DE102011104709A1

DE102011104709A1 - Ionization source for mass spectrometer, has capillary channel that is provided with photo-effect material in its interior, such that electrons can be triggered via photoelectric effect from irradiation with light

Info

Publication number: DE102011104709A1
Application number: DE201110104709
Authority: DE
Inventors: Valerie Derpmann; Hendrik Kersten; Klaus-Josef Brockmann; Thorsten Benter
Original assignee: Bergische Universitaet Wuppertal
Current assignee: Bergische Universitaet Wuppertal
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-12-06

Abstract

The ionization source comprises a capillary channel (1) provided with orifice at one of its end, through which a gas can be fed. The capillary channel can be connected to a mass spectrometer. The capillary channel is provided with photo-effect material (2) in its interior, such that electrons can be triggered via photoelectric effect from the irradiation with light (3). The wall (4) of the capillary channel that triggers the photoelectric effect light is partially transparent. An independent claim is included for method for producing analyte ions for investigation in mass spectrometer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionisationsquelle für ein Massenspektrometer sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Analytionen für die Untersuchung in einem Massenspektrometer, bei dem ein Analytgas durch eine wenigstens einen Kapillarenkanal aufweisende Ionisationsquelle in ein Massenspektrometer strömt.The invention relates to an ionization source for a mass spectrometer and to a method for generating analyte ions for examination in a mass spectrometer, in which an analyte gas flows through a ionization source having at least one capillary channel into a mass spectrometer.

Im Stand der Technik ist es bekannt, Massenspektrometern ein Analytgas zuzuführen, das vor Eintritt in das Massenspektrometer ionisiert wird. Im Anwendungsgebiet der sogenannten Atmosphärendruck-Ionisation erfolgt dabei die Ionisation im Analytgas unter Atmosphärendruck, insbesondere unter den Druckbedingungen die natürlicherweise auf der Erde vorliegen, wie z. B. 1000 mbar plus/minus 10% auf Meeresniveau. Der Atmosphärendruck ist somit der vorherrschende Druck in der Erdatmosphäre am Ort der Analyse, der natürlicherweise gegeben ist. Je nach Höhe in der Erdatmosphäre kann der Druck somit gemäß der barometrischen Höhenformel unterschiedlich sein, wird jedoch als Atmosphärendruck verstanden, da er nicht durch apparative Maßnahmen geändert ist.It is known in the art to supply an analyte gas to mass spectrometers which is ionized prior to entering the mass spectrometer. In the field of application of the so-called atmospheric pressure ionization while the ionization takes place in the analyte gas under atmospheric pressure, especially under the pressure conditions which are naturally present on the earth, such as. B. 1000 mbar plus / minus 10% at sea level. The atmospheric pressure is thus the prevailing pressure in the earth's atmosphere at the place of analysis, which naturally occurs. Depending on the altitude in the earth's atmosphere, the pressure may thus vary according to the barometric altitude formula, but is understood as atmospheric pressure, since it is not changed by apparatus measures.

Da Massenspektrometer, Insbesondere deren Detektoreinheiten, wie beispielsweise Sekundärelektronenvervielfacher nicht unter diesen Druckbedingungen arbeiten können, wird in einer bekannten Anwendung das z. B. bereits mit einer beliebigen Ionisationsquelle ionisierte Analytgas über einen Kapillarkanal, der z. B. in einer Glaskapillare ausgebildet ist, aus dem Atmosphärendruckbereich in den Arbeitsdruckbereich des Massenspektrometers überführt. Über einen solchen Kapillarkanal wird demnach eine Druckdifferenz erzeugt, z. B. vom Atmosphärendruckbereich, insbesondere 1000 mbar bis auf 1 bis 5 mbar, was z. B. dem Eingangsdruck einer Eingangsdruckstufe des Massenspektrometers entsprechen kann, die z. B. durch einen Skimmer von wenigstens einer weiteren Druckstufe getrennt ist.Since mass spectrometers, in particular their detector units, such as photomultiplier can not operate under these pressure conditions, in a known application, the z. B. already ionized with any ionization analyte gas via a capillary channel, the z. B. is formed in a glass capillary, transferred from the atmospheric pressure region in the working pressure range of the mass spectrometer. Accordingly, a pressure difference is generated via such a capillary channel, for. B. from the atmospheric pressure range, in particular 1000 mbar to 1 to 5 mbar, which z. B. may correspond to the input pressure of an input pressure stage of the mass spectrometer z. B. is separated by a skimmer of at least one further pressure stage.

Problematisch ist es hierbei, dass bei der Ionisation üblicherweise positive Ionen und Elektronen sowie negative Ionen entstehen, was innerhalb der Transferstrecke eines Kapillarkanals zur Zuführung der Analytionen in das Massenspektrometer zu sekundären Prozessen führen kann, welche das Messergebnis beeinflussen.The problem here is that during ionization usually positive ions and electrons and negative ions are formed, which can lead to secondary processes within the transfer distance of a capillary channel for supplying the analyte ions in the mass spectrometer, which influence the measurement result.

Es ist daher weiterhin bekannt geworden, eine Ionisationsquelle auszubilden, die einen Kapillarkanal umfasst, bei welcher die Ionisation des Analytgases innerhalb des Kapillarkanals erzeugt wird, z. B. durch in den Kanal eingestrahltes, ionisierendes Licht. Hierdurch wird die Transferstrecke auf eine Länge vom Ionisationsort in der Kapillare bis zum Kapillarende reduziert.It is therefore further known to form an ionization source comprising a capillary channel, in which the ionization of the analyte gas is generated within the capillary, z. B. by irradiated in the channel, ionizing light. As a result, the transfer distance is reduced to a length from the ionization in the capillary to Kapillarende.

