DE102018106412A1 - Teilchenspektrometer und Teilchenspektrometrieverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Teilchenspektrometer und Teilchenspektrometrieverfahren zum Analysieren eines entlang eines Teilchenpfades verlaufenden Teilchenpulses, wobei der Teilchenpuls an einer Kreuzungsposition zur Überlagerung mit einem Photonenpuls gebracht wird, sodass ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses mittels des Photonenpulses elektrisch umgeladen wird, und wobei anschließend mittels eines Analysators die umgeladenen Teilchen separiert und die umgeladenen oder die nicht umgeladenen Teilchen separat mittels eines Teilchendetektors detektiert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Teilchenspektrometrieverfahren und ein Teilchenspektrometer, z.B. zur Massenspektrometrie oder Energiespektrometrie.
• Mit Hilfe von Teilchenspektrometern kann ein zu untersuchender Teilchenstrom näher charakterisiert werden, z.B. hinsichtlich der Masse und/oder (kinetischen) Energie der Teilchen des Teilchenstroms. Mittels eines Teilchenspektrometers kann der Teilchenstrom in Abhängigkeit von definierten Parametern seiner Teilchen, z.B. in Abhängigkeit von der Masse und/oder (kinetischen) Energie und/oder elektrischen Ladung der Teilchen, in ein Spektrum zerlegt werden oder die einem vorgegebenen Parameterbereich zugehörigen Teilchen aus dem Teilchenstrom herausgefiltert und detektiert werden.
• Teilchenspektrometer können z.B. als Massenspektrometer fungieren, mittels derer die Masse und/oder Massenverteilung der Teilchen des Teilchenstroms ermittelbar ist oder mittels derer die Teilchen einer vorgegebenen Masse aus dem Teilchenstrom herausgefiltert und detektiert werden können. Als ein weiteres Beispiel können Teilchenspektrometer als Energiespektrometer fungieren, mittels derer die (kinetische) Energie und/oder Energieverteilung der Teilchen des Teilchenstroms ermittelbar ist oder mittels derer die Teilchen einer vorgegebenen (kinetischen) Energie aus dem Teilchenstrom herausgefiltert und detektiert werden können.
• Zur Massenspektrometrie wird in der Regel das zu untersuchende Material in die Teilchenform bzw. Gasphase überführt und ionisiert. Als Teilchen werden hier z.B. Atome, Moleküle und Molekülfragmente bezeichnet. Die so generierten Ionen werden unter Erzeugung eines Teilchenstromes mittels eines elektrischen Feldes beschleunigt und einem Analysator zugeführt. Mittels des Analysators werden die Ionen nach vorgegebenen Parametern (z.B. nach dem Verhältnis von Masse zu Ladung der Ionen) separiert oder Ionen mit vorgegebenen Parametern aus dem Teilchenstrom herausfiltert. Anschließend werden die separierten bzw. herausgefilterten Ionen detektiert, z.B. indem für den Fall, dass mittels des Analysators eine räumliche Separation der Ionen erfolgt, eine ortsaufgelöste Detektion der Ionen erfolgt, oder indem für den Fall, dass mittels des Analysators lediglich bestimmte Ionen aus dem Teilchenstrome herausgefiltert werden, diese herausgefilterten Ionen detektiert werden.
• Zur Energiespektrometrie kann z.B. ein Teilchenstrom mit Teilchen einer vorgegebenen Energieverteilung (z.B. ein monoenergetischer oder nahezu monoenergetischer Teilchen- oder Ionenstrom) auf eine zu untersuchende Probe gerichtet werden und die nach dem Durchlaufen der Probe resultierende Energieverteilung mittels eines Analysators analysiert werden, woraus z.B. Rückschlüsse auf die innere Struktur der Probe möglich sind. Mittels des Analysators werden die Teilchen nach vorgegebenen Parametern (z.B. nach ihrer kinetischen Energie) separiert oder Teilchen mit vorgegebenen Parametern aus dem Teilchenstrom herausgefiltert und detektiert.
• Dementsprechend weisen Teilchenspektrometer in der Regel eine Ionenquelle zum Erzeugen eines Teilchenstroms, einen Analysator zum Separieren der Ionen anhand vorgegebener Parameter oder zum Herausfiltern von Ionen mit vorgegebenen Parametern aus dem Teilchenstrom, und einen Detektor zum Erfassen der separierten bzw. herausgefilterten Ionen auf. Für Teilchenspektrometer sind unterschiedliche Arten von Analysatoren bekannt, z.B. Analysatoren basierend auf elektrischen und/oder magnetischen Feldern (z.B. in Sektorfeld-Massenspektrometern oder Quadrupol-Massenspektrometern) oder Analysatoren basierend auf Flugzeitunterschieden bzw. Flugzeitmessungen (z.B. in Flugzeitmassenspektrometern).
• Bei herkömmlichen Teilchenspektrometern ist die erzielbare Genauigkeit und Auflösung (z.B. die erzielbare Massen- oder Energieauflösung) auch durch die zeitliche Messgenauigkeit und Zeitauflösung der Teilchendetektoren eingeschränkt, die zur Detektion der mittels des Analysators separierten bzw. herausgefilterten Teilchen dienen.
• Die zeitliche Messgenauigkeit eines Teilchendetektors gibt an, mit welcher Genauigkeit der Zeitpunkt des Auftreffens eines Teilchens auf den Teilchendetektor bestimmbar ist. Die zeitliche Messgenauigkeit kann z.B. durch die Angabe einer Messungenauigkeit (Δt) derart charakterisiert werden, dass der tatsächliche Auftreffzeitpunkt (z.B. mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit) innerhalb eines Zeitintervalls (t ± Δt) liegt, das sich beidseitig eines Mittelwertes (t) um die Messungenauigkeit erstreckt. Der Mittelwert (t) wird auch als der gemessene Auftreffzeitpunkt bezeichnet. Demgemäß liegt der tatsächliche Auftreffzeitpunkt (z.B. mit der vorgegebenen Wahrscheinlichkeit) innerhalb eines Zeitintervalls, wobei die Breite des Zeitintervalls der doppelten Messungenauigkeit entspricht.
• Die Zeitauflösung eines Teilchendetektors gibt an, wie groß der zeitliche Abstand zwischen dem aufeinanderfolgenden Auftreffen zweier Teilchen auf dem Teilchendetektor mindestens sein muss, um mittels des Teilchendetektors als separates Auftreffen zweier Teilchen identifizierbar zu sein, sodass diese Teilchen mittels des Teilchendetektors separat detektiert und voneinander unterschieden werden können.
• Für herkömmliche Ionendetektoren (z.B. Mikrokanalplatten oder andere Sekundärelektronenvervielfacher) beträgt die erreichbare zeitliche Messungenauigkeit mehr als 5 ps und die erreichbare Zeitauflösung liegt bei über 100 ps.
• Die mit herkömmlichen Detektoren erzielbare Genauigkeit und Auflösung ist jedoch nicht für alle Anwendungsfälle ausreichend. In anderen Fällen erfordern herkömmliche Teilchenspektrometer zum Erzielen einer hinreichend guten Genauigkeit oder Auflösung einen hohen Aufwand und/oder einen komplexen Aufbau bzw. Ablauf.
• Für Teilchenpulse mit Teilchen unterschiedlicher Masse und/oder unterschiedlicher kinetischer Energie separieren sich die Teilchen zunehmend zeitlich und räumlich, d.h. mit zunehmendem zurückgelegtem Propagationsweg wächst sowohl die zeitliche Pulsdauer als auch die räumliche Pulslänge eines derartigen Teilchenpulses (auch als Auseinanderlaufen des Teilchenpulses bezeichnet), da die Teilchen in Abhängigkeit von ihrer Masse und kinetischen Energie unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen. Mittels Analysatoren kann diese Separation verstärkt werden und/oder bestimmte Teilchen aus dem Teilchenpuls entfernt werden. Doch selbst dann genügt in vielen Fällen die Messgenauigkeit und Zeitauflösung herkömmlicher Teilchenspektrometer bzw. Teilchendetektoren nicht zur Trennung bzw. separaten Detektion bestimmter Teilchen, z.B. von Isobaren. Isobare sind Nuklide unterschiedlicher chemischer Elemente und somit unterschiedlicher Kernladungszahl, jedoch gleicher Anzahl von Nukleonen und somit gleicher Massenzahl.
• Durch die Erfindung werden ein Teilchenspektrometrieverfahren und ein Teilchenspektrometer bereitgestellt, mittels derer unkompliziert eine hohe Genauigkeit und Auflösung ermöglicht ist, insbesondere hinsichtlich der Zeit-, Massen- und/oder Energiebestimmung. Das Teilchenspektrometer kann z.B. ein Massenspektrometer oder ein Energiespektrometer sein.
• Gemäß dem Funktionsprinzip der Erfindung wird ein zu analysierender Teilchenpuls bereitgestellt, d.h. ein aus Teilchen bestehender Puls. Bei den Teilchen kann es sich z.B. um elektrisch geladene oder neutrale Teilchen (Atome, Moleküle oder Molekülfragmente) handeln. Ein derartiger Teilchenpuls kann z.B. in Form eines Ionenpulses bereitgestellt werden, d.h. eines aus Ionen bestehenden Pulses, wobei ein Ion z.B. ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül oder ein sonstiges elektrisch geladenes Teilchen sein kann. Der Teilchenpuls verläuft entlang eines Teilchenpfades, d.h. bewegt sich entlang des Teilchenpfades.
