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Dokumentenidentifikation DE102005054605A1 31.05.2007
Titel Automatische Reinigung von Ionenquellen
Anmelder Bruker Daltonik GmbH, 28359 Bremen, DE
Erfinder Holle, Armin, 28876 Oyten, DE;
Przybyla, Gregor, 28355 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 16.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054605
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse H01J 49/16(2006.01)A, F, I, 20051116, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01J 49/10(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   H01J 49/04(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft die automatische Reinigung von Ionenquellen innerhalb von Massenspektrometern, insbesondere die Reinigung von Ionenquellen mit einer Erzeugung der Ionen durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI).
Die Erfindung besteht darin, die mit organischem Material verschmutzten Beschleunigungselektroden der Ionenquelle im Massenspektrometer selbst durch Ätzen mit reaktiven Ionen zu reinigen, wobei die reaktiven Ionen durch eine elektrisch erzeugte Entladung in einem eigens eingelassenen Reaktantgas generiert werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft die automatische Reinigung von Ionenquellen innerhalb von Massenspektrometern, insbesondere die Reinigung von Ionenquellen mit einer Erzeugung der Ionen durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI).

Die Erfindung besteht darin, die mit organischem Material verschmutzten Beschleunigungselektroden der Ionenquelle im Massenspektrometer selbst durch Ätzen mit reaktiven Ionen zu reinigen, wobei die reaktiven Ionen durch eine elektrisch erzeugte Entladung in einem eigens eingelassenen Reaktantgas generiert werden.

Stand der Technik

Desorptions-Ionenquellen, insbesondere Ionenquellen für eine Ionisierung von Proben durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI), werden in zunehmendem Maße für die Ionisierung von großen Molekülen eingesetzt, wie beispielsweise große Biomoleküle oder künstliche Polymere. Dabei wird, zumindest in einigen Anwendungsgebieten der molekularen Biologie und der medizinisch-diagnostischen Forschung, immer höherer Probendurchsatz verlangt. Die Probenträgerplatten nehmen heute meist 384, häufig sogar 1536 Proben auf; jede Probe wird im analytischen Verfahren mit einigen hundert Laserschüssen bombardiert.

In MALDI-Ionenquellen wird durch den Beschuss der Proben, die neben den Analytsubstanzen auch größere Mengen von Matrixsubstanzen enthalten, mit den Laserlichtpulsen jedes Mal eine Plasmawolke erzeugt, aus der dann die gebildeten Ionen durch Einschalten eines Beschleunigungsfeldes abgezogen werden. Zum Teil enthält die Plasmawolke auch noch feste oder flüssige Spritzteilchen aus der Quasi-Explosion des Matrixmaterials. Die Plasmawolke dehnt sich weiter aus; ein Teil des so verdampften oder verspritzten Materials, Matrixsubstanz und Analytsubstanz, setzt sich dabei auf den Beschleunigungselektroden ab. Nach einigen hunderttausend Schüssen, also nach dem Durchgang von etwa zehn bis fünfzig Probenträgerplatten zu je 384 Proben, entstehen auf diesen Elektroden sichtbare Beläge. Diese isolierenden Beläge laden sich elektrisch auf und führen zu Störungen des Beschleunigungs- oder Führungsvorgangs. Die Beläge müssen also entfernt werden.

Moderne Massenspektrometer sind mit automatisch arbeitenden Zuführungssystemen für Probenträgerplatten ausgestattet. Sie können damit auch nachts oder sogar über Wochenenden hinweg mit Tausenden von Proben arbeiten. Eine volle Nutzung dieser automatischen Zuführungssysteme wird aber durch das Problem der Verschmutzung verhindert.

Das bisher praktisch ausschließlich angewandte Verfahren zur Entfernung dieses Belages ist eine manuelle Reinigung nach Belüften und Öffnen der Ionenquelle. Die Reinigung wird üblicherweise mit Lösemitteln wie Ethanol oder Aceton vorgenommen. Es kann zwar in der Regel die erste Beschleunigungselektrode nach Öffnen des Ionenquellengehäuses ohne Ausbau der Ionenquelle gereinigt werden; aber selbst dann dauert die Reinigung mit Wiederherstellen eines guten Vakuums einige Stunden und erfordert nach Wiederinbetriebnahme des Massenspektrometers häufig eine Neujustierung und in der Regel eine komplette Neukalibrierung der Funktion für die Berechnung der Massen aus den Flugzeiten. Muss die Ionenquelle zum Reinigen ausgebaut werden, dauert das Verfahren noch länger und bedarf einer noch ausgiebigeren Justage.