Es erfolgt jedoch auch bei dieser Art der Ionisationsquelle die gleichzeitige Erzeugung von positiven und negativen Ladungsträgern, sodass weiterhin sekundäre Prozesse stattfinden können.However, even with this type of ionization source, the simultaneous generation of positive and negative charge carriers takes place so that secondary processes can continue to take place.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ionisationsquelle und ein Verfahren zur Erzeugung von Analytionen so bereit zu stellen, dass sekundäre Prozesse weiter reduziert, bevorzugt vollständig, unterbunden werden. Bevorzugt sollen weiterhin lediglich ausschließlich negativ geladene Analytionen erzeugt werden, so dass sekundäre Prozesse zwischen Ladungsträger unterschiedlicher Polarität ausgeschlossen werden.The object of the invention is therefore to provide an ionization source and a method for generating analyte ions so that secondary processes are further reduced, preferably completely, prevented. Preferably, only exclusively negatively charged analyte ions should be generated, so that secondary processes between charge carriers of different polarity are excluded.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ionisationsquelle gelöst, die einen Kapillarkanal umfasst, in den ein Gas zuführbar ist und der an einem seiner Enden in eine Öffnung mündet, die an ein Massenspektrometer anschließbar ist, wobei der Kapillarkanal in seinem Inneren zumindest in einem Bereich seiner Erstreckung ein Photo-Effekt-Material umfasst, aus dem durch Bestrahlung mit Licht über den äußeren Photoeffekt Elektronen auslösbar sind, wobei die Wandung des Kapillarkanals in diesem Bereich für das den Photoeffekt auslösende Licht zumindest teilweise transparent ist.According to the invention, this object is achieved by an ionization source which comprises a capillary channel into which a gas can be fed and which opens at one of its ends into an opening which can be connected to a mass spectrometer, the capillary channel in its interior at least in a region of its extent comprises a photo-effect material from which electrons can be triggered by irradiation with light via the external photoelectric effect, wherein the wall of the capillary channel in this region is at least partially transparent to the photo-effect-inducing light.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gelöst, bei dem in einem Kapillarkanal durch Beleuchtung eines darin angeordneten Photo-Effekt-Materials Elektronen erzeugt werden, die unmittelbar in das an dem Material vorbeiströmende Analytgas oder zunächst in ein Trägergas und über dieses in das Analytgas eintreten und im Analytgas ausschließlich negativ geladene Analytionen bilden.The object is further achieved by a method in which electrons are generated in a capillary channel by illuminating a photo-effect material arranged therein, which enter directly into the analyte gas flowing past the material or first into a carrier gas and via this into the analyte gas and form exclusively negatively charged analyte ions in the analyte gas.

So ist es bei diesem Verfahren und der Ionisationsquelle vorgesehen, dass eine Ionisation bevorzugt nicht bereits durch das eingestrahlte Licht erfolgt, sondern, dadurch, dass das Licht und das Photo-Effekt-Material derart aufeinander abgestimmt werden, dass durch Bestrahlung des Photo-Effekt-Materials mit dem Licht Elektronen aus dem Photo-Effekt-Material ausgelöst werden, die sodann durch nachgelagerte Stoßprozesse mit dem Analytgas ausschließlich negativ geladene Analytionen erzeugen. So können sekundäre Prozesse wirkungsvoll vermieden werden. Die Erzeugung der Analytionen erfolgt innerhalb des Kapillarkanals, entweder direkt am Ort der Entstehung der Photo-Elektronen oder stromabwärts davon.Thus, it is provided in this method and the ionization source that ionization is preferably not already done by the incident light, but, characterized in that the light and the photo-effect material are coordinated such that by irradiation of the photo effect Material with the light electrons are released from the photo-effect material, which then generate only negatively charged analyte ions by downstream collision processes with the analyte gas. This way, secondary processes can be effectively avoided. The generation of the analyte ions occurs within the capillary channel, either directly at the site of formation of the photoelectrons or downstream thereof.

Die Gesamtlänge des Kapillarkanals kann derart gewählt sein, dass die gewünschte Druckdifferenz zwischen der Eingangsseite des Kapillarkanals und der Mündungsöffnung entsteht, die mit dem Massenspektrometer verbindbar ist, unabhängig davon, wie lang der Bereich des Kapillarkanals ist, in dem die Photo-Elektronen erzeugt werden. Dieser Bereich kann somit auch nur einen Teilbereich der Gesamtlänge ausmachen oder in einer Ausführung auch über die gesamte Länge des Kapillarkanals erstreckt sein.The overall length of the capillary channel may be selected to provide the desired pressure difference between the entrance side of the capillary channel and the orifice which is connectable to the mass spectrometer, regardless of how long the area of the capillary channel in which the photoelectrons are generated. This area Thus, it may also constitute only a portion of the total length or, in one embodiment, may also extend over the entire length of the capillary channel.

Die Abstimmung zwischen Licht und Photo-Effekt-Material erfolgt derart, dass die Photonenenergie des Lichts der Austrittsarbeit des verwendeten Photo-Effekt-Materials entspricht oder größer ist. So kann z. B. Silber als Photo-Effekt-Material verwendet werden und Licht einer Wellenlänge von kleiner 260 nm, um Photo-Elektronen zu erzeugen.The vote between light and photo-effect material is such that the photon energy of the light of the work function of the photo-effect material used is equal to or greater. So z. As silver can be used as a photo-effect material and light of a wavelength of less than 260 nm to produce photo-electrons.

Besonders bevorzugt werden solche Photo-Effekt-Materialen verwendet, aus denen mit Licht im UV bis zum VIS-Wellenlängenbereich Photoelektronen erzeugt werden können. Beispielsweise kann auch Samarium verwendet werden, bei dem der Photo-Effekt z. B. auch mit grünem sichtbaren Licht erzeugt werden kann. So erschließt gerade die erfindungsgemäße Ionisationsquelle die Möglichkeit günstige kommerziell erhältliche Lichtquellen zu verwenden. Ebenso sind sämtliche andere für den Photo-Effekt geeignete Materialien bei der Erfindung einsetzbar.Particular preference is given to using those photo-effect materials from which photoelectrons can be generated with light in the UV up to the VIS wavelength range. For example, samarium can be used in which the photo effect z. B. can also be generated with green visible light. The ionization source according to the invention thus opens up the possibility of using inexpensive commercially available light sources. Likewise, all other suitable for the photo-effect materials are used in the invention.