• Zur Analyse des Teilchenpulses wird ein Photonenpuls verwendet, mittels dessen zumindest ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses elektrisch umgeladen werden kann (z.B. mittels direkter Umladung oder mittels Anregung der elektronischen Zustände des Teilchens mit anschließender Umladung). Ein derartiger Photonenpuls kann z.B. in Form eines Laserpulses vorliegen. Eine elektrische Umladung von Teilchen wie Atomen, Molekülen oder Ionen mittels Photonen kann z.B. basierend auf dem Photoeffekt, dem Compton-Effekt oder dem Kernphotoeffekt erfolgen. Eine elektrische Umladung kann z.B. in einer Ladungsneutralisierung zuvor ionisierter Teilchen, in einer Ionisierung zuvor neutraler Teilchen, oder in einer Erhöhung des Betrages der lonenladung bzw. der Ladungszahl zuvor bereits ionisierter Teilchen bestehen.
• Der Photonenpuls wird derart erzeugt bzw. geführt, dass er den Teilchenpfad an einer Position kreuzt, wobei diese Position auch als Kreuzungsposition bezeichnet wird. Bei zeitlicher Synchronisierung des Teilchenpulses und des Photonenpulses derart, dass der Photonenpuls an der Kreuzungsposition auf Teilchen des Teilchenpulses trifft, die mittels des Photonenpulses elektrisch umladbar sind, erfolgt ein elektrisches Umladen dieser Teilchen.
• Mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes können die umgeladenen Teilchen von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses separiert werden und anschließend mittels eines Teilchendetektors detektiert werden. Das elektrische und/oder magnetische Feld kann z.B. mittels eines Analysators erzeugt werden, der zum Separieren von Teilchen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist. Der Analysator kann z.B. zum Separieren von Teilchen basierend auf ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis ausgebildet sein, d.h. basierend auf dem Verhältnis der Masse der Teilchen zu deren elektrischer Ladung. Alternativ oder zusätzlich dazu kann z.B. vorgesehen sein, dass der Analysator zum Separieren von Teilchen basierend auf ihrem Energie-zu-Ladung-Verhältnis ausgebildet ist, d.h. basierend auf dem Verhältnis der kinetischen Energie der Teilchen zu deren elektrischer Ladung.
• Indem die mittels des Photonenpulses umgeladenen Teilchen selektiert und detektiert werden, entspricht die erzielbare zeitliche Messungenauigkeit und Zeitauflösung im Wesentlichen der zeitlichen Pulsbreite bzw. Pulsdauer des Photonenpulses. Da Photonenpulse unkompliziert mit sehr geringer Pulsdauer erzeugt werden können, ist ein zeitlich hoch präziser Nachweis von Teilchen ermöglicht. Insbesondere ist mittels der erfindungsgemäßen Teilchenspektrometrie unkompliziert eine hohe zeitliche Messgenauigkeit und Auflösung und somit z.B. eine hohe Genauigkeit und Auflösung hinsichtlich der Massen- oder Energiebestimmung ermöglicht. Zudem können die zeitliche Messungenauigkeit und die Zeitauflösung, die mittels des Teilchenspektrometers erzielbar sind, unabhängig von der zeitlichen Messungenauigkeit und Zeitauflösung des verwendeten Teilchendetektors gehalten werden, insbesondere kleiner sein als die Messungenauigkeit und/oder die Zeitauflösung des Teilchendetektors. Dadurch können bisher unerreichbare zeitliche Messgenauigkeiten und Auflösungen und so eine bisher unerreichbare Separation von Teilchen bezüglich ihrer Massen oder Energien erzielt werden, wodurch z.B. eine Isobaren-Separation mit Massenspektrometern in Form von Tischgeräten realisierbar sind.
• Durch die Erfindung werden eine Vorrichtung (ein Teilchenspektrometer) und ein Verfahren (ein Teilchenspektrometrieverfahren) zur Realisierung des vorstehend erläuterten Funktionsprinzips bereitgestellt. Das Teilchenspektrometer ist zum Durchführen des Teilchenspektrometrieverfahrens ausgebildet. Das Verfahren und die Vorrichtung werden nachstehend gemeinsam erläutert, wobei mit Bezug auf das Verfahren beschriebene Merkmale analog für die Vorrichtung angewendet werden können und umgekehrt.
• Das Teilchenspektrometer dient zum Analysieren der Teilchen eines Teilchenpulses, der sich entlang eines Teilchenpfades bewegt. Der Teilchenpuls kann z.B. ein Ionenpuls sein. Der Teilchenpfad entspricht der Trajektorie des Teilchenpulses und kann z.B. innerhalb einer Vakuumkammer des Teilchenspektrometers verlaufen.
• Das Teilchenspektrometer weist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Photonenpulsen auf, wobei diese Vorrichtung auch als Photonenpuls-Generator bezeichnet wird. Der Photonenpuls-Generator ist zum Erzeugen von Photonenpulsen (d.h. Pulsen von Photonen) ausgebildet, die auf eine Position auf dem Teilchenpfad gerichtet sind bzw. den Teilchenpfad an einer Position kreuzen, wobei diese Position auch als Kreuzungsposition bezeichnet wird. Das Teilchenspektrometer kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die von dem Photonenpuls-Generator erzeugten Photonenpulse (z.B. mittels einer optischen Führungseinrichtung) auf die Kreuzungsposition geführt werden. Der Photonenpuls-Generator kann z.B. zum Erzeugen von Laserpulsen als Photonenpulsen ausgebildet sein, demgemäß kann der Photonenpuls-Generator z.B. ein Laser sein, insbesondere ein gepulster Laser. Alternativ dazu kann z.B. ein Synchrotron oder ein Freie-Elektronen-Laser als Photonenpuls-Generator fungieren.
• Das Teilchenspektrometer kann derart ausgebildet sein, dass die Photonenpulse auf die Kreuzungsposition fokussiert werden. Das Teilchenspektrometer kann z.B. eine Fokussiereinrichtung aufweisen (auch als Photonenpuls-Fokussiereinrichtung bezeichnet), die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihr die Photonenpulse auf die Kreuzungsposition fokussiert werden. Die Photonenpuls-Fokussiereinrichtung kann z.B. eine Fokussieroptik sein.
• Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Teilchenspektrometer derart ausgebildet sein, dass die Teilchenpulse auf die Kreuzungsposition fokussiert werden. Das Teilchenspektrometer kann z.B. eine weitere Fokussiereinrichtung aufweisen (auch als Teilchenpuls-Fokussiereinrichtung bzw. lonenpuls-Fokussiereinrichtung bezeichnet), die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von ihr die Teilchenpulse auf die Kreuzungsposition fokussiert werden. Für den Fall, dass die Teilchenpulse Ionenpulse sind, kann die Teilchenpuls-Fokussiereinrichtung z.B. eine ionenoptische Fokussiereinrichtung sein.
• Das Teilchenspektrometer ist derart ausgebildet, dass ein zu analysierender Teilchenpuls an der Kreuzungsposition mit einem von dem Photonenpuls-Generator erzeugten Photonenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann. Das Teilchenspektrometer ist insbesondere zum Erzeugen eines Photonenpulses (mittels des Photonenpuls-Generators) derart ausgebildet, dass ein zu analysierender Teilchenpuls an der Kreuzungsposition mit dem Photonenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann. Das Teilchenspektrometer ist also zum zeitlichen Synchronisieren des Photonenpulses mit dem Teilchenpuls derart ausgebildet, dass der Photonenpuls an der Kreuzungsposition mit dem Teilchenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann, d.h. dass im Betrieb z.B. jeweils ein Teilchenpuls und ein Photonenpuls an der Kreuzungsposition zeitlich und räumlich überlappen können. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Photonenpuls den Teilchenpuls teilweise oder vollständig überlagert, d.h. dass lediglich ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses oder alle Teilchen des Teilchenpulses von dem Photonenpuls überlagert bzw. getroffen werden und mit dem Photonenpuls in Wechselwirkung treten. Bevorzugt erfolgt eine lediglich teilweise Überlagerung des Photonenpulses mit dem Teilchenpuls, wobei lediglich ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses von dem Photonenpuls erfasst wird (und nicht alle Teilchen des Teilchenpulses). Das Teilchenspektrometer kann z.B. derart ausgebildet sein, dass ein Teilchenpuls an der Kreuzungsposition mit einem Photonenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann, indem das Teilchenspektrometer zum entsprechenden Ansteuern des Photonenpuls-Generators ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Teilchenpuls mit mehreren (z.B. zwei) aufeinanderfolgenden Photonenpulsen überlagert wird, z.B. indem ein Teilchenpuls mit einer entsprechend großen Breite bereitgestellt wird und/oder die Photonenpulse mit einer entsprechend großen Wiederholrate erzeugt werden. Damit können z.B. gezielt unterschiedliche Isobare in einem Teilchenpuls getrennt werden.
• Es kann auch vorgesehen sein, dass das Teilchenspektrometer eine Führungseinrichtung zum optischen Führen des Photonenpulses (zu der Kreuzungsposition hin) aufweist, wobei die Führungseinrichtung einen Lichtweg mit einer variabel einstellbaren Länge definiert. Das Teilchenspektrometer kann mittels Ansteuerns der Führungseinrichtung zum Einstellen der Länge des Lichtweges (und somit auch der Ankunftszeit des Photonenpulses an der Kreuzungsposition) derart ausgebildet sein, dass ein zu analysierender Teilchenpuls an der Kreuzungsposition mit einem von dem Photonenpuls-Generator erzeugten Photonenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann. Die Führungseinrichtung ist im Lichtweg der Photonenpulse zwischen dem Photonenpuls-Generator und der Kreuzungsposition angeordnet und definiert den Lichtweg der Photonenpulse, wobei mittels Einstellens der Länge des Lichtweges die Zeit des Eintreffens eines Photonenpulses an der Kreuzungsposition einstellbar ist. Die Führungseinrichtung wird auch als Photonenpuls-Führungseinrichtung bezeichnet und kann z.B. eine Spiegelanordnung mit zwei gegeneinander bewegbaren (z.B. gegeneinander verschiebbaren und/oder neigbaren) Spiegeln sein. Das Teilchenspektrometer kann z.B. zum Ansteuern des Photonenpuls-Generators und/oder der Photonenpuls-Führungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass ein Teilchenpuls an der Kreuzungsposition mit einem Photonenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann.
