CN112074927A - 用于粒子的质谱分析的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于粒子的质谱分析的装置和对应的方法，所述装置包括：第一辐照单元(4)，所述第一辐照单元(4)被配置为利用电磁辐射辐照粒子(1)以使粒子(1)的成分从粒子(1)分离，特别是解吸、消融和/或蒸发，粒子(1)的分离的成分(2)位于粒子(1)的残留芯(3)的附近；第二辐照单元(14‑16、19)，所述第二辐照单元(14‑16、19)被配置为基本上同时地利用电磁辐射的第一射束(17)辐照i)分离的成分(2)的至少一部分、以及可选地粒子(1)的残留芯(3)，以引起分离的成分(2)的至少一部分的电离，并且利用电磁辐射的第二射束(18)辐照ii)粒子(1)的残留芯(3)的至少一部分，以引起粒子(1)的残留芯(3)的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束(17)表现出第一强度，电磁辐射的第二射束(18)表现出第二强度，第二强度优选地大于第一强度；以及质谱仪，所述质谱仪包括离子源区域(5)、第一检测通道(6)、以及可选地第二检测通道(9)，离子源区域(5)被配置为容纳分离的成分(2)和/或残留芯(3)的成分的正离子(+)和/或负离子(‑)，第一检测通道(6)被配置为检测正离子(+)，第二检测通道(9)被配置为检测负离子(‑)。

Description

用于粒子的质谱分析的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于粒子的质谱分析的装置和对应的方法。

背景技术

单个气载粒子的在线研究表示气溶胶化学中的要求高的挑战。帮助揭开地球气候中的周围环境的气溶胶的作用并且评定来自空气污染的局部的和特定的健康风险的新的技术是高度期望的。特别相关的是多环芳烃(PAH)和它们的来自燃烧过程的、氧-PAH和硝基-PAH的形式的衍生物，这些衍生物与急性健康影响和长期健康影响这二者相关联。此外，含有(过渡)金属的粒子(铁、钒、镍铅等)已知诱导严重的健康影响。这些粒子类的在线测量通常用单粒子质谱法(SP-MS或气溶胶飞行时间质谱法，ATOF-MS)来实现，SP-MS或ATOF-MS也揭示了粒子系综中的物质的混合状态。

通常，SP-MS在质谱仪中应用激光解吸/电离(LDI)，从而通过正离子和负离子这二者的检测来揭示元素组成和有限的分子信息。用于从单个的粒子检测PAH的方法已经被开发，但是使得可以进行粒子分类和源解析的来自LDI的元素信息在这种情况下丧失。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于粒子的质谱分析的增强型装置和方法，该装置和方法特别是揭示了关于单个的粒子的构成的增强的信息。

以上目的通过根据独立权利要求和/或本文中指定的方面的用于粒子的质谱分析的装置和方法来实现。

根据本发明的第一方面，一种用于粒子的质谱分析的装置包括：第一辐照单元，所述第一辐照单元被配置为利用电磁辐射辐照粒子以使粒子的成分从粒子分离，特别是解吸、消融和/或蒸发，粒子的分离的成分位于粒子的残留芯的附近；第二辐照单元，所述第二辐照单元被配置为基本上同时地i)利用电磁辐射的第一射束辐照分离的成分的至少一部分、以及可选地粒子的残留芯，以引起分离的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束表现出第一强度；并且ii)利用电磁辐射的第二射束辐照粒子的残留芯的至少一部分，以引起粒子的残留芯的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第二射束表现出第二强度，第二强度优选地大于第一强度。所述装置进一步包括质谱仪，所述质谱仪包括离子源区域、第一检测通道、以及可选地第二检测通道，所述离子源区域被配置为容纳分离的成分和/或残留芯的成分的正离子以及可选地负离子，所述第一检测通道被配置为检测正离子，所述第二检测通道被配置为检测负离子。优选地，第一检测通道和第二检测通道被布置在离子源区域的相对侧。

根据本发明的第二方面，一种用于粒子的质谱分析的方法包括以下步骤：

a)利用电磁辐射辐照粒子以使粒子的成分从粒子分离，特别是解吸，粒子的分离的成分位于粒子的残留芯的附近；

b)基本上同时地：i)利用电磁辐射的第一射束辐照分离的成分的至少一部分、以及可选地粒子的残留芯，以引起分离的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束表现出第一强度；并且ii)利用电磁辐射的第二射束辐照粒子的残留芯的至少一部分，以引起粒子的残留芯的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第二射束表现出第二强度，第二强度优选地大于第一强度，其中分离的成分和/或残留芯的成分的正离子以及可选地负离子被容纳在离子源区域中；并且

c)通过第一检测通道检测正离子，并且可选地通过第二检测通道检测负离子。优选地，第一检测通道和第二检测通道被布置在离子源区域的相对侧。

本发明的以上方面是基于以下方法，该方法使粒子的成分从粒子分离(例如，借助于使用红外辐射的激光解吸，或者通过使用不同的激光类型(包括超短脉冲)的消融)，随后通过以下方式来电离粒子的分离的成分和残留粒子芯的成分，即，利用辐射(优选地，UV辐射)的第一射束辐照分离的成分的云或羽流的至少一部分，可选地还有残留粒子芯，并且利用辐射(优选地，UV辐射)的第二射束辐照残留粒子芯的至少一部分，第二射束具有优选地高于第一射束的强度。优选地，第二射束的强度比第一射束的强度高得多，例如，至少2、5、10、20或50倍，和/或第一射束的直径比第二射束的直径大得多。例如，第一射束可以是撞击在分离的粒子和粒子芯这二者上的平行射束，而第二射束可以是主要仅撞击在粒子芯上的窄的会聚和/或聚焦的射束。优选地，利用辐射的第一射束辐照粒子的分离的成分并且辐照同一粒子的残留粒子芯同时地或者基本上同时地发生。因此，粒子的分离的成分和残留粒子芯的成分被同时地或基本上同时地电离。结果，粒子的分离的成分和粒子芯的成分的正离子和/或负离子在质谱仪的离子源区域处同时地或基本上同时地存在。粒子的分离的成分和粒子芯的成分的正离子由质谱仪的第一检测通道检测。可选地，粒子的分离的成分和粒子芯的成分的负离子由质谱仪的第二检测通道检测，其中第一检测通道和第二检测通道优选地被安置在离子源的相对侧。