Erfindungsgemäß ist es im Wesentlichen vorgesehen, dass das Photo-Effekt-Material in dem Kapillarkanal angeordnet ist, so dass die Photo-Elektronen direkt im Inneren des Kapillarkanals entstehen, z. B. dadurch, dass mit einer außerhalb des Kapillarkanals angeordneten Lichtquelle das Licht einer für den Photo-Effekt geeigneten Wellenlänge erzeugt und in das Innere des Kapillarkanals eingestrahlt wird, insbesondere durch die Wandung des Kapillarkanals hindurch, z. B. senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Kapillarkanals.According to the invention, it is essentially provided that the photo-effect material is arranged in the capillary channel, so that the photo-electrons are formed directly inside the capillary channel, z. Example, characterized in that with a light source arranged outside the capillary channel, the light of a suitable wavelength for the photo effect is generated and irradiated into the interior of the capillary channel, in particular through the wall of the capillary channel through, for. B. perpendicular to the direction of extension of the capillary.

Das Photo-Effekt-Material kann dabei auf grundsätzlich jegliche Art und Weise im Inneren des Kapillarkanals angeordnet sein, wesentlich ist lediglich, dass die Photo-Elektronen, die im Inneren erzeugt werden in ein Gas übertreten, dass die Oberfläche des Photo-Effekt-Materials überströmt/umströmt.The photo-effect material can in principle be arranged in any way in the interior of the capillary channel, it is only essential that the photo-electrons which are generated in the interior pass into a gas that the surface of the photo-effect material streaming / flows around.

Dieses Gas kann z. B. in einer möglichen Ausführung direkt das Analytgas sein, insbesondere dann, wenn die Lichtwellenlänge derart gewählt ist, dass diese zwar den gewünschten Photo-Effekt erzeugt, jedoch auf das Analytgas selbst nicht ionisierend oder photodissoziierend wirkt, bzw. dieses unbeeinflusst lässt. In einem solchen Fall kann die erfindungsgemäße Ionisationsquelle z. B. nur einen Kapillarkanal umfassen, durch den das Analytgas strömt, in welches sodann im vorgenannten Bereich direkt die Elektronen eintreten und negative Analytionen erzeugen.This gas can z. B. in a possible embodiment directly be the analyte gas, especially when the wavelength of light is chosen such that this indeed produces the desired photo effect, but does not act on the analyte gas non-ionizing or photodissociating, or this uninfluenced leaves. In such a case, the ionization source according to the invention z. B. comprise only a capillary channel through which the analyte gas flows, in which then enter the aforementioned area directly the electrons and generate negative analyte ions.

Wirkt das Licht zur Erzeugung eines Photo-Effektes mit dem Photo-Effekt-Material jedoch auch auf das Analytgas, so kann es auch vorgesehen sein, dass die Ionisationsquelle wenigstens zwei Kapillarkanäle umfasst, wobei in nur einem ein beleuchteter Bereich zur Erzeugung von Photo-Elektronen vorgesehen ist. In diesem Kapillarkanal kann sodann ein Trägergas eingespeist werden, welches am Photo-Effekt-Material vorbeiströmt und die erzeugten Elektronen aufnimmt und stromabwärts mitführt. An einer Stelle stromabwärts des genannten Bereichs kann sodann dieser Kapilarkanal mit einem Kapillarkanal zusammengeführt werden, in welchem das Analytgas strömt, so dass sich dort Trägergas und Analytgas mischen und die im Trägergas geführten Elektronen auf das Analytgas wirken und negative Analytionen bilden. Beispielsweise kann als Trägergas Sauerstoff oder einfach Umgebungsluft verwendet werden.However, if the light for generating a photo-effect with the photo-effect material also acts on the analyte gas, it may also be provided that the ionization source comprises at least two capillary channels, wherein in only one illuminated region for generating photoelectrons is provided. In this capillary channel then a carrier gas can be fed, which flows past the photo-effect material and receives the electrons generated and carries downstream. At a point downstream of said region, this capillary channel can then be brought together with a capillary channel in which the analyte gas flows, so that carrier gas and analyte gas mix there and the electrons carried in the carrier gas act on the analyte gas and form negative analyte ions. For example, oxygen or simply ambient air can be used as the carrier gas.

Aufgrund der Ionisation durch Stoßprozesse des Analytgases mit den freien Photo-Elektronen werden besonders solche Analytgase ionisiert, die eine hohe Elektronenaffinität aufweisen, wie z. B. solche, die Nitro-Gruppen aufweisen. So kann dieses Verfahren und die Ionenquelle besonders auch zur Detektion von Sprengstoffen und deren Vorläuferstoffen verwendet werden. Ebenso ist der Einsatz in der Umweltanalytik oder anderen Anwendungsbereichen möglich.Due to the ionization by collision processes of the analyte gas with the free photo-electrons especially those analyte gases are ionized, which have a high electron affinity, such as. For example, those having nitro groups. Thus, this method and the ion source can be used especially for the detection of explosives and their precursors. Likewise, the use in environmental analysis or other applications is possible.