• Gemäß einer Ausführungsform ist das Teilchenspektrometer zum variablen Einstellen des zeitlichen Versatzes zwischen dem Eintreffen des Teilchenpulses und dem Eintreffen des Photonenpulses an der Kreuzungsposition ausgebildet, z.B. indem das Teilchenspektrometer zum entsprechenden Ansteuern des Photonenpuls-Generators und/oder der Photonenpuls-Führungseinrichtung ausgebildet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass nacheinander mehrere Teilchenpulse bereitgestellt werden und jeder der Teilchenpulse derart zur Überlagerung mit einem Photonenpuls gebracht wird, dass die Photonenpulse jeweils mit unterschiedlichem zeitlichem Versatz bezüglich des zugehörigen Teilchenpulses an der Kreuzungsposition eintreffen.
• Der zeitliche Versatz zwischen dem Eintreffen des Teilchenpulses und dem Eintreffen des Photonenpulses an der Kreuzungsposition kann positiv, null oder negativ sein. Demgemäß kann der zeitliche Versatz derart eingestellt werden, dass der Teilchenpuls vor dem Photonenpuls an der Kreuzungsposition eintrifft, der Teilchenpuls nach dem Photonenpuls an der Kreuzungsposition eintrifft, oder der Teilchenpuls zeitgleich mit dem Photonenpuls an der Kreuzungsposition eintrifft. Auch wenn der Photonenpuls vor oder nach dem Teilchenpuls an der Kreuzungsposition eintrifft, kann mittels entsprechender Wahl bzw. Einstellung des zeitlichen Versatzes, der Pulsdauer des Photonenpulses und der Pulsdauer des Teilchenpulses eine zumindest teilweise Überlagerung zwischen dem Teilchenpuls und dem Photonenpuls erfolgen.
• Indem der zeitliche Versatz zwischen dem Eintreffen des Teilchenpulses und des Photonenpulses an der Kreuzungsposition variabel einstellbar ist, können unterschiedliche Abschnitte eines Teilchenpulses mittels eines Photonenpulses erfasst und untersucht werden, z.B. indem untersucht wird, wie viele Teilchen in einem bestimmten Abschnitt des Teilchenpulses von dem Photonenpuls elektrisch umgeladen werden. Beim Betreiben des Teilchenspektrometers kann insbesondere vorgesehen sein, dass nacheinander mehrere (z.B. identische) Teilchenpulse analysiert werden, wobei jeder Teilchenpuls mittels eines Photonenpulses analysiert wird und somit unterschiedliche Abschnitte des Teilchenpulses analysiert werden können, indem die Photonenpulse jeweils mit unterschiedlichem zeitlichen Versatz bezüglich der Teilchenpulse an der Kreuzungsposition eintreffen.
• Der Photonenpuls-Generator ist derart ausgebildet, dass mittels der von ihm erzeugten Photonenpulse zumindest ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses elektrisch umgeladen werden kann, d.h. dass mittels der von ihm erzeugten Photonenpulse einige oder alle Teilchen des Teilchenpulses unter Änderung ihrer elektrischen Ladung umgeladen werden können. Der Photonenpuls-Generator kann z.B. zum Erzeugen von Photonenpulsen mit Photonen mit einer Photonenenergie derart ausgebildet sein, dass die Photonenenergie zum (z.B. selektiven) elektrischen Umladen einiger oder aller der Teilchen des Teilchenpulses führt. Des Weiteren kann der Photonenpuls-Generator z.B. zum Erzeugen von Photonenpulsen mit einer derart hohen Intensität ausgebildet sein, dass die Photonenpulse zum elektrischen Umladen einiger oder aller Teilchen des Teilchenpulses führen.
• Das Teilchenspektrometer kann somit zum Analysieren von Teilchenpulsen eingesetzt werden, die Teilchen aufweisen oder aus Teilchen bestehen, welche mittels der Photonenpulse elektrisch umgeladen werden können. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Teilchenpuls Teilchen aufweist, die mittels Zuführens einer Umladungsenergie oder einer dieselbe übersteigenden Energie elektrisch umgeladen werden können, und dass der Photonenpuls-Generator ausgebildet ist zum Erzeugen von Photonenpulsen mit Photonen, deren Photonenenergie mindestens der Umladungsenergie entspricht. Eine derartige Umladungsenergie kann z.B. für Atome und andere neutrale Teilchen durch die (erste) Ionisierungsenergie gegeben sein. Als ein weiteres Beispiel kann eine derartige Umladungsenergie für positive Ionen mit der Ladungszahl n durch die (n+1)-te Ionisierungsenergie gegeben sein (also z.B. für einfach positiv geladene Ionen durch die zweite Ionisierungsenergie). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Teilchenpuls Teilchen aufweist oder aus Teilchen besteht, die mittels Photonen mit einer vorgegebenen minimalen Photonenenergie elektrisch umgeladen werden können, und dass der Photonenpuls-Generator ausgebildet ist zum Erzeugen von Photonenpulsen mit Photonen, deren Photonenenergie mindestens der vorgegebenen minimalen Photonenenergie entspricht. Demgemäß können mittels der Photonen solche Teilchen umgeladen werden, die eine Umladungsenergie aufweisen, die kleiner oder gleich der Photonenenergie ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Photonenenergie genau zum entsprechenden Übergang passt und somit gleich der Umladungsenergie ist, in diesem Fall kann die (weitere) Ionisation resonant und somit mit einer wesentlich höheren Wahrscheinlichkeit erfolgen.
• Sofern die Photonenenergie der Photonen der Umladungs-Photonenpulse nicht zur Ionisation der Teilchen des Teilchenpulses ausreicht, d.h. kleiner ist als die erforderliche Umladungsenergie, kann vorgesehen sein einen Hilfslaser zu nutzen um die Teilchen in einen angeregten (aber nicht ionisierten) Zustand zu heben. Von diesem angeregten Zustand ausgehend kann dann mittels des Umladungs-Photonenpulses eine Ladungsänderung bzw. (weitere) Ionisierung ausgelöst werden. Bei den Teilchen des Teilchenpulses kann es sich somit auch um elektronisch angeregte Teilchen handeln.
• Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Photonenpuls-Generator zum Erzeugen von Photonenpulsen ausgebildet ist, welche Photonen mit einer Photonenenergie von mindestens 0,8 eV aufweisen oder daraus bestehen, bevorzugt Photonen mit einer Photonenenergie von mindestens 3 eV, z.B. von mindestens 5 eV (wobei eV die Energieeinheit Elektronenvolt bezeichnet). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Photonenpulse Photonen mit Photonenenergien aus dem infraroten Spektralbereich (z.B. Photonen mit einer Wellenlänge von 780 nm bis 1500 nm bzw. einer Photonenenergie von ca. 0,8 eV bis 1,6 eV), aus dem sichtbaren Spektralbereich (z.B. Photonen mit einer Wellenlänge von 380 nm bis 780 nm bzw. einer Photonenenergie von ca. 1,6 eV bis 3,3 eV), aus dem ultravioletten Spektralbereich (z.B. Photonen mit einer Wellenlänge von 10 nm bis 380 nm bzw. einer Photonenenergie von ca. 3,3 eV bis 124 eV) oder aus dem Röntgen-Spektralbereich (z.B. Photonen mit einer Wellenlänge von kleiner als 10 nm bzw. einer Photonenenergie von mehr als ca. 124 eV) aufweisen oder daraus bestehen. Mittels derartiger Photonenenergien kann z.B. eine effektive Ionisation unter Ausbildung einfach oder mehrfach geladener Ionen erfolgen.
• Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Photonenpuls-Generator (unabhängig von der Photonenenergie der von ihm erzeugten Photonen) zum Erzeugen von Photonenpulsen mit einer Leistungsdichte pro Puls von mehr als 10⁷W/cm², bevorzugt mehr als 10¹⁰ W/cm², besonders bevorzugt mehr als 10¹⁴ W/cm², ausgebildet ist. Mit derartigen Photonenpulsen können multiphotoneninduzierte Umladungen in einem Teilchenpuls generiert werden. Bei Verwendung derartiger Photonenpulse zur elektrischen Umladung kann die Photonenenergie der Photonenpulse z.B. kleiner als 5 eV sein, insbesondere kleiner als 3 eV, insbesondere auch kleiner als 0.8 eV.
• Indem der Teilchenpuls an der Kreuzungsposition mit dem Photonenpuls zur Überlagerung gebracht werden kann, können also zumindest einige Teilchen des Teilchenpulses unter Änderung ihrer elektrischen Ladung umgeladen werden. Gegebenenfalls muss dazu eine zeitliche Synchronisierung des Teilchenpulses und des Photonenpulses derart erfolgen bzw. eingestellt werden, dass der Photonenpuls an der Kreuzungsposition auf solche Teilchen des Teilchenpulses trifft, die mittels des Photonenpulses elektrisch umladbar sind.
• Mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes können die Teilchen mit geändertem Ladungszustand anschließend von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses separiert werden. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass das Teilchenspektrometer zum Separieren der umgeladenen Teilchen ausgebildet ist, sodass diese separat detektiert werden können. Die umgeladenen Teilchen sind diejenigen Teilchen des Teilchenpulses, deren elektrische Ladung aufgrund der Wechselwirkung mit dem Photonenpuls an der Kreuzungsposition geändert wurde.