In einem jüngeren Vorschlag (A. Holle, J. Franzen, DE 103 16 655.6) wird eine speziell konstruierte Reinigungsplatte in der genauen Form der Probenträgerplatte dazu verwendet, die erste Beschleunigungselektrode durch Abspritzen mit Lösungsmittel oder durch Abbürsten zu reinigen. Es wird aber nicht nur die erste Beschleunigungselektrode, sondern es werden auch weiter entfernt liegende Beschleunigungselektroden verschmutzt. Die weiter entfernt gelegenen Beschleunigungselektroden bleiben zwar viel länger unverschmutzt; für einen lang anhaltenden Betrieb im Hochdurchsatz ist aber auch eine Reinigung der weiter entfernten Beschleunigungselektroden notwendig.

Statt der Beschleunigungselektroden kann sich in dieser Art der Desorptions-Ionenquellen auch ein Bündel andersartiger Führungselektroden befinden. Die Beschleunigungs- oder Führungselektroden, die sich in einer Ionenquelle befinden, werden im Folgenden durch den Begriff der „Ionenquellenelektroden" zusammengefasst.

Es sind aber nicht nur MALDI-Ionenquellen zu reinigen. Das Reinigen der Ionenquellen ist in der Massenspektrometrie für alle Arten von internen Ionenquellen und alle Arten von Massenspektrometern ein Vorgang, der je nach Anwendung häufiger oder seltener, aber eigentlich immer regelmäßig durchgeführt werden muss. Das ist bei zunehmendem Gebrauch der Massenspektrometer in den Händen von Molekularbiologen oder Medizinern stets ein Vorgang, der durch Servicetechniker des Herstellers durchgeführt werden muss. Es ist daher nach einer Lösung zu suchen, wie diese Reinigung möglichst automatisiert ohne Öffnen des Massenspektrometers möglich ist und ohne Tätigkeiten, die eine besondere technische Geschicklichkeit erfordern.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Geräten und Verfahren, mit denen eine automatisierte Reinigung der Ionenquellenelektroden (nicht nur der ersten Beschleunigungselektrode) ohne Öffnen des Massenspektrometers, also ohne die Gefahr einer Dejustierung möglich ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Massenspektrometer nach Anspruch 11 gelöst. Günstige Ausformungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Die Erfindung besteht darin, dass die Umgebung der Ionenquelle im Massenspektrometer mit einem geeigneten Reaktantgas eines Druckes zwischen einem und 1000 Pascal befüllt wird und dass an die Ionenquellenelektroden oder an eigens angebrachte Hilfselektroden Spannungen angelegt werden, die in dem Reaktantgas durch eine selbständige Gasentladung ein so genanntes „kaltes", aber hoch reaktives Plasma erzeugen, das die Ionenquellenelektroden umgibt und ihre Verunreinigungen wegätzt. Es werden meist Hochfrequenzspannungen im Frequenzbereich von 5 bis 30 Megahertz (Kurzwellenbereich) und Spannungen von etwa drei bis zehn Kilovolt verwendet, vorzugsweise etwa fünf Kilovolt. Eine Frequenz von 13,57 Megahertz ist besonders günstig, da diese Frequenz nicht von Kommunikationsdiensten benutzt wird. Form und Anordnung der Ionenquellenelektroden innerhalb der Ionenquelle sind für den Zweck eines günstig geformten und gut reaktiven Plasmas geeignet zu gestalten.

Es entstehen im Plasma reaktive Ionen, die die organischen Verunreinigungen auf den Ionenquellenelektroden durch chemische Reaktionen, meist durch aggressive Oxidation, entfernen. Der Vorgang wird in anderen technischen Bereichen bereits angewendet und dort „reaktives Ionen-Ätzen" oder „Plasma-Ätzen" genannt (abgekürzt RIE = reactive ion etching). Nach dem Reinigungsvorgang, in dem die organischen Verunreinigungen zu gasförmigen Bestandteilen wie Kohlendioxid und Wasser zersetzt werden, wird die elektrische Spannung abgestellt und das Gas einschließlich der Verbrennungsgase aus den Verunreinigungen einfach abgepumpt.