例如，在粒子成分的光学解吸或消融之后，两种不同的电离机制在向粒子芯和残留粒子芯周围的解吸云或羽流这二者施加不同强度和/或不同射束轮廓的电离UV辐射期间同时发生。优选地，如下对射束轮廓进行空间调整：足够强度和248nm(或266nm)的波长的平行射束撞击在在中心中包含PAH和耐火的粒子芯的解吸云上。它选择性地电离包含的PAH，这些PAH在质谱仪的正飞行管(第一检测通道)中被检测。所述平行射束例如通过离子源后面的聚焦镜，被叠加强得多的、例如共线的射束，优选地，来自同一激光源。“芯射束”击中粒子核(粒子的残留芯)，并且同时地或者在短的时间段内，优选地在与两个射束之间的光行进时间差相对应的小于1ns内，引起激光解吸和电离(LDI)。所得的正质谱因此显示出例如低质量的无机物质和更高质量范围内的PAH，而负谱显示出例如无机物质。

本文中描述的方法的特别有利的特征是，经由UV激光器(一个或多个)的特殊的强度和/或射束轮廓，解吸步骤中生成的云不仅被具有较大的直径和较低的强度、并且引起分离的成分的共振电离、特别是共振增强的多光子电离(REMPI)的第一射束辐照，而且还被具有较小的直径和较高的强度的第二射束、在相当小的体积中、即，在残留粒子芯处辐照，由此，还发生粒子的进一步的有机组分的非共振电离。由于强度较高，这可以导致相当大的碎片化，该碎片化得到具有不能主要地被分配给唯一的物质的许多附加的峰的质谱。然而，除了有机物质的存在和它们的质量的近似的分布的直接的指示之外，通常存在表示某些分子类的特有的碎片图案。在负谱中，这些峰不是太结构化，并且可以与低聚物相关联。也就是说，除了PAH和粒子的元素组成的可靠的且详细的证明之外，所述方法还提供关于进一步的有机物的信息。

总而言之，本发明提供一种用于粒子的质谱分析的增强型装置和方法，该装置和方法特别是揭示了关于单个的粒子的组成的增强的和/或更详细的且可靠的信息。

替代用第二射束仅引起粒子的残留芯的成分的一部分的电离，使用高脉冲能量的激光产生第二射束的、整个残留粒子芯的整个瓦解和电离是可能的。虽然较轻的和/或易挥发的物质用第一射束电离，但是芯附近的较重的物质用第二射束电离。

替代IR解吸，或者除了IR解吸之外，使用超短光学脉冲的以下过程中的至少一个对于使粒子的成分从粒子、特别是粒子的表面分离是优选的：在排斥大块物体的同时使成分从粒子表面针对性地解吸、光学消融、针对性地表面破裂以使大块物体材料释放到羽流中以用于对它们进行排他性的MS分析。

替代LDI，或者除了LDI之外，将被分析的粒子可以被提供或者被涂布基质物质以用于进行基质辅助的LDI(MALDI)，从而提高所述方法的灵敏性和/或选择性和/或覆盖范围。具体地说，如2,5-二羟基苯甲酸(DHB)的芳香基质物质可以在REMPI过程内被电离，从而对粒子MALDI电离提供独立的信息通道，这二者都利用目前发明中公开的对于羽流和残留物的针对性光学激励方案。

更优选的是，本文中公开的方法还可以被用于如以下示例性地提及的那样分析生物气溶胶(细菌、病毒、孢子、花粉、真核细胞)：

(a)细胞壁/细胞膜的表面开裂/破裂以电离细胞内部并且对细胞内部进行MS分析，例如，用于识别花粉或孢子。

(b)使细胞表面成分针对性地解吸/消融，随后使用所描述的方法对它们进行电离和MS分析。

(c)作为附加方法应用流式细胞术以用该方法分析单个的细胞。

更优选的是使用本文中公开的方法来测量单个的粒子的内表面或吸附容量。为了该目的，在加热的细胞中剥光粒子，以使得挥发性的物质蒸发。随后，引导粒子通过吸附细胞，在吸附细胞中，芳香物质被吸附，例如，吸附在单层中。后者可以通过本文中公开的方法，经由REMPI被电离和量化，同时粒子残留物也被分析，使得可以经由LDI对粒子的吸附容量及其耐火组成得出结论。

在上述优选配置中，有利地，只需要一个电离激光器。可替代地，可以提供两个电离激光器用来产生电离辐射的两个不同的射束。

因此优选的是，第二辐照单元包括第一辐照源、特别是第一激光源、以及第二辐照源、特别是第二激光源，第一辐照源被配置为产生电磁辐射的第一射束，第二辐照源被配置为产生电磁辐射的第二射束。优选地，第一辐照源被配置为产生第一波长的或第一波长范围内的电磁辐射，第二辐射源被配置为产生第二波长的或第二波长范围内的电磁辐射，其中第一波长大于第二波长，和/或第一波长范围位于比第二波长范围高的波长处。提供两个辐照源、而不是仅一个用来产生第一射束和第二射束使得可以利用不同能量(波长的辐射)一方面辐照分离的成分、另一方面辐照残留粒子芯，以使得通过选择不同的能量或波长，可以实现粒子的分离的成分和/或残留粒子的成分的更特定的电离。结果，可以揭示关于单个的粒子的组成的更增强的和/或特定的信息。

根据又一优选实施例，第二辐照单元包括辐照源、特别是单个激光源、以及光学元件，所述辐照源被配置为产生电磁辐射的第一射束，所述光学元件被配置为产生电磁辐射的第二射束。优选地，电磁辐射的第一射束是基本上平行的射束。可替代地或另外地，所述光学元件优选地是被配置为通过使第一射束的至少一部分聚焦来产生电磁辐射的第二射束的聚焦光学元件。更优选的是，第二辐照单元被布置为使得电磁辐射的第一射束撞击在分离的成分和/或粒子的残留芯的第一侧，并且所述光学元件包括聚焦镜，所述聚焦镜安置在分离的成分和/或粒子的残留芯的第二侧，其中第二侧与第一侧相对。前述优选的实施例单独地或组合地进一步有助于以简单的且可靠的方式揭示关于单个的粒子的组成的增强的和/或更详细的且可靠的信息。