• Zu diesem Zweck weist das Teilchenspektrometer einen Analysator auf, der bezüglich des Teilchenpfades bzw. der Bewegung des Teilchenpulses der Kreuzungsposition nachgelagert ist. Der Analysator ist bezüglich des Teilchenpfades zwischen der Kreuzungsposition, an der die Photonenpulse den Teilchenpfad kreuzen, und dem Teilchendetektor, mittels dessen die umgeladenen Teilchen detektiert werden, angeordnet. Nach dem Durchlaufen der Kreuzungsposition durchlaufen die Teilchen somit zunächst den Analysator und anschließend werden die umgeladenen Teilchen, die mittels des Analysators separiert wurden, mittels des Teilchendetektors detektiert.
• Der Analysator ist zum Separieren von Teilchen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet. Mittels des Analysators werden die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses separiert. Anschließend werden die umgeladenen Teilchen, die mittels des Analysators separiert wurden, mittels eines Teilchendetektors separat detektiert.
• Der Analysator ist derart ausgebildet bzw. konfiguriert, dass von ihm die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses von den übrigen (d.h. nicht umgeladenen) Teilchen des Teilchenpulses separiert werden. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Analysator zum räumlichen Separieren der umgeladenen Teilchen von den übrigen Teilchen ausgebildet ist.
• Der Analysator kann z.B. derart konfiguriert sein, dass von ihm die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses auf eine andere räumliche Position geführt werden als die übrigen Teilchen des Teilchenpulses, sodass die umgeladenen Teilchen mittels eines entsprechend positionierten und dimensionierten Teilchendetektors separat detektiert werden können.
• Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Analysator derart konfiguriert ist, dass von ihm ausschließlich die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses hindurchgelassen werden und die übrigen Teilchen des Teilchenpulses gestoppt bzw. abgefangen werden. Gemäß der entsprechenden Ausführungsform des Verfahrens kann der Analysator also derart ausgebildet oder eingestellt werden, dass von ihm ausschließlich die umgeladenen Teilchen zu dem Teilchendetektor hindurchgelassen werden. In diesem Fall können ausschließlich die umgeladenen Teilchen den Analysator passieren und auf den hinter dem Analysator angeordneten Teilchendetektor treffen, sodass ebenfalls ein separates Erfassen der umgeladenen Teilchen erfolgt.
• Der Analysator kann z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen (zu dem Teilchendetektor) hindurchgelassen werden, deren elektrische Ladung und/oder Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder Energie-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines vorgegeben Intervalls liegt, und dass von ihm Teilchen mit entsprechenden Parametern außerhalb des vorgegebenen Intervalls gestoppt bzw. eingefangen werden. Das Intervall ist dabei derart, dass der entsprechende Parameter für die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses innerhalb des Intervalls liegt und für die übrigen (d.h. nicht umgeladenen) Teilchen des Teilchenpulses außerhalb des Intervalls liegt.
• Das Teilchenspektrometer weist einen Teilchendetektor zum (separaten) Detektieren der mittels des Analysators separierten, umgeladenen Teilchen auf. Der Teilchendetektor ist also derart angeordnet und dimensioniert, dass von ihm die umgeladenen Teilchen separat detektiert werden können, z.B. derart dass von ihm ausschließlich die umgeladenen Teilchen detektiert werden.
• Das Teilchenspektrometrieverfahren kann dementsprechend insbesondere folgende Verfahrensschritte aufweisen: Bereitstellen eines zu analysierenden, entlang eines Teilchenpfades verlaufenden Teilchenpulses; Erzeugen eines Photonenpulses, der den Teilchenpfad an einer Kreuzungsposition kreuzt und den Teilchenpuls an der Kreuzungsposition zumindest teilweise überlagert, wobei mittels des Photonenpulses zumindest ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses unter Änderung seiner elektrischen Ladung umgeladen wird; Separieren der elektrisch umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses mittels eines Analysators, der zum Separieren der Teilchen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist; und Detektieren der separierten umgeladenen Teilchen mittels eines Teilchendetektors.
• Indem die mittels des Photonenpulses umgeladenen Teilchen separat detektiert werden, wobei die Umladung innerhalb eines durch die zeitliche Pulsbreite bzw. Pulsdauer der Photonenpulse vorgegebenen Zeitintervalls erfolgt, kann mittels des Teilchenspektrometers eine Teilchendetektion mit einer zeitlichen Messungenauigkeit und Zeitauflösung entsprechend der Pulsdauer des Photonenpulses erzielt werden.
• Insbesondere kann die mittels des Teilchenspektrometers und des Teilchenspektrometrieverfahrens erzielbare zeitliche Messungenauigkeit und Zeitauflösung unabhängig von der zeitlichen Messungenauigkeit und Zeitauflösung des verwendeten Teilchendetektors gehalten werden, insbesondere kleiner sein als die zeitliche Messungenauigkeit bzw. Zeitauflösung des verwendeten Teilchendetektors.
• Gemäß einer Ausführungsform weist das Teilchenspektrometer dementsprechend zum Erfassen der umgeladenen Teilchen einen Teilchendetektor mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit und/oder einer vorgegebenen Zeitauflösung auf, wobei die Pulsdauer des Photonenpulses kleiner ist als die zeitliche Messungenauigkeit und/oder als die Zeitauflösung des Teilchendetektors. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass der Teilchendetektor eine vorgegebene zeitliche Messungenauigkeit aufweist, wobei die Pulsdauer des Photonenpulses kleiner ist als die zeitliche Messungenauigkeit des Teilchendetektors. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Teilchendetektor eine vorgegebene Zeitauflösung aufweist, wobei die Pulsdauer des Photonenpulses kleiner ist als die Zeitauflösung des Teilchendetektors.
• Somit werden die umgeladenen Teilchen mittels des Teilchendetektors mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit und/oder einer vorgegebenen Zeitauflösung detektiert, wobei diese zeitliche Messungenauigkeit bzw. Zeitauflösung größer ist als die Pulsdauer des Photonenpulses, mittels dessen die elektrische Umladung verursacht wird. Demgemäß erfolgt ein separates Detektieren der umgeladenen Teilchen mittels eines Teilchendetektors mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit und/oder einer vorgegebenen Zeitauflösung, wobei die zeitliche Messungenauigkeit bzw. Zeitauflösung des Teilchendetektors größer ist als die Pulsdauer des zum elektrischen Umladen der Teilchen verwendeten Photonenpulses. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Pulsdauer des Photonenpulses kleiner ist als die kleinste mittels des Teilchendetektors realisierbare zeitliche Messungenauigkeit und/oder als die kleinste mittels des Teilchendetektors realisierbare Zeitauflösung. Demgemäß werden die umgeladenen Teilchen zwar von dem Teilchendetektor mit einer schlechteren zeitlichen Messgenauigkeit bzw.
• Zeitauflösung detektiert, jedoch können alle detektierten Teilchen einem Zeitfenster entsprechend der Photonenpulsdauer zugeordnet werden, sodass effektiv eine der Photonenpulsdauer entsprechende kleinere zeitliche Messungenauigkeit bzw. Zeitauflösung erzielt werden kann. Indem die erzielbare zeitliche Messungenauigkeit und Zeitauflösung unabhängig von der zeitlichen Messungenauigkeit und Zeitauflösung des Teilchendetektors gehalten werden kann, kann der Teilchendetektor unkompliziert und kostengünstig gehalten werden.
• Wie vorstehend erläutert, gibt die zeitliche Messgenauigkeit bzw. Messungenauigkeit des Teilchendetektors an, mit welcher Genauigkeit der Zeitpunkt des Auftreffens eines Teilchens auf den Teilchendetektor bestimmbar ist. Die zeitliche Messgenauigkeit kann z.B. durch die Angabe einer Messungenauigkeit (Δt) derart charakterisiert werden, dass der tatsächliche Auftreffzeitpunkt (z.B. mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit) innerhalb eines Zeitintervalls (t ± Δt) liegt, das sich beidseitig eines Mittelwertes (t) um die Messungenauigkeit ausdehnt. Die Zeitauflösung des Teilchendetektors gibt an, wie groß der zeitliche Abstand zwischen dem aufeinanderfolgenden Auftreffen zweier Teilchen auf dem Teilchendetektor mindestens sein muss, um mittels des Teilchendetektors als separates Auftreffen zweier Teilchen identifizierbar zu sein.
• Gemäß den vorstehend erläuterten Ausführungsformen ist das Teilchenspektrometer zum Separieren der umgeladenen Teilchen von den nicht umgeladenen Teilchen mittels des Analysators und zum Detektieren der umgeladenen Teilchen mittels des Teilchendetektors ausgebildet. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Teilchenspektrometer zum Separieren der umgeladenen Teilchen von den nicht umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses mittels des Analysators und zum Detektieren der nicht umgeladenen Teilchen mittels des Teilchendetektors ausgebildet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Analysator derart konfiguriert ist bzw. wird, dass von ihm ausschließlich die nicht umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses hindurchgelassen werden und die übrigen (d.h. die umgeladenen) Teilchen des Teilchenpulses gestoppt bzw. abgefangen werden, sodass von dem Analysator ausschließlich die nicht umgeladenen Teilchen zu dem Teilchendetektor hindurchgelassen werden. In diesem Fall können ausschließlich die nicht umgeladenen Teilchen den Analysator passieren und auf den hinter dem Analysator angeordneten Teilchendetektor treffen, sodass ein Erfassen der nicht umgeladenen Teilchen erfolgt. Demgemäß können die umgeladenen Teilchen (analog zur optischen Absorptionsspektroskopie) z.B. anhand einer entsprechenden Signalschwächung erfasst werden.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Photonenpuls-Generator derart ausgebildet bzw. wird von dem Teilchenspektrometer derart angesteuert, dass die von ihm erzeugten Photonenpulse eine Pulsdauer von maximal 100 ps, bevorzugt maximal 50 ps, z.B. maximal 10 ps aufweisen (wobei ps Pikosekunde bedeutet). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Pulsdauer des Photonenpulses kleiner ist als 100 ps, bevorzugt kleiner als 50 ps, z.B. kleiner als 10 ps. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Pulsdauer des Photonenpulses kleiner ist als 1 ps, z.B. kleiner als 100 fs, z.B. einen Wert im Bereich 1 fs bis 100 fs aufweist.
