfe der Ionen nahezu beseitigt, d. h. es gelangen praktisch nur Ionen der gleichen Energie an den Eingang des Massenanalysators. Das zu analysierende Volumen wird im wesentlichen durch die Brennweite der verwendeten Fokussierungslinse bestimmt. Bei hinreichend kurzer Brennweite sind sogar Mikroanalysen im µm-Bereich möglich.

Konstante Ionenflugbahnen sind für den ganzen Emissionskegelmantel erzeugbar und nicht nur eine Bahn wie bei asymmetrischer Beleuchtung, so daß geringe Flugzeitunschärfen bei Flugzeit-Massenanalysatoren entstehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mittels der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein zylinderförmiges Gehäuse 22, in dem ein Energiefilter 5, 6, 7 und ein Massenanalysator 4 symmetrisch zur Achse 10 hintereinander angeordnet sind. Das Energiefilter besteht aus konzentrisch zueinander angeordneten Zylinderflächen 5 und 6, sowie zwei endseitigen Blenden 7, die mit dem inneren Zylinder 6 zwei Ringschlitze bilden, durch welche die Ionen 3 von der Probenoberfläche 2 über elektrostatische Felder zwischen den Zylindern 5 und 6 bzw. 7 auf die Symmetrieachse 10 energieselektiv fokussiert werden. Die Probe 9 ist an der Stirnseite einer zylinderförmigen Gehäusehalterung 11 innerhalb des Energiefilters 5, 6 rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse 10 befestigt. Das Zylindergehäuse 11 kann Bestandteil des Energiefilters sein. Das Laserlicht 1 tritt durch eine Fokussierungslinse 14 bzw. 25 (siehe Fig. 3) senkrecht auf die Probenoberfläche 2 auf, wobei die Probe selbst senkrecht zur Symmetrieachse 10 angeordnet und der Laserstrahl 1 in der Symmetrieachse 10 geführt ist. Die Fokussierungslinse 14 kann hierbei in einer Öffnung 12 (siehe die Teilzeichnung nach Fig. 2) eines Ionenreflektors 8 gehaltert sein, wobei der Ionenreflektor 8 - wie in Fig. 1 dargestellt - die Stirnseite des Gehäuses 22 bilden kann.

In Fig. 2 ist die Umlenkung der Ionen durch den Ionenreflektor 8 näher dargestellt. Die aus der Probenoberfläche 2 heraustretenden Ionen 3 fliegen zuerst in Richtung Beleuchtungsstrahl 1, werden vom Ionenreflektor 8 umgelenkt und dann von dem Energiefilter 5 bis 7 gemäß Fig. 1 energieselektiv gefiltert. Der Laserstrahl 1 wird durch eine kurzbrennweitige Linse 14 auf die Probenoberfläche 2 fokussiert. Die Linse 14 selbst kann hierbei in einer leitfähig bedampften Platte 13 gehaltert sein, die die Öffnung 12 im Ionenreflektor 8 abschließt.

Der Laserstrahl 1 kann über einen Umlenkspiegel 27 auf die Symmetrieachse 10 ausgerichtet werden, wobei dieser ggf. teildurchlässige Umlenkspiegel 27 die gleichzeitige lichtoptische Beobachtung 28 in der Symmetrieachse 10 erlaubt. Zusätzlich kann um die Halterung 11 für die Probe 9 eine Abschirmung 23 angeordnet sein, die dann ein Bestandteil des Energiefilters ist. Weiterhin ist es möglich, die Probe 9 mittels bekannten Mitteln zu kühlen bzw. zu justieren. Auch die Linse 14 kann justierbar sein.

In der Fig. 3 ist anstelle der Linse 14 nach Fig. 2 und der einseitig bedampften Platte 13 eine Konkavlinse 25 dargestellt, welche die Durchtrittsöffnung 12 im Ionenreflektor 8 verschließt. Sie ist ebenfalls mit einer leitfähigen Schicht 26 einseitig bedampft.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Massenanalyse,
    1. - wobei längs einer Achse (10) nacheinander eine als Ionenquelle wirkende massive Probe (9) mit einer ebenen Probenoberfläche (2), ein Energiefilter (5, 6, 7) vom elektrostatischen Spiegeltyp und Zylindergeometrie sowie ein Massenanalysator (4) angeordnet sind,
      1. - wobei die ebene Probenoberfläche (2) mit ihrer Normalen auf der Achse liegt und
      2. - wobei die Ionen durch eine entlang der Achse (10) auf die ebene Probenoberfläche (2) einfallende Primärstrahlung ausgelöst werden,
  2. dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Primärstrahlung Laserlicht (1) ist, das von der dem Energiefilter abgewandten Seite her auf die ebene Probenoberfläche (2) einfällt und durch eine vor der Probe liegende, zur Achse konzentrische Fokussierungslinse (14; 25) auf die ebene Probenoberfläche (2) fokussert wird, und
    2. - daß die aus der Probenoberfläche (2) in Richtung der Fokussierungslinse austretenden Ionen durch einen Ionenreflektor (8) in Richtung auf das Energiefilter umgelenkt werden.
  3. 2. Vorrichtung zur Massenanalyse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenreflektor (8) durch die elektrisch leitfähig bedampfte Fokussierungslinse (25) für den Laserstrahl gebildet wird.
  4. 3. Vorrichtung zur Massenanalyse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenreflektor (8) durch eine elektrisch leitende Platte (12) und die darin zentrisch angeordnete elekrische leitfähig bedampfte Fokussierungslinse (14) für den Laserstrahl gebildet wird.






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