优选地，第二辐照单元被配置为使得利用第一射束辐照分离的成分以及可选地粒子的残留芯与利用第二射束辐照粒子的残留芯之间的时间差小于20ns，优选地小于5ns，特别是小于1ns。这样，实现利用不同强度、可选地不同波长的射束基本上同时地辐照和/或电离一方面云或羽流中包含的分离的成分、另一方面粒子的残留芯。

更优选的是，电磁辐射的第一射束被配置为引起分离的成分的至少一部分的共振电离，和/或电磁辐射的第二射束被配置为引起粒子的残留芯的成分的至少一部分的非共振电离。优选地，共振电离对应于共振增强的多光子电离(REMPI)，REMPI对于气溶胶物质是特别敏感和具有选择性的，并且可以例如由Nd:YAG激光器(266nm)的四次谐波或者由KrF-Excimer激光脉冲(248nm)诱导。其他激光器和波长(包括单波长和可调谐激光器)可以被用于该目的，例如，光学参数化振荡器、光学参数化放大器、染料激光器、以及用于产生超短激光脉冲的飞秒(fs)激光器。

根据另一优选实施例，第一检测通道被配置为以第一检测灵敏度检测正离子，和/或第二检测通道被配置为以第二检测灵敏度检测负离子，并且其中所述装置进一步包括控制单元，所述控制单元被配置为分别根据正离子或负离子的质量或质荷比来控制第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度。这样，特定的离子(例如，PAH的离子、和/或可以引起更低的检测信号(检测灵敏度没有改动)的进一步的有机成分的离子)可以被以比其他离子(例如，主要由第二射束、优选地经由LDI产生、并且将引起更高的检测信号(检测灵敏度没有改动)的无机成分的离子)高的灵敏度检测。

优选地，所述控制单元被配置为在粒子的分离的成分的离子和/或粒子的残留芯的成分的离子被第一检测通道和/或第二检测通道检测的同时、改变第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度。优选地，根据正离子或负离子从离子源区域、经由正飞行管或负飞行管行进到质谱仪的正离子或负离子检测器所需的飞行时间(TOF)来改变第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度。具体地说，可以通过利用时间快速地改变或调制相应的飞行管的透过率来改变相应的检测通道的灵敏度。因为离子的飞行时间取决于离子的质量，所以检测灵敏度取决于检测的离子的质量。这样，即使在离子中的一些(例如，由第二射束产生的离子)将引起比离子的另一部分(例如，由第一射束产生的离子)强得多的检测信号的情况下，正通道或负通道也可以分别以高准确度和可靠性检测由辐射的第一射束和第二射束这二者产生的正离子或负离子。

优选地，质谱仪包括被配置为检测和/或分析检测的离子的TOF的TOF传感器，特别是高分辨率TOF(HR-TOF)传感器。

可替代地，质谱仪可以包括例如来自

的离子阱质量分析器，该离子阱质量分析器包括外部筒状电极和在围绕主轴的轨道运动中捕集离子的同轴内部轴状电极。来自捕集的离子的图像电流被检测，并且通过使用频率信号的傅里叶变换而被转换为质谱。

可替代地或另外地，所述控制单元被配置为：当离子表现出第一质量或质荷比值或范围时，将第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度设置为至少一个第一灵敏度值，并且当离子表现出大于第一质量或质荷比值或范围的第二质量或质荷比值或范围时，将第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度设置为高于第一灵敏度值的至少一个第二灵敏度值。这样，由第二射束、优选地经由LDI产生的并且具有较小的质量或质荷比(优选地小于100)的较轻的离子被以较低的灵敏度检测，而具有较大的质量或质荷比(优选地大于100)的较重的离子被以较高的灵敏度检测。也就是说，通过在正离子或负离子通过飞行管的同时、改变或调制正飞行管和/或负飞行管的传输，可以改动用于不同质量值和/或质荷比的离子的相应的检测通道的灵敏度。

例如，优选地在正飞行管和/或负飞行管中提供质量过滤器，优选地，所谓的Badbury-Nielsen门，该质量过滤器对于较轻的离子，表现出较低的透过率，对于较重的离子，表现出更高的透过率。可替代地或另外地，对施加于飞行管和/或检测通道中的偏转离子光学器件处的电压进行调制，优选地借助于快速高压开关。

优选地，本文中公开的本发明的优选方面使得可以通过空间上和/或时间上改动的激光解吸和电离来对单个的粒子进行质谱表征，所述质谱表征提供i)共振电离的气溶胶物质的质谱，ii)来自更高强度的子射束中的非共振电离的、耐火物质和无机物质的正离子的质谱，以及iii)耐火物质和无机物质的负离子的质谱。另外，可以检测许多其他的离子，这些离子来源于两个部分射束(即，第一射束和第二射束)的强度的转变区域，并且可以要么通过具有较低的相互作用截面(诸如PAH的衍生物和其他有机物质)的(共振)电离产生，要么表示碎片。就高无机含量粒子(例如，二次有机气溶胶SOA)来说，形成具有许多峰的非常复杂的质谱。具体地说，较轻的质量可以被非常明确地分配给无机成分，因为有意义的分子组成(例如，对于Na+，质荷比m/z＝23，或者对于Ca+，m/z＝40)、或者某些系列(例如，对于来自碳黑的碳簇，m/z＝12、24、36、48等)、或者同位素组成(例如，在铁同位素占某个比率时，m/z＝54、56)是不可能的。PAH就它们来说总是以确定的更高的质量的同源系列出现(m_PAH＝178、189、202、228、252等)，因此也可以被非常明确地分配。

然而，情况是不同的，可以从进一步的质量，特别是从质量m/z≈100获得许多的峰。对于一些粒子，可以看到低于m/z≈40…120的范围内的典型的碎片图案，因为它们典型地用于对于一些分子类进行高度碎片化。然而，因为自然的气溶胶通常由许多不同的物质组成，并且利用本文中公开的方法，较重的分子离子频繁地被观察到，所以需要智能的图案辨识和评估策略。