• Herkömmliche Teilchendetektoren, etwa Ionendetektoren wie z.B. Mikrokanalplatten oder Sekundärelektronenvervielfacher, erreichen lediglich zeitliche Messungenauigkeiten von mehr als 5 ps und Zeitauflösungen von größer als 100 ps. Indem gemäß der vorliegenden Ausführungsform Photonenpulse mit einer entsprechend geringen Pulsdauer (von z.B. maximal 100 ps) eingesetzt werden, kann die mit dem Teilchenspektrometer erzielbare zeitliche Messungenauigkeit und/oder Zeitauflösung kleiner gehalten werden als die zeitliche Messungenauigkeit bzw. Zeitauflösung herkömmlicher Teilchendetektoren.
• Die mit dem Teilchenspektrometer erzielbare Messqualität kann zusätzlich unterstützt werden, indem Teilchenpulse mit einer geringen Pulsdauer verwendet werden. Allgemein kann z.B. vorgesehen sein, dass die Pulsdauer eines derartigen Teilchenpulses kleiner ist als 100 ps, bevorzugt kleiner als 50 ps, z.B. kleiner als 10 ps. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Pulsdauer des Teilchenpulses kleiner ist als 1 ps, z.B. kleiner als 100 fs, z.B. einen Wert im Bereich 1 fs bis 100 fs aufweist. Die vorstehend angegebenen Pulsdauern können z.B. die initiale Pulsdauer des Teilchenpulses und/oder die an der Kreuzungsposition vorliegende Pulsdauer des Teilchenpulses angeben.
• Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Teilchenpuls initial und/oder an der Kreuzungsposition eine Pulsdauer aufweist, die maximal fünfmal so groß, z.B. maximal dreimal so groß, bevorzugt maximal doppelt so groß ist wie die Pulsdauer des Umladungs-Photonenpulses.
• Beim Erzeugen der Teilchenpulse mittels Laserbeschusses eines Targets bzw. einer Probe kann z.B. vorgesehen sein, dass die zum Laserbeschuss verwendeten Ablations-Photonenpulse dieselbe Pulsdauer aufweisen wie die zum elektrischen Umladen verwendeten Umladungs-Photonenpulse.
• Gemäß einer Ausführungsform weist der zu analysierende Teilchenpuls an der Kreuzungsposition eine vorgegebene Pulsdauer auf, wobei die Pulsdauer des mit dem Teilchenpuls zur Überlagerung gebrachten Photonenpulses kleiner ist als die Pulsdauer des Teilchenpulses an der Kreuzungsposition. Wie vorstehend erläutert, erfolgt für Teilchenpulse mit Teilchen unterschiedlicher Energie und/oder unterschiedlicher Masse in der Regel mit zunehmendem Propagationsweg ein zunehmendes Auseinanderlaufen des Pulses, welches auch mit einer zunehmenden (positionsabhängigen) Pulsdauer einhergeht. Gemäß der vorliegenden Ausführung ist die Pulsdauer der Photonenpulse kleiner als die an der Kreuzungsposition vorliegende Pulsdauer der Teilchenpulse. Dadurch kann sichergestellt werden, dass (unabhängig von dem eingestellten zeitlichen Versatz, mit dem der Teilchenpuls und der Photonenpuls an der Kreuzungsposition eintreffen) von einem Photonenpuls immer nur ein Teil eines Teilchenpulses getroffen bzw. überlagert wird, sodass von einem derartigen Photonenpuls immer nur ein Teil der Teilchen eines Teilchenpulses getroffen wird und potentiell umgeladen werden kann (z.B. bevorzugt solche Teilchen, die bezüglich ihrer Masse und/oder Energie und/oder elektrischen Ladung und/oder weiterer Parameter innerhalb eines vorgegebenen Parameterbereichs liegen).
• Um ein zuverlässiges Separieren der umgeladenen Teilchen von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses zu gewährleisten, kann es nötig sein, dass der in den Analysator eintretende Teilchenpuls nicht zu heterogen ist. Diesbezüglich kann vorgesehen sein, die Teilchen des Teilchenpulses bereits vor dem Erreichen der Kreuzungsposition mittels eines weiteren Analysators grob vorab zu separieren.
• Dieser weitere Analysator, der bezüglich des Teilchenpfades vor der Kreuzungsposition angeordnet ist, wird nachfolgend auch als Vor-Analysator bezeichnet (da er zum Vorseparieren der Teilchen vor deren Eintreffen an der Kreuzungsposition und vor deren Eintritt in den hinter der Kreuzungsposition angeordneten Analysator dient). Der bezüglich des Teilchenpfades hinter der Kreuzungsposition angeordnete Analysator, der zum Separieren der mittels des Photonenpulses an der Kreuzungsposition umgeladenen Teilchen dient, wird im Folgenden auch als Haupt-Analysator bezeichnet.
• Demgemäß kann das Teilchenspektrometer einen Vor-Analysator aufweisen, der bezüglich des Teilchenpfades bzw. bezüglich der Bewegung des Teilchenpulses vor der Kreuzungsposition (z.B. zwischen der Teilchenquelle und der Kreuzungsposition) angeordnet ist. Der Vor-Analysator kann z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen (zu der Kreuzungsposition) hindurchgelassen werden, deren Masse und/oder elektrische Ladung und/oder kinetische Energie und/oder Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder Energie-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines vorgegeben Intervalls liegt, und dass von ihm Teilchen mit Parametern außerhalb des vorgegebenen Intervalls gestoppt bzw. eingefangen werden. Der Vor-Analysator kann z.B. zum Separieren von Teilchen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet sein. Als ein weiteres Beispiel kann der Vor-Analysator als Flugstrecke bzw. Flugstrecken-Analysator ausgebildet sein.
• Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Vor-Analysator derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, deren Masse und/oder elektrische Ladung und/oder kinetische Energie und/oder Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder Energie-zu-Ladung-Verhältnis um maximal 5 % von einem vorgegebenen Referenzwert R abweicht, d.h. innerhalb eines Intervalls von [0,95·R; 1,05·R] liegt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Vor-Analysator derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, für die einer oder mehrere der vorgenannten Parameter um maximal 0,5 %, z.B. um maximal 0,1% oder um maximal 0,01%, von einem vorgegebenen Referenzwert R abweicht. Der Vor-Analysator kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, deren elektrische Ladung und/oder Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder Energie-zu-Ladung-Verhältnis einen Wert aufweist, der einer Änderung des Ladungszustandes um weniger als eine Elementarladung gegenüber einem vorgegebenen Referenzwert entspricht.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Vor-Analysator derart ausgebildet, dass von ihm ausschließlich Teilchen mit einer vorgegebenen elektrischen Ladung zu der Kreuzungsposition hindurchgelassen werden. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Vor-Analysator derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich Teilchen mit derselben (vorgegebenen) elektrischen Ladung hindurchgelassen werden, für die zusätzlich deren Masse und/oder kinetische Energie und/oder Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder Energie-zu-Ladung-Verhältnis um maximal 5 %, bevorzugt um maximal 0,5 %, z.B. um maximal 0,1 % oder um maximal 0,01 %, von einem vorgegebenen Referenzwert R abweicht.
• Indem von dem Vor-Analysator ausschließlich Teilchen mit Parametern innerhalb eines vorgegebenen Parameterfensters hindurchgelassen werden, und indem an der Kreuzungsposition eine Änderung der elektrischen Ladung zumindest einiger Teilchen des Teilchenpulses erfolgt, kann mittels entsprechender Konfiguration des Haupt-Analysators ein noch effektiveres Separieren der umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses erfolgen, z.B. indem von dem Haupt-Analysator ausschließlich Teilchen mit Parametern innerhalb eines vorgegebenen Parameterfensters hindurchgelassen werden, das außerhalb des Parameterfensters des Vor-Analysators liegt. Das Parameterfenster für den Haupt-Analysator ist dabei derart, dass ausschließlich die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses durch den Haupt-Analysator hindurchgelassen werden.
• Gemäß einer Ausführungsform ist dementsprechend
• - der Vor-Analysator derart ausgebildet, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, für die ein vorgegebener Parameter innerhalb eines ersten Intervalls liegt, wobei zudem
• - der Haupt-Analysator derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, für die der vorgegebene Parameter innerhalb eines zweiten Intervalls liegt, wobei
• - das erste und das zweite Intervall disjunkt sind (d.h. einander nicht überschneiden), und wobei
• - der vorgegebene Parameter z.B. die elektrische Ladung, das Masse-zu-Ladung-Verhältnis, oder das Energie-zu-Ladung-Verhältnis sein kann.
• Das zweite Intervall ist dabei derart, dass der vorgegebene Parameter für die umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses innerhalb des zweiten Intervalls liegt, und dass der vorgegebene Parameter für die übrigen Teilchen des Teilchenpulses außerhalb des zweiten Intervalls liegt.