Als Reaktantgas kann beispielsweise einfach und preiswert saubere (gefilterte und getrocknete) Luft verwendet werden, wobei die Sauerstoff-Ionen das reaktive Ionen-Ätzen übernehmen. Günstiger sind höhere Anteile an Sauerstoff, beispielsweise 95 % Sauerstoff, und Anteile an schwereren Gasen, beispielsweise 5 % Argon, um neben dem reaktiven Ionen-Ätzen auch in geringem Maße Ionenzerstäubung (Sputtering), also nichtreaktives Ionen-Ätzen zu erzeugen, das insbesondere dünne Oxidationsschichten auf den metallischen Ionenquellenelektroden wieder entfernt. Die Oxidationsschichten können aber auch durch die anschließende Erzeugung eines Wasserstoff-Plasmas durch Reduktion wieder entfernt werden.

Es ist günstig (aber nicht unbedingt erforderlich), wenn die Ionenquelle vakuumtechnisch vom übrigen Massenspektrometer getrennt werden kann, da dann nicht das ganzen Massenspektrometer mit Reaktantgas gefüllt zu werden braucht.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

zeigt eine Ausführungsform einer Ionenquelle für matrixunterstützte Laserdesorption, wobei sich vor der ein- und ausschleusbaren Probenträgerplatte (1) eine erste (3) und eine zweite Beschleunigungselektrode (4) befinden. Die Ionisierung der Probe (2) erfolgt durch den Laserstrahl (5), durch den Lichtstrahl (10) wird die Probe beleuchtet, damit sie von einer Videokamera (nicht gezeigt) abgebildet werden kann.

gibt die Vorbereitung zur Reinigung wieder, wobei eine besonders geformte Reinigungsplatte (11) statt der Probenträgerplatte (1) eingeschleust worden ist. Dadurch werden die Abstände um das Verschmutzungszentrum (12) der ersten Beschleunigungselektrode (3) herum zur Reinigungsplatte (11) und zur zweiten Beschleunigungselektrode (4) hin etwa gleich groß, was für die gleichmäßige Ausbildung eines Plasmas wichtig ist. Zur Reinigung wird beispielsweise eine Hochfrequenzspannung nur an die Beschleunigungselektrode (3) angelegt, alle anderen Elektroden sind geerdet. Die Isolatoren (13), die die erste Beschleunigungselektrode an der normalerweise geerdeten zweiten Beschleunigungselektrode befestigt, sind mit metallischen Hosen geschützt, deren Abstand voneinander so gering ist, dass dort keine Gasentladung zünden und aufrechterhalten werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf Verfahren wie auch auf Vorrichtungen zur Reinigung von Ionenquellenelektroden in Ionenquellen, die sich innerhalb eines Massenspektrometers befinden, insbesondere von Ionenquellenelektroden in Ionenquellen mit Laserdesorption.

Die Erfindung besteht darin, die Umgebung der Ionenquelle im Massenspektrometer mit einem geeigneten Reaktantgas eines Druckes zwischen einem und 1000 Pascal zu befüllen und an die Ionenquellenelektroden Spannungen anzulegen, die in dem Reaktantgas durch eine Glimmentladung ein Plasma erzeugen, das die Ionenquellenelektroden umgibt und reaktiv reinigt. Es ist günstig, die Ionenquelle für einen guten Zugriff des Plasmas besonders zu gestalteten. Die Größe der Plasmawolke lässt sich durch die Anordnung der Ionenquellenelektroden und durch den Druck des Reaktantgases weitgehend einstellen und begrenzen. Bei Drucken im Bereich von etwa einem Pascal bildet sich ein Plasma, das weitgehend die ganze Kammer erfüllt, die die Ionenquelle umgibt.

Bei etwas höheren Drucken zieht sich das Plasma auf die Umgebung der Ionenquelle zurück, wenn nur eine oder mehrere ihrer Elektroden mit der Hochfrequenzspannung versorgt werden. Für jeden Druck gibt es einen optimalen Abstand zwischen den Elektroden zur Ausbildung eines optimal reinigenden Plasmas. Es können daher in der Ionenquelle eigens angebrachte Hilfselektroden vorhanden sein, die eine günstige Form der Plasmawolke erzeugen. Es kann insbesondere eine Reinigungsplatte besonderer Form (11), die die äußere Umrissform einer normalen Probenträgerplatte (1) hat, als Hilfselektrode in das Massenspektrometer eingeschleust werden und dadurch günstige Abstände zwischen den Ionenquellenelektroden herstellen.