例如，作为从质谱中的无法分配的信号获得的附加信息，它们的分布提供出现的最大分子重量的近似测度，因此低挥发性化合物和低聚物的出现。

根据优选的实施例，第一检测通道被配置为记录检测到的正离子的第一质谱，第二检测通道被配置为记录检测到的负离子的第二质谱，并且其中所述装置进一步包括处理单元，所述处理单元被配置为：i)执行第一质谱的傅里叶变换以获得第一傅里叶谱、和/或执行第二质谱的傅里叶变换以获得第二傅里叶谱；ii)识别第一傅里叶谱的一个或多个分量的一个或多个第一振幅、和/或第二傅里叶谱的一个或多个分量的一个或多个振幅；并且iii)基于所述一个或多个第一振幅和/或一个或多个第二振幅来推导关于粒子的一个或多个成分的身份和/或物质类和/或量、特别是相对量的信息。优选地，所述处理单元被配置为基于两个第一振幅之间的关系、优选地两个第一振幅的比率、和/或两个第二振幅之间的关系、优选地两个第二振幅的比率、和/或第一振幅和第二振幅之间的关系、优选地第一振幅和第二振幅的比率来推导关于粒子的两个成分的量、特别是相对量的信息。这些实施例组合地或单独地进一步有助于如下将更详细地说明的那样揭示关于单个的粒子的组成的增强的信息。

通过执行正质谱和/或负质谱的傅里叶变换，可以识别质谱中的峰的规律的出现，例如，由同源系列(例如，烷烃、烯烃等)导致的成14m/z的节律的规律的峰、以及由于附加的(或分拆的)CH₂组(一个或多个)而导致的它们的碎片图案。傅里叶谱以简单的且快速的方式揭示某些有节律的图案的振幅。

与具有14m/z节律的许多的有机化合物和碎片、以及具有附加的16m/z节律的富含氧的系列相反，对于多环芳烃，在激光电离之后，发现显著的12m/z节律。

用于12m/z节律的另一可能的源是碳簇，不过，碳簇在它们的分布上明显不同，并且也以相当少的质量出现。有机物质和每个具有碳原子质量差的碳簇的化合物可以被排除，因为在这种情况下，对于同一粒子，质量为12的自由碳原子将出现。然而，这是非常罕见的，并且只有在碳黑基质显著时，情况才如此。

PAH的12m/z规律性也适用于它们的衍生物(例如，氧化物)，该规律性在数学上表现为m_PAH+x的线性组合，并且促成通过本文中公开的方法生成的质谱。

因为优选地通过激光电离不形成PAH的负离子，所以在负离子的质谱中，由有机分子离子和碎片导致的14m/z节律是普遍存在的。

优选地，在正离子的谱中，12和14(及其他)m/z节律的振幅比可以被用作气溶胶物质的相对比例的测度。

令人惊讶的是，前述方法不仅对于可容易识别的纯的多环芳烃奏效，而且对于它们的全部的仅通过其质量不可识别为单个的物质的衍生物都奏效。这里，高度氧化或烷基化导致整个图案移位和调制，同时保持12m/z规律性。

总而言之，对粒子或其他组成的单个质谱应用傅里叶变换使得可以识别粒子内的不同分子类的比例和/或估计(多环)芳烃物质的比例，而不需要准确地获悉它们的准确的组成和分布。这样，可以估定单个的粒子上的PAH和它们的衍生物的分布，并且可以更好地确定它们在二次气溶胶的形成中的重要性和它们对于空气污染的健康影响的贡献。

可替代地，本发明的以上目的通过根据本发明的第三方面和第四方面的用于粒子的质谱分析的装置和方法来实现。

根据本发明的第三方面的用于粒子的质谱分析的装置包括：第一辐照单元，所述第一辐照单元被配置为利用电磁辐射辐照粒子以使粒子的成分从粒子分离，粒子的分离的成分位于粒子的残留芯的附近；第二辐照单元，所述第二辐照单元被配置为基本上同时地或连续地i)利用电磁辐射的第一射束辐照分离的成分的至少一部分、以及可选地粒子的残留芯，以引起分离的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束表现出第一强度；并且ii)利用电磁辐射的第二射束辐照粒子的残留芯的至少一部分，以引起粒子的残留芯的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第二射束表现出第二强度，第二强度大于第一强度；以及质谱仪，所述质谱仪包括离子源区域、第一检测通道和第二检测通道，所述离子源区域被配置为容纳分离的成分和/或残留芯的成分的正离子和/或负离子，所述第一检测通道被操作和/或配置为检测通过用第一射束电离分离的成分而产生的正离子，所述第二检测通道被操作和/或配置为检测通过用第二射束电离粒子的残留芯的成分而产生的正离子，第一检测通道和第二检测通道被布置在离子源区域的相对侧。

根据本发明的第四方面的用于粒子的质谱分析的方法包括以下步骤：

a)利用电磁辐射辐照粒子以使粒子的成分从粒子分离，粒子的分离的成分位于粒子的残留芯的附近；

b)基本上同时地或连续地i)利用电磁辐射的第一射束辐照分离的成分的至少一部分、以及可选地粒子的残留芯，以引起分离的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束表现出第一强度；并且ii)利用电磁辐射的第二射束辐照粒子的残留芯的至少一部分，以引起粒子的残留芯的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第二射束表现出第二强度，第二强度大于第一强度，其中分离的成分和/或残留芯的成分的正离子和/或负离子被容纳在离子源区域中；并且

c)第一检测通道检测通过用第一射束电离分离的成分而产生的正离子，并且第二检测通道检测通过用第二射束电离粒子的残留芯的成分而产生的负离子，第一检测通道和第二检测通道被布置在离子源区域的相对侧。

根据第三方面和第四方面的优选实施例，质谱仪包括两个相对的飞行管，其中飞行管中的一个具有用于组合的LDI⁺/LDI^-测量的可更换的极性。优选地，所述装置配备有测速尺寸制定单元，所述测速尺寸制定单元包括两个连续波(cw)Nd:YAG激光器(532nm)和光电倍增器(PMT)来检测粒子的Mie散射信号。电子装置提供解吸激光器(第一辐照单元)和电离激光器(第二辐照单元)的实时触发，并且将单个粒子速度记录为尺寸制定信息。优选地，粒子通过空气动力学透镜系统被引入在0.1升/分钟气体流内。用于对应的波长的三对激光视口给予进入电离区域的光学通路。脉冲式CO₂激光器被应用于通过强烈的IR辐射(10.6μm)的高效的解吸，而准分子激光器提供用于随后进行羽流(第一射束)的REMPI和残留芯(第二射束)的LDI的UV脉冲。可以仅适度地使相应的射束聚焦，以便在与粒子的相互作用中实现大的焦点区域，从而高的击中率。