• Mittels des Vor-Analysators kann also bereits vor dem Erreichen der Kreuzungsposition ein Teil der Teilchen aus dem Teilchenpuls entfernt werden, wobei Teilchen mit Parametern außerhalb eines vorgegebenen Parameterbereichs aus dem Teilchenpuls entfernt werden, sodass der verbleibende Teilchenpuls homogener ist als der ursprüngliche Teilchenpuls. Gemäß dem Teilchenspektrometrieverfahren kann also ein Entfernen eines Teils der Teilchen aus dem Teilchenpuls mittels eines (Vor-)Analysators, der bezüglich des Teilchenpfades vor der Kreuzungsposition angeordnet ist, erfolgen. Indem die Teilchen des zu analysierenden Teilchenpulses vor dem Erreichen der Kreuzungsposition und vor dem Eintreten in den Haupt-Analysator mittels des Vor-Analysators vorselektiert werden, kann eine noch präzisere Teilchenspektrometrie ermöglicht werden. Der Vor-Analysator kann zudem derart angeordnet und ausgebildet sein, dass von ihm die durch ihn hindurchtretenden Teilchen auf die Kreuzungsposition fokussiert werden.
• Gemäß einer Ausführungsform ist das Teilchenspektrometer zum variablen Einstellen des zeitlichen Versatzes zwischen dem Eintreffen des Teilchenpulses an der Kreuzungsposition und dem Eintreffen des Photonenpulses an der Kreuzungsposition ausgebildet. Demgemäß kann das Teilchenspektrometer z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm der Teilchenpuls und der Photonenpuls an der Kreuzungsposition mit variabel einstellbarem zeitlichem Versatz zur zumindest teilweisen Überlagerung gebracht werden können.
• Die zu analysierenden Teilchenpulse können aus einer externen oder einer internen Quelle stammen. Gemäß einer Ausführungsform weist das Teilchenspektrometer eine Vorrichtung zum Erzeugen von Teilchenpulsen auf (auch als Teilchenpuls-Generator, Teilchenpuls-Quelle oder gepulste Teilchenquelle bezeichnet), mittels derer die zu analysierenden Teilchenpulse erzeugt werden. Die gepulste Teilchenquelle kann z.B. eine gepulste Ionenquelle sein, die zum Erzeugen von Teilchenpulsen in Form von Ionenpulsen ausgebildet ist. Die Teilchenquelle kann z.B. eine gepulste Ionenquelle sein, die zum Erzeugen von Ionenpulsen mit einer geringen Pulsbreite (von z.B. weniger als 10 ps) ausgebildet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Teilchenpuls-Generator zum Erzeugen von Teilchenpulsen ausgebildet ist, deren Pulsdauer kleiner ist als 100 ps, bevorzugt kleiner als 50 ps, z.B. kleiner als 10 ps. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Pulsdauer des Teilchenpulses kleiner ist als 1 ps, z.B. kleiner als 100 fs, z.B. einen Wert im Bereich 1 fs bis 100 fs aufweist.
• Das Teilchenspektrometer kann zum Ansteuern der Teilchenquelle und des Photonenpuls-Generators (und optional der Photonenpuls-Führungseinrichtung) derart ausgebildet sein, dass beim Betreiben des Teilchenspektrometers ein von der Teilchenquelle erzeugter Teilchenpuls und ein von dem Photonenpuls-Generator erzeugter Photonenpuls an der Kreuzungsposition zur Überlagerung gebracht werden können. Das Teilchenspektrometer kann insbesondere zum Ansteuern der Teilchenquelle und des Photonenpuls-Generators (und ggf. der Photonenpuls-Führungseinrichtung) derart ausgebildet sein, dass ein von der Teilchenquelle erzeugter Teilchenpuls und ein von dem Photonenpuls-Generator erzeugter Photonenpuls mit einem variabel einstellbaren zeitlichen Versatz an der Kreuzungsposition eintreffen bzw. zur Überlagerung gebracht werden können.
• Gemäß einer Ausführungsform ist das Teilchenspektrometer zum Erzeugen der Teilchenpulse mittels Laserbeschusses (insbesondere mittels Laserablation, wobei Laserablation allgemein ein Materialabtrag mittels Laserbeschusses sein kann) ausgebildet, indem ein Target mit Photonenpulsen (z.B. mit Laserpulsen) beschossen wird. Beim Beschuss des Targets werden aus dem Material des Targets Ionen herausgelöst, welche unter Ausbildung von Teilchenpulsen in Form von Ionenpulsen beschleunigt werden können. Gemäß einer entsprechenden Ausführungsform des Teilchenspektrometrieverfahrens wird der Teilchenpuls also mittels Laserablation an einem Target erzeugt.
• Zu diesem Zweck kann das Teilchenspektrometer z.B. eine Target-Aufnahme bzw. Target-Halterung zum Aufnehmen eines Targets aufweisen. Des Weiteren kann das Teilchenspektrometer z.B. einen Photonenpuls-Generator aufweisen, der zum Erzeugen von Photonenpulsen ausgebildet ist, die auf ein in der Target-Aufnahme aufgenommenes Target gerichtet sind bzw. geführt werden. Dieser Photonenpuls-Generator kann z.B. mit dem Photonenpuls-Generator identisch sein, mittels dessen die auf die Kreuzungsposition gerichteten Photonenpulse erzeugt werden, oder kann ein separater weiterer Photonenpuls-Generator sein. Durch die auf das Target gerichteten Photonenpulse können (z.B. mittels Laserablation) Ionen des Targetmaterials erzeugt werden, daher werden die auf das Target gerichteten Photonenpulse auch als Ablations-Photonenpulse oder lonenerzeugungs-Photonenpulse bezeichnet. Zur besseren Unterscheidung werden die auf die Kreuzungsposition gerichteten Photonenpulse, die zum elektrischen Umladen der Teilchen des Teilchenpulses dienen, auch als Umladungs-Photonenpulse bezeichnet.
• Das Teilchenspektrometer kann eine Ionenoptik zum Beschleunigen der mittels Laserablation erzeugten Ionen unter Ausbildung von Teilchenpulsen in Form von Ionenpulsen aufweisen. Die Ionenoptik kann z.B. eine Elektrode (auch als Beschleunigungselektrode bezeichnet) aufweisen, mittels derer die erzeugten Ionen von dem Target weg beschleunigt werden können. Die Beschleunigungselektrode kann z.B. ringförmig oder gitterartig ausgebildet sein. Das Teilchenspektrometer kann zum Anlegen einer elektrischen Spannung (auch als Beschleunigungsspannung bezeichnet) zwischen die Target-Aufnahme und die Beschleunigungselektrode derart ausgebildet sein, dass die aus dem Target generierten Ionen in Richtung zu der Beschleunigungselektrode hin beschleunigt werden. Als Beschleunigungsspannung kann z.B. eine Gleichspannung (von z.B. mehreren 100 Volt bis zu 50 kV) dienen, deren negativer oder positiver Pol an der Beschleunigungselektrode anliegt. Mittels der Beschleunigungselektrode können alle bei der Laserablation generierten Ionen entsprechend ihrer elektrischen Ladung auf eine der Beschleunigungsspannung entsprechende kinetische Energie gebracht werden. Wenn alle erzeugten Ionen dieselbe elektrische Ladung aufweisen, kann somit z.B. ein gepulster monoenergetischer Ionenstrahl erzeugt werden, bei dem im Wesentlichen alle Ionen eines Ionenpulses dieselbe kinetische Energie aufweisen. Die Beschleunigungselektrode kann bezüglich des Teilchenpfades z.B. zwischen der Target-Aufnahme und der Kreuzungsposition angeordnet sein, z.B. zwischen der Target-Aufnahme und dem Vor-Analysator, sodass die erzeugten Ionen mittels der Beschleunigungselektrode entlang des Teilchenpfades zu der Kreuzungsposition hin beschleunigt werden. Die Ionenoptik kann zudem weitere ionenoptische Elemente zum Fokussieren und/oder Führen der generierten Ionenpulse aufweisen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist das Teilchenspektrometer zum Analysieren einer Probe vorgesehen, wobei das Teilchenspektrometer (bzw. dessen Teilchenquelle) zum Erzeugen von Teilchenpulsen aus dem Material der Probe ausgebildet ist und diese Teilchenpulse anschließend wie vorstehend erläutert analysiert werden. Dementsprechend kann das Teilchenspektrometrieverfahren zum Analysieren einer Probe dienen, wobei der Teilchenpuls aus dem Material der Probe generiert wird bzw. aus dem Material der Probe besteht (z.B. aus Ionen des Materials der Probe). Die Probe kann auch als Untersuchungsobjekt bezeichnet werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Teilchenspektrometer z.B. als Massenspektrometer zum Analysieren der Zusammensetzung des Materials der Probe ausgebildet sein. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Teilchenspektrometer zum Erzeugen der Teilchenpulse mittels Laserablation an einem Target ausgebildet ist, und dass das Target zugleich die zu analysierende Probe ist. Demgemäß fungiert die Target-Aufnahme als Proben-Aufnahme zum Aufnehmen der zu analysierenden Probe, wobei mittels der Ablations-Photonenpulse Ionenpulse aus dem Material der zu analysierenden Probe erzeugt werden und anschließend wie vorstehend erläutert analysiert werden.
• Gemäß dieser Ausführungsform kann z.B. vorgesehen sein, alle Ionen mittels einer Beschleunigungselektrode zu beschleunigen, wobei alle Ionen dieselbe Beschleunigungsspannung durchlaufen, sodass Ionen mit derselben elektrischen Ladung auf dieselbe kinetische Energie beschleunigt werden. Ionen mit gleicher kinetischer Energie und unterschiedlichen Massen haben unterschiedliche Geschwindigkeiten, wobei Ionen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten die Kreuzungsposition zu unterschiedlichen Zeiten erreichen. Indem mittels eines Umladungs-Photonenpulses lediglich diejenigen Ionen elektrisch umgeladen und separat detektiert werden, welche die Kreuzungsposition innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls passieren, können somit solche Ionen aus dem Ionenpuls selektiert werden, deren Geschwindigkeit innerhalb eines (durch das Zeitintervall) vorgegebenen Geschwindigkeitsintervalls liegt, woraus wiederum Rückschlüsse auf die Masse dieser Ionen möglich sind. Basierend darauf kann z.B. ermittelt werden, wie viele Ionen eines Ionenpulses eine jeweilige Masse aufweisen. Indem mehrere Ionenpulse jeweils mit unterschiedlichem zeitlichem Versatz an der Kreuzungsposition zur Überlagerung mit einem Umladungs-Photonenpuls gebracht werden, wobei jeweils die Anzahl der umgeladenen Teilchen mittels des Teilchendetektors erfasst wird, kann eine Massenverteilung ermittelt werden, die angibt, wie viele Teilchen eines Teilchenpulses eine jeweilige Masse aufweisen. Anhand dieser Massenverteilung kann eine Analyse der Zusammensetzung des Materials der Probe erfolgen.