Für die Erzeugung der Gasentladung werden vorzugsweise Hochfrequenzwechselspannungen im Frequenzbereich von 5 bis 30 Megahertz mit Spannungen von etwa drei bis zehn Kilovolt verwendet. Besonders günstig ist eine Frequenz von 13,57 Megahertz, da dieser Frequenzbereich außerhalb der von Telekommunikationsdiensten und Rundfunkanstalten benutzten Frequenzbereiche liegt und für solche Verfahren zur Verfügung steht. Trotzdem muss das Massenspektrometer mit Hochfrequenzgenerator schon wegen der europäischen Sicherheitsrichtlinien gut abgeschirmt betrieben werden. Die relativ hohe Spannung bricht nach Zünden der Gasentladung zusammen und ist dann weitgehend vom Strom unabhängig. Das Plasma ist weitgehend neutral, das heißt, es sind etwa gleiche Dichten von positiven Ionen einerseits und negativen Ionen und Elektronen andererseits vorhanden. Da das Plasma leitet, herrscht im freien Plasma fast kein elektrisches Feld, die Potentialabfälle sind auf die Gebiete dicht vor den Elektroden beschränkt (Kathodenfall).

Die Spannung, die zur Erzeugung (zum Zünden) der Entladung notwendig ist, ist vom Druck des Reaktantgases abhängig, richtet sich aber zusätzlich nach den Abständen der Ionenquellenelektroden voneinander. Nach dem Zünden der Gasentladung bildet sich das Plasma aus, das mit einer viel geringeren Spannung erhalten wird. Das Plasma wird aber einerseits nur dann aufrecht erhalten, wenn die Ionen und vor allem die Elektronen innerhalb einer freien Weglänge so viel Energie aufnehmen können, dass ihre kinetische Energie bei Stößen ausreicht, um weitere Moleküle zu ionisieren. Andererseits muss der Abstand zwischen zwei Elektroden sehr viel größer sein als eine freie Weglänge, da sonst nicht genügend ionisierende Stöße stattfinden können. Ist der Abstand zwischen zwei Elektroden sehr klein, so kann bei gegebenem Gasdruck keine Gasentladung zünden. Es gibt optimale Abstände für die Ausbildung dichter Plasmen, dieser optimale Abstand ist vom Gasdruck abhängig.

Die Leistung des Hochfrequenzgenerators richtet sich nach der Größe der Ionenquelle und ihrer Elektroden; bei günstiger Anordnung der Ionenquellenelektroden und guter Zuführung der Leistung ohne größere Reflektionsverluste lässt sich für die Reinigung mit einer Generatorleistung von nur etwa fünf bis 20 Watt auskommen, wovon aber nur ein kleiner Teil für die Erzeugung des Plasmas dient. Ein weiterer Teil heizt die Elektroden auf. Ein Aufglühen der Ionenquellenelektroden ist zu vermeiden.

Als Reaktantgas werden in der Regel Gasmischungen verwendet, die Sauerstoff enthalten. Es entstehen dabei im kalten Plasma reaktive Sauerstoff-Ionen, die organische Verunreinigungen auf den metallischen Ionenquellenelektroden reaktiv durch aggressive Oxidation entfernen. Als Reaktantgas kann beispielsweise sehr kostengünstig einfach sauber gefilterte und getrocknete Luft verwendet werden. Die Filterung von normaler Raumluft kann durch ein Trocknungsfilter vorgenommen werden. Die Trocknung begünstigt und beschleunigt den anschließenden Abpumpungsvorgang, der umso schneller verläuft, je weniger Wassermoleküle auf den Oberflächen im Vakuumsystem abgelagert wurden.

Günstiger sind allerdings höhere Anteile an Sauerstoff in der Reaktantgasmischung, beispielsweise 95 % Sauerstoff. Der Reinigungsvorgang läuft dann deutlich schneller und ist in etwa zwei bis zehn Minuten abgeschlossen, bei geringer Verschmutzung in noch geringeren Zeiten. Nach dem Reinigungsvorgang, in dem die Verunreinigungen zu gasförmigen Bestandteilen zersetzt werden, wird die elektrische Spannung abgestellt, und das Gas einschließlich der zersetzten Verunreinigungen einfach abgepumpt. Das Abpumpen nimmt noch einmal etwa 10 Minuten in Anspruch, so dass der Reinigungsvorgang insgesamt nur höchstens 20 Minuten dauert.