优选地，第三方面和第四方面是基于以下的一般方法，即，从两个电离过程(分别由第一射束和第二射束引起)分离正(分子)离子，并且将它们分别分配给一个飞行管(LD-REMPI)或另一个飞行管(LDI⁺)。因此，两个管在正模式下被操作，其中引出电极的极性在两个电离过程之间，通过使用快速高压开关(例如，型号HTS31-03-GSM，上升时间<20ns，Behlke GmbH)而被反过来。

更具体地说，在自从通过尺寸制定单元以后过去的、尺寸相关的飞行时间t_ptof，粒子到达质谱仪的离子源区域。当靠近引出区域时，10.6μm IR脉冲击中它以用于激光解吸。所产生的羽流以取决于粒子尺寸、激光强度和能量摄入的特定的速率扩张。同时，它进一步行进，保持其初始速度。在引出区域中，248nm UV脉冲(第一射束)击中羽流，并且选择性地电离PAH，这些PAH立即被引出到(正的)第一飞行管中。LD和REMPI脉冲之间的7±3μs的延迟对于最佳的PAH灵敏度是优选的，反映了相应的解吸激光强度处的羽流扩张动态。用于从离子源引出PAH的引出时间优选地约为1μs。因此，用于场反转的开关优选地在REMPI脉冲之后被触发1.5μs。用于LDI的最终的193nm脉冲(第二射束)在场反转完成之后立即射出。现在耐火物质在相对的飞行管中被电离和分析。自从REMPI电离之后，大约2μs已经过去，比通过离子源区域的例如2mm长的引出通道的典型的粒子行进时间短的时间段。记录两个TOF谱和来自尺寸制定/触发单元的用于每个单个粒子的t_ptof时间，并且计算单个的质谱和空气动力学尺寸。

关于本发明的第三方面和第四方面的优选实施例，关于本发明的第一方面和第二方面的优选实施例的以上解释相应地适用。

注意，以上结合第三方面和第四方面描述的测速尺寸制定的方面优选地也被应用于本发明的第一方面和第二方面，即，所述装置配备有测速尺寸制定单元，所述测速尺寸制定单元包括两个连续波(cw)Nd:YAG激光器(532nm)和光电倍增器(PMT)来检测粒子的Mie散射信号，并且电子装置提供解吸激光器(第一辐照单元)和电离激光器(第二辐照单元)的实时触发，并且将单个粒子速度记录为尺寸制定信息。

替代测速尺寸制定的方面，本文中描述的方法的实现包括在自由运行模式下分析粒子，在自由运行模式下，在使用高重复率的激光器的解吸和电离步骤之前，粒子在没有光学检测的情况下被击中。通过该实现，太小以至于不能进行光学检测的粒子也可以被分析。尺寸信息可以在解吸/电离之前从气溶胶尺寸分类获得，例如，通过斩波器系统或空气动力学气溶胶分类器。自由运行模式也可以与正常的主动尺寸制定模式混合或者规律地交替。

注意，本文中公开的本发明的方面不一定限于特定的辐照步骤序列、辐照粒子、分离的成分和/或粒子芯的辐射的特定波长、特定的电离机制。相反，本发明的方面可以包含以下替代方案、优选实施例或应用中的一个或多个。

例如，可以首先利用较高强度的电磁辐射的第二射束，例如，利用UV辐射的飞秒脉冲辐照粒子，然后利用第一辐照单元产生的电磁辐射辐照残留粒子，以使粒子的成分从残留粒子分离，并且形成随后被较低强度的电磁辐射的第一射束辐照的云或羽流。例如，在第一步中，为了分离和/或电离仅来自粒子表面(例如，吸附质或细胞表面)的成分或者对花粉进行切片，粒子的飞秒激光消融是可能的。

例如，进一步可以首先利用第一辐照单元产生的IR辐射辐照粒子，以使粒子的成分分离，然后使用248nm或193nm的波长的UV辐射既用于第一射束以引起REMPI，又用于第二射束以引起LDI。

例如，还可以首先利用第一辐照单元产生的IR辐射辐照粒子，以使粒子的成分分离，然后使用157nm的波长的UV辐射既用于第一射束以引起单光子电离(SPI)，又用于第二射束以引起LDI。除了157nm的波长的UV辐射之外，118nm的波长(例如，通过固态激光器(例如，Nd:YAG激光器)的谐波向上转换)、或可调谐UV/VUV光源(例如，同步辐射)和适合于单光子电离的VUV灯也可以被使用。

例如，进一步可以首先利用第一辐照单元产生的IR辐射辐照粒子，以使粒子的成分分离，然后使用248nm的波长的UV辐射既用于第一射束以引起REMPI，又用于第二射束以引起LDI，并且同时地或连续地，使用157nm的波长的UV辐射以在羽流中引起SPI。

例如，可以首先利用第一辐照单元产生的IR辐射辐照粒子，以使粒子的成分分离，然后使用248nm的波长的UV辐射用于第一射束以在羽流中引起REMPI。然后，将离子飞行管的极性反过来(参见上述第三方面和第四方面)，并且使用157nm的波长的UV辐射来在羽流中引起SPI。