In einer bevorzugten Ausführung kann es vorgesehen sein, dass die Innenwandung des Kapillarkanals in dem genannten Bereich zumindest teilweise mit dem Photo-Effekt-Material beschichtet ist. Beispielsweise können bei einer solchen Ausführung bestehende Kapillarkanäle, z. B. von Kapillaren aus Glas, bevorzugt aus Quarzglas, nachträglich mit dem Photo-Effekt-Material beschichtet werden.In a preferred embodiment, it can be provided that the inner wall of the capillary channel in the area mentioned is at least partially coated with the photo-effect material. For example, in such an embodiment existing capillary channels, for. B. of capillaries of glass, preferably made of quartz glass, subsequently coated with the photo-effect material.

Z. B. kann eine Silberbeschichtung durch eine Silbersalzlösung auf der Kanalinnenwand abgeschieden werden. Natürlich können in gleicher Weise andere Materialien verwendet werden.For example, a silver coating may be deposited on the channel inner wall by a silver salt solution. Of course, other materials can be used in the same way.

Eine solche Beschichtung kann z. B. derart ausgeführt werden, dass die beschichtete Innenwandung trotz einer Schicht mit dem Photo-Effekt-Material auch noch für von außen durch die Wandung des Kapillarkanals hindurchgestrahltes Licht, insbesondere senkrecht zur Erstreckung des Kapillarkanals durch die Wandung hindurchgestrahltes Licht zumindest teildurchlässig ist. Es erfolgt so zwar eine geringe Abschwächung des Lichtes, jedoch sind Kapillarkanäle dieser Art sehr leicht herstellbar.Such a coating may, for. Example be carried out in such a way that the coated inner wall is at least partially transparent despite a layer with the photo-effect material even for transmitted from outside through the wall of the capillary channel light, in particular perpendicular to the extension of the capillary channel through the wall radiated light. Although there is a slight attenuation of the light, capillary channels of this type are very easy to produce.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann es auch vorgesehen sein, dass eine in Einstrahlungsrichtung des Lichtes, insbesondere senkrecht zur Erstreckung des Kapillarkanals zuerst angeordnete Wandung des Kapillarkanals für das Licht transparent, insbesondere unbeschichtet, d. h. vollständig ohne Photo-Effekt-Material ausgebildet ist und insbesondere ausschließlich eine in der Einstrahlungsrichtung darauf folgende Wandung, insbesondere bis zur Hälfte des Kapillarkanalquerschnittes, mit dem Photo-Effekt-Material beschichtet ist oder diese Wandung vollständig aus dem Material besteht.In a preferred development, it can also be provided that a wall of the capillary channel first arranged in the direction of irradiation of the light, in particular perpendicular to the extension of the capillary channel, is transparent to the light, in particular uncoated, ie completely formed without photo-effect material, and in particular exclusively a wall following in the irradiation direction, in particular up to half of the capillary channel cross-section, is coated with the photo-effect material or this wall consists entirely of the material.

So wird zum Einen eine hohe Dichte des Photo-Effekt-Materials erzielt in einem Wandbereich, der direkt der Beleuchtung mit dem Licht ausgesetzt ist und durch den das Licht nicht weiter transmittiert werden muss und zum anderen wird eine Abschwächung des Lichtes durch den in Einfallrichtung zuerst durchlaufenen Wandbereich vermieden. Z. B. kann der erste Wandbereich aus Quarzglas ausgebildet sein und der zweite vollständig aus Silber oder mit Silber in hoher Dichte beschichtet sein, z. B. auf einem Quarzglassubstrat.Thus, on the one hand, a high density of the photo-effect material is achieved in a wall area, which is exposed directly to the illumination with the light and through which the light does not need to be further transmitted and, second, a weakening of the light by the direction of incidence first avoided wall area avoided. For example, the first wall portion may be formed of quartz glass and the second portion may be entirely made of silver or silver of high density, e.g. On a quartz glass substrate.

Eine solche Ausführung mit einer über einen Teil des Querschnitts bzw. inneren Umfangs, z. B. halb über dem Querschnitt bzw. inneren Umfang des Kapillarkanals bestehenden Schicht, kann z. B. hergestellt werden, wenn eine Silbersalzlösung geeigneter Menge in eine horizontal liegende Kapillare eingefüllt wird und diese bis zur Hälfte aufgefüllt und nach der Abscheidung der gewünschten Schichtdicke abgegossen wird.Such a design with a part of the cross-section or inner circumference, for. B. halfway over the cross section or inner circumference of the capillary channel existing layer, z. Example, be prepared when a silver salt solution of suitable amount is introduced into a horizontal capillary and this is filled up to half and poured off after the deposition of the desired layer thickness.

Eine einfachere erfindungsgemäße Ausbildung der Ionisationsquelle kann erzielt werden, wenn der Kapillarkanal zumindest abschnittsweise, insbesondere in dem vorgenannten Bereich, ausgebildet ist zwischen zwei aneinanderliegenden/aneinanderlegbaren Wandelementen die in ihren aufeinander zuweisenden Flächen jeweils einen Teil, insbesondere eine Hälfte des Kapillarkanals aufweisen. So wird in dieser Ausführung der Kapillarkanal zumindest in dem genannten Photo-Effektt-Bereich in seiner Gesamtheit erst durch das Zusammenfügen der beiden Wandelemente erzeugt, so dass jedes der beiden Elemente separat und optimiert hergestellt werden kann.A simpler embodiment of the ionization source according to the invention can be achieved if the capillary channel is formed at least in sections, in particular in the aforementioned region, between two adjoining / stackable wall elements each having a part, in particular half, of the capillary channel in their facing surfaces. Thus, in this embodiment, the capillary channel is at least in the said Photo-Effektt area in its entirety generated only by the joining of the two wall elements, so that each of the two elements can be prepared separately and optimized.