Durch den hohen Anteil an Sauerstoff entstehen gelegentlich an einigen Stellen der Elektroden dünne Oxidationsschichten auf den metallischen Ionenquellenelektroden. Deswegen ist eine Zumischung eines schwereren Gases günstig, da hierdurch neben dem reaktiven Ionen-Ätzen auch in geringem Umfang Ionenzerstäubung (Sputtering) erzeugt wird, das weitgehend die Bildung von Oxidationsschichten verhindert. Als Sputtergas kann beispielsweise 5 % Argon zugemischt werden. Es ist auch möglich, nach dem Reinigungsvorgang mit Sauerstoff-Ionen für kurze Zeit ein Wasserstoff-Plasma zu erzeugen, das durch Reduktion die Oxidationsschichten wieder entfernt.

Es ist besonders günstig, wenn die Ionenquelle vakuumtechnisch vom übrigen Massenspektrometer getrennt werden kann, da dann nicht das ganze Massenspektrometer mit Reaktantgas gefüllt zu werden braucht. Wenn hier von einer Befüllung der Ionenquellenkammer mit Reaktantgas geschrieben wird, so ist es also vorteilhaft, wenn nur allein die Ionenquellenkammer begast wird. Das lässt sich erreichen, wenn die Ionenquellenkammer vom übrigen Massenspektrometer durch ein Ventil abgeschlossen werden kann. Ist das nicht der Fall, so muss das Reaktantgas in das gesamte Massenspektrometer eingelassen werden. Es ist dann besonders wichtig, das Plasma durch Formung der Ionenquellen- und Hilfselektroden und durch den Druck des Reaktantgases auf das enge Gebiet der Ionenquelle zu begrenzen.

Da die Ausbildung des Plasmas durch die Form und die Anordnung der Ionenquellenelektroden zueinander weitgehend gesteuert werden kann, ist es günstig, die Ionenquelle diesen Erfordernissen gemäß zu konstruieren. Dabei kann auch eine besonders geformte Reinigungsplatte in das Massenspektrometer eingeschleust werden.

zeigt eine Ionenquelle zur Ionisierung fester Proben (2) auf einer Probenträgerplatte (1) durch gepulste Laserdesorption (MALDI). Wie häufig üblich, besteht die Ionenquelle im Wesentlichen neben der auf Hochspannung liegenden Probenträgerplatte (1) aus nur zwei weiteren Elektroden, der ersten Beschleunigungselektrode (3) und der regelmäßig geerdeten zweiten Beschleunigungselektrode (4). Die erste Beschleunigungselektrode (3) hat häufig einen Abstand von nur wenigen Millimetern (beispielsweise drei Millimeter) von der Probenträgerplatte (1). Die zweite Beschleunigungselektrode (4) hat in der Regel einen größeren Abstand zur ersten Beschleunigungselektrode (3), beispielsweise zehn Millimeter. Soweit die Elektroden (3) und (4) nicht als metallische Gitternetze ausgebildet sind, haben sie mehrere Öffnungen zum Durchtritt des Ionenstrahls (8), des Laserstrahles (5), des Lichts einer Beleuchtungsanlage (10), und für die Beobachtung der Proben auf der Probenträgerplatte mit einer Videokamera (nicht in gezeigt, da diese Einrichtung außerhalb der Bildebene liegt).

Die erste Beschleunigungselektrode (3) ist mit Isolatoren (13) an der zweiten, geerdeten Beschleunigungselektrode (4) befestigt. Damit diese Isolatoren, die gewöhnlich aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyimid, bestehen, nicht durch den Reinigungsvorgang angegriffen werden können, sind sie mit metallischen Hosen geschützt, wobei die metallischen Hosen recht eng, aber nicht berührend, anliegen, um keine Gasentladung im Inneren zuzulassen. Die Hosen schützen auch vor einer Bedampfung mit zerstäubtem Metall.