例如，可以首先利用第一辐照单元产生的IR辐射辐照粒子，以使粒子的成分分离，然后利用超短和/或形成的脉冲或脉冲序列引起粒子芯和/或分离的成分的飞秒电离。

例如，通过使用248nm的波长的UV激光器，对粒子的表面分析甲苯或苯，其中在正检测通道中，检测正LDI⁺离子、苯和PAH，而在负通道中，检测负LDI^-离子。

附图说明

本发明的进一步的优点、特征和例子从以下图的以下描述将是显而易见的：

图1示出用于粒子的谱分析的装置在第一时间点的例子；

图2示出用于粒子的谱分析的装置在第二时间点的例子；

图3示出用于粒子的谱分析的装置在第三时间点的例子；

图4示出所述装置的光学单元的第一替代例子；

图5示出所述装置的光学单元的第二替代例子；

图6示出正质谱和负质谱的第一个例子；

图7示出正质谱和负质谱的第二个例子；以及

图8示出正质谱和负质谱的第三个例子。

具体实施方式

图1示出用于粒子的谱分析的装置在第一时间点t₁的例子。所述装置包括第一辐照单元4，例如，红外(IR)激光器，第一辐照单元4产生光束4’，也被称为解吸射束，光束4’被朝向单个粒子1引导以使粒子1的成分如径向延伸的箭头所指示的那样从粒子1分离，由此围绕残留粒子芯3形成粒子1的分离的成分的云或羽流2。

替代使用IR激光器使粒子1的成分从粒子1解吸，或者除了使用IR激光器使粒子1的成分从粒子1解吸之外，可以使用不同的激光器类型，特别是被配置为产生超短光学脉冲以使成分从粒子1消融的激光器类型。同样相应地适用于被配置为使成分从粒子1蒸发的激光器类型。

优选地，在质谱仪的离子源区域5中执行粒子1的成分的所描述的解吸，所述质谱仪包括第一检测通道6和第二检测通道9，通过第一检测通道6，可以检测正离子，通过第二检测通道9，可以检测负离子。检测通道6和9都分别包括引出电极7或10，通过引出电极7或10，分别地正离子或负离子被从离子源区域5引出，并且分别被朝向检测器8或11加速，在检测器8或11中，分别地正离子或负离子被检测。在本公开内，检测通道6和9也被称为飞行管。

包括引出电极7和10以及检测器8和11的检测通道6和9被布置在质谱仪的离子源区域5的相对侧。

所述装置进一步包括第二辐照单元14至16，第二辐照单元14至16被配置为既辐照分离的成分的羽流2，又辐照残留粒子芯3。下面将对这进行更详细的描述。

图2示出用于例子的谱分析的装置在晚于t₁的第二时间点t₂的例子，第二时间点t₂优选地为6到8μs，特别是近似为7μs。在第二时间点t₂，第一辐照单元4优选地处于关闭状态，而第二辐照单元14至16的辐照源14(例如，紫外线(UV)激光器)产生(优选地脉冲式)辐射的第一射束17，所述辐射例如借助于偏转元件15被朝向分离的成分的羽流2和羽流2围绕的残留粒子芯3引导，并且在通过羽流2之后，朝向光学元件16引导。

光学元件16(优选地聚焦镜)使偏转的第一射束17聚焦到聚焦的第二射束18中，聚焦的第二射束18被朝向残留粒子芯3引导。优选地，第二射束18的焦点与残留粒子芯3一致。结果，撞击在残留粒子芯3上的第二射束18的强度比撞击在羽流3上的第一射束17的强度高得多，优选地高至少10倍。

替代通过使偏转的第一射束17的一部分朝向残留粒子芯3聚焦来产生聚焦的第二射束18，可以用产生被光学元件16(例如，在这种情况下，聚焦透镜)朝向粒子芯3聚焦的射束的另一个辐照源19(例如，另一个紫外线(UV)激光器)来产生第二射束18。在该替代实施例中，辐照源14和19优选地分别被配置为产生不同波长(例如，248nm和193nm)的辐射的射束。

偏转的第一射束17和聚焦的第二射束18同时地或基本上同时地分别撞击在羽流2和粒子芯3上，由此在第一射束17和第二射束18分别撞击在羽流2上或粒子芯3上，由于第一射束17和第二射束18的光传播时间不同，可以造成优选地小于1ns的可能的小的时间差。

当撞击在羽流2和残留粒子芯3上时，偏转的第一射束17引起羽流2中包含的分离的成分的共振增强的多光子电离(REMPI)，由此产生主要是正离子(+)，优选地PAH的正离子。然而，除了正离子(+)之外，还可以产生羽流2中包含的成分的负离子(未示出)，和/或通过其他电离过程产生负离子。

同时或基本上同时，聚焦的第二射束18主要撞击在残留粒子芯3上，并且引起粒子芯3中包含的成分的非共振解吸和电离，也被称为激光解吸和电离(LDI)，由此产生正离子(+)和负离子(-)这两种离子(参见例示说明这些离子从粒子芯3、而不是从羽流2出现的虚线)。

通过REMPI产生的离子(即，主要是正离子(+))和通过LDI产生的离子(即，正离子(+)和负离子(-))分别由第一检测通道6的检测器8或第二检测通道9的检测器11检测。由于由第一射束17和第二射束18的不同强度引起的不同的电离机制(即，REMPI和LDI)，相应的检测器8、11在检测通过羽流2的REMPI产生的离子时产生的检测信号比在检测经由LDI产生的、离子芯3的离子时产生的检测信号小得多。

然而，为了确保通过不同机制产生的离子的特别准确的且可靠的检测，优选地，相应的检测通道6、9的灵敏度被如下面描述的那样改动。

图3示出用于粒子的谱分析的装置在晚于第二时间点t₂的第三时间点t₃(优选地只有几μs)的例子。在第三时间点t₃，第一辐照单元4和辐照源14(参见图2，在图3中未示出)处于关闭状态，并且在质谱仪的离子源区域5中产生的离子已经进一步朝向用于正离子(+)的检测器8和用于负离子(-)的检测器11传播。为了例示说明的目的，主要通过羽流2中包含的成分的REMPI(参见图1和图2)和/或通过另一电离过程产生的离子用标号20表示，而主要通过残留粒子芯3的成分的LDI(参见图1和图2)产生的离子用标号21表示。

为了考虑到对于通过REMPI或另一电离过程产生的离子20预期检测信号与对于通过粒子芯的LDI产生的离子21预期的检测信号相比较低，优选的是，提高检测通道6、9中的至少一个对于较重的离子(例如，主要通过REMPI产生的具有至少100的质荷比的离子)的灵敏度，和/或降低检测通道6、9中的至少一个对于较轻的离子(例如，主要通过LDI产生的具有小于100的质荷比的离子)的灵敏度。