Beispielsweise kann eines der Wandelemente, insbesondere das in Lichteinfallrichtung erste, aus einem für das Licht transparenten Material ausgebildet sein, insbesondere Quarzglas bei Verwendung von Silber als Photo-Effekt-Material oder auch bei anderen Materialen, da Quarzglas sowohl für den für Silber benötigten UV-Bereich als auch in anderen Wellenlängenbereichen bis ins Sichtbare und Infrarote transparent ist.For example, one of the wall elements, in particular the first in the direction of light incidence, may be formed from a material that is transparent to the light, in particular quartz glass when using silver as a photo-effect material or also from other materials, since quartz glass is suitable both for the UV radiation required for silver. Range as well as in other wavelength ranges to the visible and infrared is transparent.

Das andere in Einstrahlrichtung des Lichtes nachfolgenden Wandelement kann in einer Ausführung z. B. vollständig aus dem Photo-Effekt-Material, z. B. einem Metall wie z. B. Silber bestehen oder aber es weist eine Schicht mit dem Photo-Effekt-Material auf. Hier ist auch eine Schicht einfach herstellbar, da die Schichtseite vor dem Zusammenfügen der Wandelemente leicht zugänglich ist.The other in the direction of the light beam downstream wall element can in one embodiment, for. B. completely from the photo-effect material, eg. B. a metal such. As silver or it has a layer with the photo-effect material. Here is also a layer easy to produce, since the layer side is easily accessible before joining the wall elements.

Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der jeweilige Teil des Kapillarkanals in jedem der Wandelemente als eine in Erstreckungsrichtung des Kapillarkanals verlaufende Rinne/Nut, insbesondere mit halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist. Beide gegenüberliegenden Rinnen/Nuten ergänzen sich somit zum Gesamtquerschnitt des Kapillarkanals, insbesondere zu einem runden Querschnitt, z. B. mit 0,2 bis 0,7 Millimetern Radius.For example, it may be provided that the respective part of the capillary channel is formed in each of the wall elements as a groove / groove extending in the extension direction of the capillary channel, in particular with a semicircular cross section. Both opposing grooves / grooves thus complement each other to the total cross section of the capillary, in particular to a round cross-section, z. B. with 0.2 to 0.7 millimeters radius.

Zwecks einer vereinfachten Halterung der Wandelemente kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Ionisationsquelle ein Aufnahmeelement umfasst, in welches die beiden den Kapillarenkanal zumindest teilweise bildenden Wandelemente einlegbar und befestigbar sind, wobei das Aufnahmeelement zu beiden Seiten der Erstreckung des zwischen den Wandelementen gebildeten Kapillarkanals Anschlussstücke aufweist, in die der Kapillarkanal mündet und/oder übergeht, insbesondere wobei die Anschlussstücke als Kapillarstücke ausgebildet sind.For a simplified mounting of the wall elements, it may further be provided that the Ionisationsquelle comprises a receiving element, in which the two Kapillarenkanal at least partially forming wall elements can be inserted and fastened, wherein the receiving element has on both sides of the extension of the capillary formed between the wall elements connecting pieces , in which the capillary channel opens and / or passes, in particular wherein the connecting pieces are designed as Kapillarstücke.

Unter einem eingelegten Wandelement, insbesondere dem, welches das Photo-Effekt-Material umfasst, wird auch verstanden, dass dieses Wandelement mit dem Aufnahmeelement unlösbar befestigt ist, z. B. einstückig ist. Z. B. kann eine Auflagefläche des Aufnahmeelementes eine Rinne/Nut und Beschichtung mit dem Photo-Effekt-Material aufweisen oder diese Fläche mit Rinne/Nut vollständig aus dem Material bestehen, wobei auf dieses fest mit dem Aufnahmeelement verbundenen Wandelement sodann das für das Licht transparente aufgelegt wird, um den Kanal im Ganzen auszubilden.Under an inserted wall element, in particular that which comprises the photo-effect material is also understood that this wall element is permanently attached to the receiving element, for. B. is in one piece. For example, a bearing surface of the receiving element may have a groove / groove and coating with the photo-effect material or this surface with groove / groove completely made of the material, which is then placed on this firmly connected to the receiving element wall element transparent to the light to train the canal as a whole.

Insbesondere bei der eingangs genannten Situation, dass das Licht auch auf das Analytgas wirkt, kann es in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Kapillarkanal mit dem Photo-Effekt-Material einen ersten Kapillarkanal der Ionisationsquelle bildet und wenigstens ein weiterer Kapillarkanal vorhanden ist, insbesondere mit gleichem Querschnitt, der in Strömungsrichtung nach dem Bereich mit dem Photo-Effekt-Material in den ersten Kapillarkanal mündet, insbesondere in einem Winkel (α) von 0 bis 90 Grad.In particular, in the situation mentioned above that the light also acts on the analyte gas, it may be provided in a development that the capillary channel with the photo-effect material forms a first Kapillarkanal the ionization source and at least one further capillary channel is present, in particular with same cross-section, which opens in the flow direction to the area with the photo-effect material in the first capillary channel, in particular at an angle (α) of 0 to 90 degrees.

Beispielsweise können so zwei Glas- insbesondere Quarzglaskapillaren miteinander verbunden sein, wobei nur in einer ein Bereich mit Photo-Effekt-Material ausgebildet ist in der vorbeschriebenen Art. Sodann kann durch den nicht beleuchteten Kapillarkanal das Analytgas zugeführt werden und durch den beleuchteten Kapillarkanal ein Trägergas zur Aufnahme der Photo-Elektronen, wobei sich beide Gasströme erst stromabwärts des Photo-Effekt-Materials kreuzen.For example, so two glass, in particular quartz glass capillaries be connected to each other, wherein only in one area with a photo-effect material is formed in the manner described above. Then the analyte gas can be supplied through the unilluminated capillary channel and through the illuminated capillary channel a carrier gas for Image of the photoelectrons, with both gas streams crossing only downstream of the photo-effect material.

In einer Ausführung kann es sodann auch vorgesehen sein, dass alle Kapillarkanäle jeweils zu einem Teil als sich zum Gesamtquerschnitt ergänzende Rinnen/Nute in zwei aneinanderliegenden Wandelementen der vorbeschriebenen Art ausgebildet sind. In one embodiment, it can then also be provided that all capillary channels are each formed in part as complementary to the overall cross-section grooves / groove in two adjacent wall elements of the type described above.