Im analytischen Betrieb wird die Probe (2) auf der Probenträgerplatte (1) durch einen gepulsten Laserlichtstrahl (5) beschossen, wobei der Laserlichtstrahl durch eine Linse (6) fokussiert und durch einen Spiegel (7) auf die Probe (2) gelenkt wird. Der Lichtstrahl (10) einer Beleuchtungseinrichtung wird über den Spiegel (9) auf die Probe (2) gelenkt. Die beleuchtete Probe (2) kann durch eine Videokamera, die sich außerhalb der Bildebene befindet, beobachtet werden. Im Laserlichtschuss entsteht in der Probe (2) ein Verdampfungsplasma, dessen Ionen nach kurzer Ausbreitungszeit durch eine geschaltete Spannungsdifferenz zur ersten Beschleunigungselektrode (3) abgesaugt werden und zu einem Ionenstrahl (8) geformt werden können.

Nach der Analyse von einigen tausend Proben, die einige hunderttausend Laserschüsse erfordern, treten im Verunreinigungsgebiet (12) der ersten Beschleunigungselektrode (3), in geringerem Maße auch auf der zweiten Beschleunigungselektrode (4) Verunreinigungen aus verdampftem oder verspritztem Matrixmaterial der Proben auf. Diese Verunreinigungen sind elektrisch isolierend, sie laden sich daher elektrisch auf und stören die elektrischen Beschleunigungsfelder. Sie müssen daher beseitigt werden.

In ist die Konstellation der Ionenquelle in Vorbereitung auf den automatisierten Reinigungsvorgang zu sehen. Statt einer Probenträgerplatte (1) ist jetzt eine Reinigungsplatte (11) mit besonderer Form in das Massenspektrometer eingeschleust worden. Diese stellt einen Abstand zur erstem Beschleunigungselektrode (3) her, der dem Abstand zwischen den beiden Elektroden (3) und (4) gleicht. Dadurch sind gleiche Brennbedingungen für Gasentladungen zwischen Reinigungsplatte (11), erster Beschleunigungselektrode (3) und zweiter Beschleunigungselektrode (4) gegeben.

Dem Einschleusen der Reinigungsplatte (11) folgt der Einlass des Reaktantgases durch das Öffnen eines Ventils zwischen Vorratsbehälter und Ionenquellengehäuse. Eine Drossel in der Zuleitung sorgt für einen kontrollierten Einstrom, der in Verbindung mit der Saugleistung der Vakuumpumpe den gewünschten Druck des Reaktantgases in der Ionenquellenkammer herstellt. Der optimale Druck ist einmalig festzustellen und kann dann stets beibehalten werden.

Zur Reinigung der Ionenquellenelektroden in der Anordnung nach braucht nur eine Phase der Hochfrequenzspannung verwendet werden. Diese wird an die Beschleunigungselektrode (3) angeschlossen. Die Spannungszuführung braucht besondere Beachtung, damit nicht der größte Teil der Hochfrequenzleistung einfach reflektiert wieder zum Generator zurückgeleitet wird. Es ist günstig, ein Koaxialkabel geeigneten Widerstandes und einen kapazitiv richtigen Abschluss zu wählen. Auch hierfür ist die Ausformung der Reinigungsplatte wichtig. Eine dreieckig ausgeformte Spannungszuführung zur Beschleunigungselektrode (3) kann helfen, Reflektionen der Hochfrequenzspannung zu vermeiden.

Selbstverständlich können für die Ausformung der Ionenquelle und ihrer Elektroden auch ganz andere Gesichtspunkte maßgebend sein. Außerdem sind weitere Regeln im Umgang mit elektrisch erzeugten Plasmen zu beachten. Beispielsweise sollten in den Ionenquellenelektroden keine größeren Sacklöcher sein, da sich in ihnen eigenständig brennende Glimmentladungen ausbilden können (Hohlraumkathodenentladungen).

Auch die Isolatorsäulen, die die Ionenquellenelektroden tragen, sind in besonderer Weise zu schützen. Sind die Isolatoren aus Keramik, so sind sie gegen Bedampfung mit leitendem Material aus der Kathodenzerstäubung und gegen Ablagerung von Kohlenstoffschichten zu schützen, die manchmal im Plasma entstehen. Sind sie aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyimid, so sind sie gegen den Angriff der Reaktantgas-Ionen zu schützen. Beides gelingt durch den weitgehenden Einschluss der Isolationssäulen beidseitig in metallische Hosen, die die Isolatorsäulen in geringem Abstand umgeben. Im Inneren der Hosen herrscht kein elektrisches Feld und es wird dort aktiv kein Plasma erzeugt, wenn auch immer noch reaktive Ionen in geringem Maße eindringen können. Die Hosen sollten sich bis auf einen Abstand nähern, der unterhalb der minimalen Zünd- und Brennweite für Gasentladungen liegt.