这优选地通过在第一检测通道6中提供第一灵敏度调制元件12和/或在第二检测通道9中提供第二灵敏度调制元件13。优选地，灵敏度调制元件12、13具有取决于离子的质量或质荷比的离子透过率，和/或被配置为(优选地快速地)随着时间改变其透过率。优选地，提供控制单元24，控制单元24被配置为控制灵敏度调制元件12、13中的至少一个以相应地改变其离子透过率。

例如，灵敏度调制元件12、13被配置为与较重的离子相比、对于较轻的离子表现出衰减的传输的Bradbury-Nielsen门。可替代地，灵敏度调制元件12、13可以包括被配置为根据施加于其的时间相关的和/或调制的电压使离子侧向偏转的离子光学器件，也被称为衰减离子光学器件。

这样，元件12、13对于离子的透过率、因此、检测通道6、9的灵敏度可以被调制和改动以适应将被检测的不同的离子20、21的质量。优选地，较轻的离子21用第一灵敏度值检测，第一灵敏度值小于用其检测较重的离子20的第二灵敏度值。

在图1至图3所示的装置的例子中，偏转元件15(特别是偏转镜)和光学元件16(优选地是聚焦镜或凹镜)形成光学单元，通过该光学单元，第一射束17的至少一部分被转换为聚焦的第二射束18，聚焦的第二射束18被朝向残留粒子芯3引导。有利地，根据该实施例的光学单元是鲁棒的且紧凑的，并且使得可以在保持用于REMPI的平行的第一射束的同时、容易地调整聚焦的第二射束18的LDI强度。

图4示出所述装置的光学单元的第一个替代例子，其中该光学单元的光学元件16包括代替聚焦镜和/或凹镜(参见图1至图3)的、优选地可移动的平面镜16a和优选地可移动的聚焦透镜16b。镜16a和透镜16b这二者都被安置在粒子1的后面(相对于偏转的第一射束17)，以使得偏转的第一射束17的至少一部分被镜16a反射，随后被透镜16b聚焦，由此获得被朝向残留粒子芯3引导和/或撞击在残留粒子芯3上的聚焦的第二射束18。有利地，所述光学单元的这个替代实施例利用简单的且便宜的组件16a、16b非常好地工作，使得例如凹镜可有可无。

图5示出所述装置的光学单元的第二个替代例子，其中该光学单元的光学元件16也包括优选地可移动的平面镜16a和优选地可移动的聚焦透镜16b。然而，区别于图4所示的例子，镜16被安置在粒子1的后面，而透镜16b被安置在粒子1的前面。偏转的第一射束17的至少一部分首先被透镜16b聚焦，随后被镜16a反射，以使得聚焦的且反射的第二射束18的焦点击中残留粒子芯3。同样地，所述光学单元的这个替代实施例利用简单的且便宜的组件16a、16b非常好地工作，使得例如凹镜可有可无。此外，撞击在羽流2上并且优选地在羽流2中引起REMPI的第一射束17的强度、以及撞击在粒子芯3上并且优选地引起LDI的第二射束18的强度可以被容易地调整。最后但并非最不重要，在真空室出口处实现窄的射束，以使得内部散射光较少。

优选地，所述装置进一步包括处理单元25，处理单元25被配置为通过以下方式来分析检测到的正离子(+)的第一质谱和/或检测到的负离子(-)的第二质谱，即，执行第一质谱的傅里叶变换以获得第一傅里叶谱，和/或执行第二质谱的傅里叶变换以获得第二傅里叶谱，并且识别第一傅里叶谱的一个或多个分量的一个或多个第一振幅、和/或第二傅里叶谱的一个或多个分量的一个或多个第二振幅。优选地，处理单元25被进一步配置为基于所述一个或多个第一振幅和/或一个或多个第二振幅来推导关于粒子的一个或多个成分的身份、和/或物质类、和/或量、特别是相对量的信息。优选地，对粒子或其他组成的单个质谱应用傅里叶变换使得可以识别粒子内的不同分子类的比例、和/或估计(多环)芳烃物质的比例，而不需要准确地获悉它们的准确的组成和分布。这样，可以估定单个的粒子上的PAH和它们的衍生物的分布，并且可以更好地确定它们在二次气溶胶的形成中的重要性和它们对于空气污染的健康影响的贡献。

图6示出来自周围空气的单个粒子的正质谱和负质谱的第一个例子。正质谱和负质谱对应于来自常规的ATOF-MS方法的谱。从该图显而易见的，粒子的质谱由无机物主导，而有机分子只有很少，例如，具有12或14的m/z的规律性，与快速傅里叶变换(FFT)信号的小的振幅(参见小图)的信号存在。

图7示出来自周围空气的单个粒子的正质谱和负质谱的第二个例子。所述质谱对应于常规的ATOF-MS谱和单粒子PAH谱的组合。从该图显而易见的，粒子的正质谱由PAH主导，其中来自(烷基化)PAH的有机信号得到由规律性12主导的正离子的FFT信号(参见小图)。

图8示出来自周围空气的单个粒子的正质谱和负质谱的第三个例子。从该图显而易见的，粒子的质谱由来自许多碎片的有机物(特别是对于m/z<100)、PAH、PAH衍生物、可能的低聚物等主导。因此，PAH和衍生物对于正离子，被FFT信号(参见小图)、以规律性12反射，而其他有机物对于正离子、特别是对于负离子，被以规律性14反射。

在图6至图8所示的示例性质谱中，指示了检测通道6和9(参见图1至图3)中的每个的不同的灵敏度“灵敏度1”和“灵敏度2”。优选地，具有较低的质量m或质荷比值m/z(例如，低于大约105)的正离子和负离子分别被以第一检测通道6和第二检测通道9的第一灵敏度“灵敏度1”检测，而具有较高的质量m或质荷比值m/z(例如，高于大约105)的正离子和负离子分别被以第一检测通道6或第二检测通道9的第二灵敏度“灵敏度2”检测，其中第二灵敏度“灵敏度2”优选地高于第一灵敏度“灵敏度1”。

Claims (15)

1.一种用于粒子的质谱分析的装置，所述装置包括：

第一辐照单元(4)，所述第一辐照单元(4)被配置为利用电磁辐射辐照粒子(1)以使粒子(1)的成分从粒子(1)分离，特别是解吸、消融和/或蒸发，粒子(1)的分离的成分(2)位于粒子(1)的残留芯(3)的附近；