Vorteilhaft ist es bei der Ionisationsquelle der Erfindung weiterhin, dass der Abstand des Ionisationsortes relativ zur Mündungsöffnung des Kapillarkanals einstellbar ist durch Veränderung des Einstrahlungsortes des Lichtes entlang des vorgenannten Bereichs des Kapillarkanals innerhalb dem das Photo-Effekt-Material angeordnet ist. Z. B. kann die Lichtquelle längs der Erstreckungsrichtung des Bereiches des Kapillarkanals in dem das Photo-Effekt-Material angeordnet ist, verschiebar sein, z. B. an einer Schiene oder sonstigen Führung.It is also advantageous in the case of the ionization source of the invention that the distance of the ionization location relative to the orifice of the capillary channel can be adjusted by changing the irradiation location of the light along the abovementioned region of the capillary channel within which the photoeffect material is arranged. For example, the light source may be displaceable along the direction of extent of the portion of the capillary channel in which the photo-effect material is disposed, e.g. B. on a rail or other leadership.

Vorteilhaft ist weiterhin bei der erfindungsgemäßen Ionisationsquelle, dass gefunden wurde, dass die Strömung der Gase in einem solchen jeweiligen Kapillarenkanal turbulent ist, was einen guten Eintrag der Photo-Elektronen in das Trägergas oder in das Analytgas bewirkt und zu einer sehr effektiven Ionisation und Erzeugung von bevorzugt ausschließlich negativ geladenen Ionen führt.It is also advantageous in the case of the ionization source according to the invention that it has been found that the flow of the gases in such a respective capillary channel is turbulent, resulting in a good entry of the photoelectrons into the carrier gas or into the analyte gas and to a very effective ionization and generation of preferably exclusively leads negatively charged ions.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben: Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below:

1: einen Kapillarkanal mit einer innenseitigen Beschichtung über den gesamten Querschnitt bzw. inneren Umfang des Kapillarkanals 1 a capillary channel with an inside coating over the entire cross section or inner circumference of the capillary channel

2: einen Kapillarkanal mit einer innenseitigen Beschichtung über den halben Querschnitt bzw. halben inneren Umfang des Kapillarkanals 2 : a capillary channel with an inside coating over half the cross section or half the inner circumference of the capillary channel

3: einen Kapillarkanal aus zwei einander gegenüberliegenden Wandelementen 3 a capillary channel of two opposing wall elements

4: eine Ionisationsquelle mit Aufnahmeelement für zwei Wandelemente 4 : one ionisation source with receiving element for two wall elements

5: eine Ionisationsquelle mit zwei Kapillarkanälen von denen nur einer ein Photo-Effekt-Material aufweist. 5 : one ionization source with two capillary channels of which only one has a photo-effect material.

Die 1 zeigt die voraussichtlich einfachste Ausführung einer Ionisationsquelle gemäß der Erfindung, die einen Kapillarkanal 1 umfasst, der in einer Glaskapillare ausgebildet ist. Demnach weist der Kapillarkanal 1 eine den Kanal umgebende Wandung 4 aus Glas auf, z. B. aus Quarzglas. Die 1 zeigt diese Kapillare im Schnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung.The 1 shows the probably simplest embodiment of an ionization source according to the invention, the capillary channel 1 includes, which is formed in a glass capillary. Accordingly, the capillary channel 1 a wall surrounding the channel 4 made of glass, z. B. of quartz glass. The 1 shows this capillary in section perpendicular to the extension direction.

Die innere Wandung 4a des Kapillarkanals 1 ist hier über den gesamten inneren Umfang mit einem Material 2 beschichtet, das zusammen mit dem gewählten Licht einer vorbestimmten Wellenlänge zu einem Auslösen von Photo-Elektronen aus dem Material 2 aufgrund des sogenannten äußeren Photoelektrischen-Effektes oder auch Hallwachs-Effekts führt. Die Beschichtung ist so ausgeführt, dass sie für das hier von links eingestrahlte bzw. durch die Wandung 4 durchgestrahlte Licht 3 noch teildurchlässig ist, so dass eine Beleuchtung des Materials von dem Inneren des Kanals 1 möglich ist. Die aus dem Material 2 austretenden Photo-Elektronen treten somit unmittelbar in ein Gas ein, das im Kapillarkanal strömt. Dieses Gas kann das zu untersuchende Analytgas oder ein Trägergas sein, das sich erst später mit dem Analytgas mischt.The inner wall 4a of the capillary channel 1 is here over the entire inner circumference with a material 2 coated together with the selected light of a predetermined wavelength to trigger photo-electrons from the material 2 due to the so-called external photoelectric effect or Hall wax effect leads. The coating is designed in such a way that it radiates from the left side or through the wall 4 radiated light 3 is still partially transparent, allowing illumination of the material from the interior of the channel 1 is possible. The one from the material 2 exiting photo-electrons thus enter directly into a gas flowing in the capillary channel. This gas may be the analyte gas to be analyzed or a carrier gas which mixes later with the analyte gas.