• Indem die Umladungs-Photonenpulse mit einer kleinen Pulsdauer erzeugt und der Zeitpunkt des Eintreffens der Umladungs-Photonenpulse an der Kreuzungsposition mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann, können z.B. Teilchen mit lediglich leicht unterschiedlichen Massen (z.B. Isobare) mit hoher Genauigkeit voneinander separiert werden. Indem mittels eines Vor-Analysators bereits eine Vorselektion erfolgen kann, kann die Genauigkeit noch weiter erhöht werden. Der Vor-Analysator kann z.B. derart konfiguriert sein, dass von ihm ausschließlich vorgegebene Isobare mit gleicher elektrischer Ladung zu der Kreuzungsposition hindurchgelassen werden.
• Dementsprechend kann das Teilchenspektrometrieverfahren zum Separieren unterschiedlicher Isobare voneinander vorgesehen sein. Diesbezüglich kann ein Vorseparieren eines zu analysierenden Teilchenpulses (z.B. wie vorstehend erläutert mittels eines Vor-Analysators) derart erfolgen, dass der vorseparierte Teilchenpuls nur noch Isobare aufweist, d.h. aus Nukliden unterschiedlicher chemischer Elemente, jedoch gleicher Massenzahl besteht. Unterschiedliche, zu ein und derselben Massenzahl gehörende Isobare erreichen die Kreuzungsposition mit einem sehr kleinen zeitlichen Versatz. Der Umladungs-Photonenpuls kann an der Kreuzungsposition derart mit dem Teilchenpuls überlagert werden (z.B. mittels entsprechenden Einstellens des zeitlichen Versatzes zwischen dem Teilchenpuls und dem Umladungs-Photonenpuls und/oder mittels entsprechenden Einstellens der Pulsdauer des Photonenpulses), dass von dem Photonenpuls ausschließlich eine einzige Isobarenspezies (d.h. ausschließlich die zu einem einzigen chemischen Element gehörenden Teilchen) erfasst und elektrisch umgeladen werden. Die umgeladene Isobarenspezies wird mittels des Analysators separiert und anschließend separat detektiert.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Teilchenspektrometer zum Analysieren einer Probe vorgesehen, die im Teilchenpfad des Teilchenpulses angeordnet ist. Demgemäß kann das Teilchenspektrometer eine zum Aufnehmen einer Probe vorgesehene Proben-Aufnahme bzw. Proben-Halterung aufweisen, die im Teilchenpfad und somit im Strahlengang der Teilchenpulse angeordnet ist, sodass der Teilchenpfad durch eine in der Proben-Halterung aufgenommene Probe hindurch verläuft. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Proben-Aufnahme bezüglich des Teilchenpfades vor der Kreuzungsposition angeordnet, z.B. vor dem Vor-Analysator. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Proben-Aufnahme bezüglich des Teilchenpfades zwischen der Teilchenquelle und der Kreuzungsposition angeordnet ist, z.B. zwischen der Teilchenquelle und dem Vor-Analysator. Beim Betreiben des Teilchenspektrometers wird somit eine in der Proben-Aufnahme aufgenommene Probe von dem Teilchenpuls durchstrahlt, wobei die Teilchenpulse nach dem Durchlaufen der Probe wie vorstehend erläutert analysiert werden. Demgemäß kann das Teilchenspektrometrieverfahren zum Analysieren einer Probe dienen, wobei die Probe derart in dem Teilchenpfad angeordnet ist, dass der Teilchenpuls durch die Probe hindurch verläuft bzw. die Probe durchstrahlt. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Teilchenpulse mittels Laserablation an einem Target erzeugt werden, und dass die Probe bzw. Proben-Aufnahme bezüglich des Teilchenpfades zwischen dem Target und der Kreuzungsposition derart angeordnet ist, dass die Teilchenpulse durch die Probe hindurch verlaufen bzw. die Probe durchstrahlen. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Teilchenspektrometer z.B. als Energiespektrometer zum Analysieren der inneren Struktur der Probe ausgebildet sein.
• Gemäß dieser Ausführungsform kann z.B. vorgesehen sein, dass die Teilchenpulse monoenergetische Teilchenpulse sind, wobei alle Teilchen eines Teilchenpulses vor dem Durchlaufen der Probe die gleiche kinetische Energie und bevorzugt die gleiche Masse aufweisen (z.B. alle Teilchen identisch oder nahezu identisch sind), wobei sich die kinetische Energie und Energieverteilung der Teilchen beim Durchlaufen der Probe in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der inneren Struktur der Probe ändert, und wobei die nach dem Durchlaufen der Probe vorliegende Energie und/oder Energieverteilung der Teilchen eines Teilchenpulses wie vorstehend erläutert analysiert wird. Demgemäß können z.B. mehrere Teilchenpulse nach dem Durchlaufen der Probe jeweils mit unterschiedlichem zeitlichen Versatz an der Kreuzungsposition zur Überlagerung mit einem Umladungs-Photonenpuls gebracht werden, mittels dessen die Teilchen elektrisch umgeladen werden können, wobei jeweils die Anzahl der umgeladenen Teilchen mittels des Teilchendetektors erfasst wird. Teilchen mit gleicher Masse und unterschiedlichen kinetischen Energien weisen unterschiedliche Geschwindigkeiten auf und erreichen demzufolge die Kreuzungsposition zu unterschiedlichen Zeiten. Indem mittels eines Umladungs-Photonenpulses lediglich diejenigen Ionen elektrisch umgeladen und separat detektiert werden, welche die Kreuzungsposition innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls passieren, können somit solche Ionen aus dem Ionenpuls selektiert werden, deren Geschwindigkeit innerhalb eines (durch das Zeitintervall) vorgegebenen Geschwindigkeitsintervalls liegt, woraus wiederum Rückschlüsse auf die Energie dieser Ionen möglich sind. Basierend darauf kann z.B. ermittelt werden, wie viele Ionen eines Ionenpulses eine jeweilige Energie aufweisen. Indem mehrere Ionenpulse jeweils mit unterschiedlichem zeitlichem Versatz an der Kreuzungsposition zur Überlagerung mit einem Umladungs-Photonenpuls gebracht werden, wobei jeweils die Anzahl der umgeladenen Teilchen mittels des Teilchendetektors erfasst wird, kann eine Energieverteilung ermittelt werden, die angibt, wie viele Teilchen eines Teilchenpulses eine jeweilige kinetische Energie aufweisen. Aus dieser Energieverteilung wiederum sind Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und innere Struktur der Probe möglich.
• Beim Erzeugen der Teilchenpulse mittels Laserbeschusses (z.B. Laserablation) kann z.B. vorgesehen sein, dass die Ablations-Photonenpulse dieselbe Pulsdauer aufweisen wie die Umladungs-Photonenpulse. Dies kann z.B. realisiert werden, indem jeweils ein Ablations-Photonenpuls und ein Umladungs-Photonenpuls mittels Strahlteilung aus einem gemeinsamen Photonenpuls generiert werden.
• Gemäß einer Ausführungsform werden (bei Erzeugen der Teilchenpulse mittels Laserablation) die Ablations-Photonenpulse und die Umladungs-Photonenpulse mittels ein und desselben Photonenpuls-Generators erzeugt. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das Teilchenspektrometer eine Strahlteilungseinrichtung (auch als Strahlteiler bezeichnet) aufweist, die im Lichtweg der von dem Photonenpuls-Generator erzeugten Photonenpulse angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass von ihr jeder Photonenpuls in einen ersten Teilpuls und einen zweiten Teilpuls getrennt wird. Gemäß dieser Ausgestaltung kann das Teilchenspektrometer zudem derart ausgebildet sein (z.B. mittels einer entsprechenden optischen Strahlführungseinrichtung), dass von ihr der erste Teilpuls auf das Target bzw. die Probe gerichtet wird, sodass der erste Teilpuls als Ablations-Photonenpuls fungiert und mittels des ersten Teilpulses ein Ionenpuls aus dem Material des Targets bzw. der Probe erzeugt werden kann (mittels Laserablation wie vorstehend erläutert). Des Weiteren kann das Teilchenspektrometer derart ausgebildet sein (z.B. mittels einer entsprechenden optischen Strahlführungseinrichtung), dass von ihr der zweite Teilpuls auf die Kreuzungsposition gerichtet wird, sodass der zweite Teilpuls als Umladungs-Photonenpuls fungiert und mittels des zweiten Teilpulses zumindest ein Teil der Ionen des mittels des ersten Teilpulses erzeugten Ionenpulses elektrisch umgeladen werden kann. Die Photonenpuls-Führungseinrichtung kann z.B. als Bestandteil der Strahlführungseinrichtung vorgesehen sein. Indem der Ionenpuls und der Umladungs-Photonenpuls mittels eines einzigen Photonenpulses erzeugt werden, kann auf unkomplizierte Weise eine zeitliche Synchronisierung zwischen dem Ionenpuls und dem Umladungs-Photonenpuls erfolgen. Das Teilchenspektrometer kann z.B. zum variablen Einstellen des zeitlichen Versatzes zwischen dem Eintreffen des Ionenpulses und des Umladungs-Photonenpulses an der Kreuzungsposition ausgebildet sein, indem der als Umladungs-Photonenpuls fungierende zweite Teilpuls via eine Photonenpuls-Führungseinrichtung mit variabel einstellbarer Lichtweg-Länge zu der Kreuzungsposition geführt wird, wie vorstehend erläutert. Gemäß der entsprechenden Ausführungsform des Teilchenspektrometrieverfahrens wird also ein Photonenpuls erzeugt, der Photonenpuls mittels einer Strahlteilungseinrichtung in einen ersten Teilpuls und einen zweiten Teilpuls getrennt, der erste Teilpuls zum Erzeugen des Teilchenpulses mittels Laserablation auf das Target bzw. die Probe gerichtet, und der zweite Teilpuls zur elektrischen Umladung der Teilchen des Teilchenpulses auf die Kreuzungsposition gerichtet.