第二辐照单元(14-16、19)，所述第二辐照单元(14-16、19)被配置为基本上同时地

-利用电磁辐射的第一射束(17)辐照分离的成分(2)的至少一部分、以及可选地粒子(1)的残留芯(3)，以引起分离的成分(2)的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束(17)表现出第一强度；并且

-利用电磁辐射的第二射束(18)辐照粒子(1)的残留芯(3)的至少一部分，以引起粒子(1)的残留芯(3)的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第二射束(18)表现出第二强度，第二强度优选地大于第一强度；以及

质谱仪，所述质谱仪包括离子源区域(5)、第一检测通道(6)、以及可选地第二检测通道(9)，所述离子源区域(5)被配置为容纳分离的成分(2)和/或残留芯(3)的成分的正离子(+)以及可选地负离子(-)，所述第一检测通道(6)被配置为检测所述正离子(+)，并且所述第二检测通道(9)被配置为检测所述负离子(-)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二辐照单元(14-16、19)包括第一辐照源(14)、特别是第一激光源以及第二辐照源(19)、特别是第二激光源，所述第一辐照源(14)被配置为产生电磁辐射的第一射束(17)，所述第二辐照源被配置为产生电磁辐射的第二射束(18)。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一辐射源(14)被配置为产生第一波长的或第一波长范围内的电磁辐射，所述第二辐射源(19)被配置为产生第二波长的或第二波长范围内的电磁辐射，其中，所述第一波长大于所述第二波长，和/或所述第一波长范围位于比所述第二波长范围高的波长处。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二辐照单元(14-16)包括辐照源(14)，特别是单个激光源、以及光学元件(16)，所述辐照源(14)被配置为产生电磁辐射的第一射束(17)，所述光学元件(16)被配置为产生电磁辐射的第二射束(18)。

5.根据前述任一权利要求所述的装置，其中，电磁辐射的第一射束(17)是基本上平行的射束。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，所述光学元件(16)是被配置为通过使第一射束(17)的至少一部分聚焦来产生电磁辐射的第二射束(18)的聚焦光学元件。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二辐照单元(14-16、19)被布置为使得电磁辐射的第一射束(17)撞击在分离的成分(2)和/或粒子(1)的残留芯(3)的第一侧，并且所述光学元件(16)包括聚焦镜，所述聚焦镜安置在分离的成分(2)和/或粒子(1)的残留芯(3)的第二侧，其中所述第二侧与所述第一侧相对。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二辐照单元(14-16、19)被配置为使得利用第一射束(17)辐照分离的成分(2)以及可选地粒子(1)的残留芯(3)与利用第二射束(18)辐照粒子(1)的残留芯(3)之间的时间差小于20ns，优选地小于5ns，特别是小于1ns。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射的第一射束(17)被配置为引起分离的成分(2)的至少一部分的共振电离(REMPI)，和/或所述电磁辐射的第二射束(18)被配置为引起粒子(1)的残留芯(3)的成分的至少一部分的非共振电离(LDI)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一检测通道(6)被配置为以第一检测灵敏度检测所述正离子(+)，和/或所述第二检测通道(9)被配置为以第二检测灵敏度检测所述负离子(-)，并且其中所述装置进一步包括控制单元(24)，所述控制单元(24)被配置为分别根据所述正离子或负离子的质量或质荷比来控制第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述控制单元(24)被配置为在粒子(1)的分离的成分(2)的离子(20、21)和/或粒子(1)的残留芯(3)的成分的离子(20、21)被第一检测通道和/或第二检测通道(6、9)检测的同时、改变第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其中，所述控制单元(24)被配置为：当离子(20、21)表现出第一质量或质荷比值或范围时，将第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度设置为至少一个第一灵敏度值，并且当离子(20、21)表现出大于第一质量或质荷比值或范围的第二质量或质荷比值或范围时，将第一检测灵敏度和/或第二检测灵敏度设置为高于第一灵敏度值的至少一个第二灵敏度值。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一检测通道(6)被配置为记录检测到的正离子(+)的第一质谱，和/或第二检测通道(9)被配置为记录检测到的负离子(-)的第二质谱，并且其中所述装置进一步包括处理单元(25)，所述处理单元(25)被配置为：

-执行第一质谱的傅里叶变换以获得第一傅里叶谱、和/或执行第二质谱的傅里叶变换以获得第二傅里叶谱；

-识别第一傅里叶谱的一个或多个分量的一个或多个第一振幅、和/或第二傅里叶谱的一个或多个分量的一个或多个第二振幅；并且

-基于所述一个或多个第一振幅和/或一个或多个第二振幅来推导关于粒子(1)的一个或多个成分的身份和/或物质类和/或量、特别是相对量的信息。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述处理单元(25)被配置为基于两个第一振幅的比率、和/或两个第二振幅的比率、和/或第一振幅和第二振幅的比率来推导关于粒子(1)的两个成分或两个成分类的量、特别是相对量的信息。

15.一种用于粒子的质谱分析的方法，所述方法包括以下步骤：

a)利用电磁辐射辐照粒子(1)以使粒子(1)的成分从粒子(1)分离，特别是解吸、消融和/或蒸发，粒子(1)的分离的成分(2)位于粒子(1)的残留芯(3)的附近；

b)基本上同时地

-利用电磁辐射的第一射束(17)辐照分离的成分(2)的至少一部分、以及可选地粒子(1)的残留芯(3)，以引起分离的成分(2)的至少一部分的电离，电磁辐射的第一射束(17)表现出第一强度；并且

-利用电磁辐射的第二射束(18)辐照粒子(1)的残留芯(3)的至少一部分，以引起粒子(1)的残留芯(3)的成分的至少一部分的电离，电磁辐射的第二射束(18)表现出第二强度，第二强度优选地大于第一强度，

其中分离的成分(2)和/或残留芯(3)的成分的正离子(+)以及可选地负离子(-)被容纳在离子源区域(5)中，并且

c)通过第一检测通道(6)检测所述正离子(+)，并且可选地通过第二检测通道(9)检测所述负离子(-)。

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