Der Reinigungsvorgang wird über ein Reinigungssteuerprogramm gesteuert. Dieses kann vom Benutzer des Massenspektrometers gestartet werden. Es kann aber auch automatisch gestartet werden, beispielsweise über die Information in einem Transponder, der in der Reinigungsplatte enthalten ist und von einer Lesestation des Massenspektrometers gelesen werden kann. Damit wird es möglich, die Reinigungsplatten zusammen mit normalen Probenträgerplatten zu stapeln und durch Zuführungsroboter innerhalb einer Serie von Probenträgerplatten dem Massenspektrometer automatisch zuführen zu lassen. Es lassen sich also nach der Analyse einer vorgegebenen Anzahl von Probenträgerplatten (die beispielsweise je 384 oder 1536 Proben enthalten) jeweils Reinigungen der Ionenquellenelektroden automatisch durchführen, beispielsweise in Hochdurchsatzanalysenläufen, die über ein Wochenende durchlaufen.

Die besonderen Reinigungsplatten können für diesen Zweck einen maschinenlesbaren Erkennungscode, beispielsweise durch einen Transponder oder einen aufgedruckten Barcode, enthalten, wie er auch in normalen Probenträgern enthalten sein kann. Es ist dann möglich, den Informationsinhalt des Codes in einer Lesestation des Massenspektrometers zu lesen. Auf Grund dieser Information kann das Steuerprogramm des Massenspektrometers dann ein spezielles Reinigungsteuerprogramm aufrufen und ausführen. Es wird also automatisch Reaktantgas des richtigen Drucks eingelassen, es wird die Hochfrequenzspannung zur Zündung und dann Aufrechterhaltung der Gasentladung eingeschaltet und nach vorgegebener Zeit ausgeschaltet, es wird schließlich nach Abstellen der Zuführung des Reaktantgases die Ionenquellenkammer wieder abgepumpt.

Die Reinigungsplatten können auch einen oder mehrere bewegliche oder unbewegliche ebene oder gekrümmte Spiegel enthalten, die für eine Überprüfung der Reinigungseffektes durch das Videosystem des Massenspektrometers genutzt werden können. Die Bilder der Ionenquellenelektroden können für spätere Überprüfungen gespeichert werden.

Die Überprüfung kann bei manuell gestarteter Reinigung visuell durch den Betreiber vorgenommen werden, wobei das Bild auf dem Bildschirm untersucht wird. Es ist aber auch möglich, eine automatische Überprüfung durch ein Bildauswertungsprogramm vornehmen zu lassen. Insbesondere ist es dann möglich, die Reinigung durch Bilder zu dokumentieren.


Anspruch[de]
Verfahren zur Reinigung der Ionenquellenelektroden in einem Massenspektrometer, dadurch gekennzeichnet,

– dass in die Umgebung der Ionenquellenelektroden ein Reaktantgas eingelassen wird, und

– dass an mindestens eine der Ionenquellenelektroden eine elektrische Spannung angelegt wird, die eine Gasentladung im Reaktantgas erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Spannung eine hochfrequente Wechselspannung ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Wechselspannung mit einer Frequenz von 13,57 Megahertz verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktantgas auf einem vorgewählten Druck zwischen 1 und 1000 Pascal gehalten wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktantgas Sauerstoff enthält, dessen Ionen reaktiv zersetzend auf organische Materialien wirken. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktantgas Anteile eines schweren Gases enthält, dessen Ionen durch Ionenzerstäubung wirken. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Ionenquellenelektroden eine besondere Reinigungsplatte eingefahren wird, deren Form zur Ausbildung der Gasentladung beiträgt. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsplatte auch einen maschinenlesbaren Code enthält, der vom Massenspektrometer gelesen werden kann. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Code zum automatischen Start des Reinigungsverfahrens verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Überprüfung des Reinigungserfolges mit dem Videosystem des Massenspektrometers vorgenommen wird. Massenspektrometer mit einer Einrichtung zur Reinigung der Ionenquellenelektroden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Einlass eines Reaktantgases in die Umgebung der Ionenquellenelektroden und eine Spannungsversorgung zur elektrischen Erzeugung einer Gasentladung vorhanden ist.






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