Zur Steigerung der Elektronenausbeute kann es gemäß 2 vorgesehen sein, einen in Einstrahlrichtung des Lichtes 3 zunächst kommenden Wandbereich 4b des Kanals 1 ohne Beschichtung auszuführen, so dass dieser maximal mögliche Transparenz für das Licht hat. Der später folgende Wandbereich 4c ist direkt in Einfallsrichtung liegend nach dem Inneren des Kanals 1 angeordnet und möglichst alleinig beschichtet, insbesondere in möglichst hoher Dichte, besonders so, dass kein Licht transmittiert wird. So kann eine maximale Lichtintensität auf diese Schicht des Materials 2 auftreffen und eine hohe Anzahl von Elektronen erzeugen. Die Beschichtung ist hier über den halben inneren Umfang des Kanals ausgeführt. Die Länge der Beschichtung in axialer Richtung des Kanals kann ganz allgemein bei allen Ausführungen beliebig gewählt werden und im Extremum über die gesamte Länge des Kapillarkanals führen.To increase the electron yield, it can according to 2 be provided, one in the direction of the light 3 next coming wall area 4b of the canal 1 without coating, so that this maximum possible transparency for the light has. The later following wall area 4c is directly in the direction of incidence lying to the interior of the channel 1 arranged and possibly coated alone, especially in the highest possible density, especially so that no light is transmitted. So can a maximum light intensity on this layer of the material 2 impinge and generate a high number of electrons. The coating is designed here over half the inner circumference of the channel. The length of the coating in the axial direction of the channel can generally be chosen arbitrarily in all embodiments and lead in the extremum over the entire length of the capillary.

Die 3 zeigt eine Ausführung, bei welcher der Kanal 1 durch zwei Wandelemente 4b und 4c gebildet ist, die in ihren aufeinander zuweisenden Oberflächen jeweils einen Teil 1a des Kanals aufweisen und somit erst durch das Zusammenfügen den gesamten Kanal 1 ausbilden. Das in Einfallsrichtung des Lichtes 3 liegende erste Wandelement 4b kann hier transparent ausgeführt sein, z. B. aus Glas/Quarzglas. Das folgende Element 4c ist in diesem Beispiel vollständig aus dem Photo-Effekt-Material gefertigt, z. B. aus Silber oder einem anderen geeigneten Material. Hier wäre es auch möglich das Element 4c aus Glas/Quarzglas zu fertigen und zu beschichten. Beide Wandelemente 4b und 4c weisen eine im Querschnitt halbkreisförmige Rille 1a auf, die nach zusammenfügen einen im Querschnitt runden Kanal 1 ergeben.The 3 shows an embodiment in which the channel 1 through two wall elements 4b and 4c is formed, each in their facing surfaces a part 1a of the channel and thus only by joining the entire channel 1 form. That in the direction of the light 3 lying first wall element 4b can be made transparent here, z. As glass / quartz glass. The following element 4c is made entirely from the photo-effect material in this example, e.g. B. of silver or other suitable material. Here it would also be possible the element 4c made of glass / quartz glass to manufacture and coat. Both wall elements 4b and 4c have a semi-circular cross-section groove 1a on, after joining together a round in cross-section channel 1 result.

Die 4 zeigt ein Aufnahmeelement 5, in das die beiden Wandelemente 4b und 4c der 3 eingelegt werden können. Erkennbar ist hier, dass das Aufnahmeelement 5 in Erstreckungsrichtung des zwischen den Wandelementen gebildeten Kanals 1 zu beiden Seiten Anschlusselemente 6 aufweist, mit einem korrespondierenden Kapillarkanalabschnitt, der jeweils in den Kanal 1 zwischen den Wandelementen übergeht bzw. damit fluchtet. Diese Anschlusselemente 6 sind hier kapillarartig ausgebildet, so dass eines der Elemente 6 an ein Massenspektrometer angeschlossen werden kann und durch das andere das Analytgas zugeführt werden kann.The 4 shows a receiving element 5 , in which the two wall elements 4b and 4c of the 3 can be inserted. Visible here is that the receiving element 5 in the extension direction of the channel formed between the wall elements 1 on both sides connection elements 6 having a corresponding Kapillarkanalabschnitt, each in the channel 1 passes between the wall elements or aligned with it. These connection elements 6 are here capillary-shaped, so that one of the elements 6 can be connected to a mass spectrometer and through the other the analyte gas can be supplied.

Die 4 verdeutlicht auch, dass sich ein Bereich einer Länge L ergibt, in dem Photo-Elektronen erzeugt werden können, da sich das hintere Wandelement 4c über diese Länge erstreckt. Durch Änderung der Position eines einfallenden Lichtbündels oder einer nicht gezeigten Lichtquelle entlang dieser zur Verfügung stehenden Länge L kann die Transferstrecke im Kanal 1 eingestellt werden, die die Analytionen bis zum Eingang des Massenspektrometer durchlaufen, der durch die Mündungsöffnung 1b des hier rechts gezeigten Anschlusselementes gegeben ist.The 4 also illustrates that there is a region of length L in which photoelectrons can be generated since the back wall element 4c extends over this length. By changing the position of an incident light beam or a light source not shown along this available length L, the transfer distance in the channel 1 are adjusted, which pass through the analyte ions to the entrance of the mass spectrometer, through the orifice 1b of the connecting element shown on the right is given.

Die 5 zeigt eine Ausführung einer Ionisationsquelle mit Lichtquelle 10 zur Erzeugung von Licht 3 und mit zwei Kapillarkanälen 1 und 7, die sich unter einen spitzen Winkel Alpha kreuzen. Hier ist es vorgesehen, dass nur der Kapillarkanal 1 einen Bereich mit einem Photo-Effekt-Material 2, z. B. als innere Wandbeschichtung aufweist und dass nur dieser Bereich durch das Licht 3 einer Lichtquelle 10 beleuchtet ist, hingegen nicht der Kapillarkanal 7. Ggfs. ist dafür eine hier nicht gezeigte Abschirmung vorzusehen.The 5 shows an embodiment of an ionization source with light source 10 for generating light 3 and with two capillary channels 1 and 7 that intersect at an acute angle alpha. Here it is envisaged that only the capillary channel 1 an area with a photo effect material 2 , z. B. as an inner wall coating and that only this area by the light 3 a light source 10 but not the capillary channel 7 , If necessary. is to provide a shield not shown here.

Es kann hier durch den Kanal 1 ein Trägergas 9 in Richtung zur Mündungsöffnung 1b strömen, welches die Photo-Elektronen aufnimmt und zur Verbindungsstelle 11 mitführt. Durch den Kanal 7 hingegen wird das zu untersuchende Analytgas 8 geführt, das in gleicher Richtung zur Mündung 1b strömt und sich an der Verbindungsstelle 11 mit dem Trägergas 9 mischt und die Elektronen sodann auf das Analytgas ionisierend wirken. Der Weg vom Ionisationsort 11, der stromabwärts der Erzeugungsstelle der Photoelektronen liegt, bis zur Mündungsöffnung 1b der Ionisationsquelle ist hierdurch besonders kurz.It can be through the channel here 1 a carrier gas 9 towards the mouth opening 1b flow, which receives the photo-electrons and the junction 11 carries. Through the channel 7 while the analyte gas to be analyzed becomes 8th led, in the same direction to the mouth 1b flows and is at the junction 11 with the carrier gas 9 mixes and the electrons then act ionizing on the analyte gas. The way from the ionization site 11 , which is located downstream of the photoelectron generation site, to the orifice 1b the ionization source is thereby particularly short.

In dieser Ausführung weist der Kanal 7, der das Analytgas 8 führt eine gerade Erstreckung auf, wohingegen der Kanal 1 abknickend verläuft. Ab der Verbindungsstelle 11 verlaufen beide verbundenen Kanäle identisch.In this embodiment, the channel points 7 that is the analyte gas 8th performs a straight extension, whereas the channel 1 kinking runs. From the junction 11 Both connected channels are identical.

Claims

Ionization source for a mass spectrometer, characterized in that it comprises a capillary channel ( 1 ) into which a gas can be supplied and which at one of its ends into an opening ( 1b ), which is connectable to a mass spectrometer, wherein the capillary channel ( 1 ) in its interior at least in a region of its extension a photo-effect material ( 2 ), from which by irradiation with light ( 3 ) are caused by the photoelectric effect electrons, wherein the wall ( 4 ) of the capillary channel ( 1 ) in this area for the photo-effect-triggering light ( 3 ) is at least partially transparent.

Ionization source according to claim 1, characterized in that the inner wall ( 4a ) of the capillary channel ( 1 ) in this area at least partially with the photo-effect material ( 2 ) is coated, in particular such that the coated inner wall ( 4a ) for externally through the wall of the capillary channel radiated light, in particular perpendicular to the extension of the capillary channel ( 1 ) through the wall ( 4 ) transmitted light, at least partially transparent.

Ionization source according to one of the preceding claims, characterized in that in the direction of irradiation of the light ( 3 ), in particular perpendicular to the extension of the capillary channel ( 1 ) first arranged wall ( 4b ) of the capillary channel ( 1 ) for the light ( 3 ) is transparent and in particular exclusively in the direction of irradiation subsequent wall ( 4c ), in particular up to half of the Kapillarkanalinnenumfangs, with the material ( 2 ) is coated or this wall ( 4b ) completely out of the material ( 2 ) consists.

Ionization source according to claim 3, characterized in that the capillary channel ( 1 ) is formed at least in sections, in particular in the aforementioned area, between two adjoining / stackable wall elements ( 4b . 4c ) in each of their facing surfaces a part, in particular a half of the capillary channel ( 1 ), in particular wherein one of the wall elements ( 4b ) from one for the light ( 3 ) transparent material, in particular quartz glass is formed and the other element ( 4c ) completely from the photo-effect material ( 2 ) or with this photo-effect material ( 2 ) is coated.

Ionization source according to claim 4, characterized in that the respective part of the capillary channel ( 1 ) in each of the wall elements ( 4b . 4c ) as an extension direction of the capillary channel ( 1 ) running groove / groove ( 1a ), in particular formed with a semicircular cross-section.

Ionisation source according to claim 4 or 5, characterized in that it comprises a receiving element ( 5 ) into which the two the capillary channel ( 1 ) at least partially forming wall elements ( 4b . 4c ) can be inserted and fastened or one of the wall elements ( 4c ) and the other ( 4b ) is insertable, wherein the Receiving element ( 5 ) on both sides of the extent of the between the wall elements ( 4b . 4c ) formed capillary channel ( 1 ) Connection elements ( 6 ) into which the capillary channel ( 1 ) terminates and / or passes, in particular wherein the connecting elements ( 6 ) are formed as Kapillarstücke.

Ionization source according to one of the preceding claims, characterized in that the capillary channel ( 1 ) with the photo-effect material ( 2 ) a first capillary channel ( 1 ) forms the ionization source and at least one further capillary channel ( 7 ) is present, in particular with the same cross-section, in the flow direction after the area with the photo-effect material ( 2 ) in the first capillary channel ( 1 ), in particular at an angle (α) of 6 to 90 degrees.

Ionization source according to claim 7, characterized in that all capillary channels ( 1 . 7 ) in each case to a part as to the overall cross-section complementary gutter / groove in two adjacent wall elements ( 4b . 4c ) are formed.

Ionization source according to one of the preceding claims, characterized in that the distance of the ionization site and / or electron production location relative to the orifice ( 1b ) of the capillary channel ( 1 ) is adjustable by changing the irradiation location of the light ( 3 ) along the aforementioned area of the capillary channel ( 1 ) within which the photo-effect material ( 2 ) is arranged.

Method for generating analyte ions for examination in a mass spectrometer, in which an analyte gas is passed through an at least one capillary channel ( 1 . 7 ) ionization source flows into a mass spectrometer, characterized in that in at least one capillary channel ( 1 ) by illuminating a photo-effect material ( 2 ) Electrons are generated directly in the material ( 2 ) passing analyte gas ( 8th ) or first into a carrier gas ( 9 ) and via this into the analyte gas ( 8th ) and in the analyte gas ( 8th ) form exclusively negatively charged analyte ions.