• Für den Fall, dass die Ablations-Photonenpulse und die Umladungs-Photonenpulse nicht mittels ein und desselben Photonenpuls-Generators erzeugt werden, kann das Teilchenspektrometer zum Erzeugen der Ablations-Photonenpulse einen separaten weiteren Photonenpuls-Generator aufweisen. Für diesen Fall kann das Teilchenspektrometer zum Ansteuern des zur Umladung verwendeten Photonenpuls-Generators und des zur lonenpulserzeugung mittels Laserablation verwendeten weiteren Photonenpuls-Generators (und optional der Photonenpuls-Führungseinrichtung) derart ausgebildet sein, dass beim Betreiben des Teilchenspektrometers ein mittels Laserablation erzeugter Teilchenpuls und ein Umladungs-Photonenpuls an der Kreuzungsposition zur Überlagerung gebracht werden können. Das Teilchenspektrometer kann insbesondere zum Ansteuern des zur Umladung verwendeten Photonenpuls-Generators und des zur Laserablation verwendeten weiteren Photonenpuls-Generators (und optional der Photonenpuls-Führungseinrichtung) derart ausgebildet sein, dass ein mittels Laserablation erzeugter Teilchenpuls und ein Umladungs-Photonenpuls mit einem variabel einstellbaren zeitlichen Versatz an der Kreuzungsposition zur Überlagerung gebracht werden können. Für den Fall, dass die Ablations-Photonenpulse mittels eines anderen Photonenpuls-Generators (z.B. gepulsten Lasers) erzeugt werden als die Umladungs-Photonenpulse, kann zudem vorgesehen sein, dass die Ablations-Photonenpulse Photonen mit einer anderen Photonenenergie bzw. Wellenlänge aufweisen als die Umladungs-Photonenpulse (z.B. dass die Ablations-Photonenpulse aus Photonen anderer Photonenenergie bzw. Wellenlänge bestehen als die Umladungs-Photonenpulse). Dadurch kann eine effektive Ablation bei zugleich effektiver Umladung zusätzlich unterstützt werden.
• Zusammenfassend kann mittels der Erfindung insbesondere ein Teilchenspektrometer zur Detektion von Teilchen (z.B. Ionen) mit einer kleinen zeitlichen Messungenauigkeit und/oder Zeitauflösung (von z.B. weniger als 1 ps) bereitgestellt werden, indem die zur elektrischen Umladung dienenden Photonenpulse mit einer entsprechend kleinen Pulsbreite (von z.B. weniger als 1 ps) ausgebildet werden. Nachgewiesen können dabei negative, positive oder neutrale Teilchen von leichten bis schweren Elementen, Moleküle oder Molekülfragmente z.B. mit Massen bis 1000 u (wobei u die atomare Masseneinheit bezeichnet). Voraussetzung ist lediglich die Möglichkeit der Umladung des Teilchens um z.B. mindestens eine Elementarladung.
• Es können bisher unerreichbare zeitliche Messgenauigkeiten und Zeitauflösungen zur Detektion von Teilchen realisiert werden, insbesondere durch Umladung bzw. Nachionisation der Teilchen durch einen Photonenpuls (z.B. Laserpuls), insbesondere durch einen räumlich fokussierten Photonenpuls mit einer geringen Pulsbreite von z.B. 1 fs bis 50 ps, wobei die Teilchen mit geändertem Ladungszustand anschließend in einem elektrischen und/oder magnetischen Feld von den übrigen Ausgangsteilchen separiert werden. Die hohe zeitliche Messgenauigkeit und Zeitauflösung kann erzielt werden, indem nur Teilchen in einem sehr kleinen räumlichen als auch zeitlichen Fenster ihren Ladungszustand ändern.
• Mögliche Anwendungsfelder sind z.B. die Energie- und/oder Massenspektrometrie. Aufgrund der erzielbaren Messgenauigkeit und des erzielbaren Auflösungsvermögens kann ein derartiges Massenspektrometer z.B. unkompliziert in der Lage sein, Isobaren zu unterscheiden. Aufgrund der möglichen guten räumlichen und zeitlichen Genauigkeit und Auflösung und des einstellbaren zeitlichen Versatzes des Umladungs-Photonenpulses zu der gepulsten Teilchenquelle bzw. zu dem Teilchenpuls können gezielt einzelne Isobaren umgeladen werden. In einem anschließenden elektrischen und/oder magnetischen Feld können die durch den Umladungs-Photonenpuls umgeladenen Teilchen von den nicht umgeladenen Teilchen getrennt werden. Mit einem kurzen Teilchen- und Photonenpuls (von z.B. 100 fs) und einer kurzen Flugstrecke bzw. Flugdauer (von z.B. 10 ns bis 100 µs) sind auch bei hohem Probendurchsatz Massenauflösungen von 10⁵ bis 10⁹ realisierbar, sodass wesentlich höhere Massenauflösungen realisierbar sind als mit herkömmlichen Massenspektrometern. Zur Spaltung von Molekülen und so zur Unterdrückung der meisten Isobare werden herkömmlich komplexe Tandem-Beschleuniger verwendet.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, hierbei zeigen schematisch:
• 1 ein als Massenspektrometer fungierendes Teilchenspektrometer gemäß einer Ausführungsform bei der Durchführung eines Teilchenspektrometrieverfahrens gemäß einer Ausführungsform, und
• 2 ein als Energiespektrometer fungierendes Teilchenspektrometer gemäß einer anderen Ausführungsform bei der Durchführung eines Teilchenspektrometrieverfahrens gemäß einer Ausführungsform.
• 1 zeigt ein Teilchenspektrometer 1 gemäß einer Ausführungsform bei der Durchführung eines Teilchenspektrometrieverfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Teilchenspektrometer 1 weist eine Target-Aufnahme 3 auf, in der ein Target 5 aufgenommen ist. Das Target 5 stellt bei der Ausführungsform gemäß 1 zugleich die mittels des Teilchenspektrometers 1 zu analysierende Probe 5 dar. Das Teilchenspektrometer 1 weist zudem einen Photonenpuls-Generator 7 in Form eines gepulsten Lasers 7 auf. Der Photonenpuls-Generator 7 ist zum Erzeugen von Photonenpulsen 9 in Form von Laserpulsen ausgebildet. Das Teilchenspektrometer 1 weist einen Strahlteiler 11 auf, der im Strahlengang der von dem Photonenpuls-Generator 7 erzeugten Photonenpulse 9 angeordnet ist. Der Strahlteiler 11 ist derart ausgebildet, dass von ihm jeder Photonenpuls 9 in einen ersten Teilpuls 13 und einen zweiten Teilpuls 15 getrennt wird. Der Photonenpuls-Generator 7 und der Strahlteiler 11 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass der erste Teilpuls 13 auf die Probe 5 gerichtet ist und auf der Probe 5 auftrifft, wobei mittels Laserablation Ionen aus dem Material der Probe 5 herausgelöst werden. Der erste Teilpuls 13 wird daher auch als Ablations-Photonenpuls 13 bezeichnet.
• Das Teilchenspektrometer 1 weist eine Ionenoptik mit einer Beschleunigungselektrode 17 auf, mittels derer die durch Laserablation erzeugten Ionen beschleunigt werden, sodass mittels jedes Photonenpulses 9 ein Teilchenpuls 19 in Form eines Ionenpulses 19 erzeugt wird, der sich entlang eines Teilchenpfades 21 bewegt. In 1 ist der Teilchenpfad 21 mittels einer durchbrochenen bzw. gestrichelten Linie dargestellt, wobei der Pfeil 23 die Bewegungsrichtung des Teilchenpulses 19 entlang der Trajektorie 21 anzeigt. Zum Beschleunigen der Ionen ist das Teilchenspektrometer 1 zum Anlegen einer als Beschleunigungsspannung fungierenden elektrischen Spannung zwischen die Target-Aufnahme 3 und die Beschleunigungselektrode 17 ausgebildet. Die Beschleunigungsspannung kann z.B. eine Gleichspannung (von z.B. mehreren 100 Volt) sein, deren positiver Pol an der Target-Aufnahme 3 bzw. an der Probe 5 anliegt, sodass Ionen mit einer positiven elektrischen Ladung von der Probe 5 aus in Richtung zu der Beschleunigungselektrode 17 hin beschleunigt werden. Die Beschleunigungselektrode 17 ist für die Ionen durchlässig gestaltet, sodass die Ionen durch die Beschleunigungselektrode 17 hindurchtreten und sich entlang des Teilchenpfades 21 bewegen. Die Ionenoptik kann zusätzlich zu der Beschleunigungselektrode 17 weitere Elemente zur Formung und/oder Fokussierung der Teilchenpulse 19 aufweisen (nicht dargestellt).
• Das Teilchenspektrometer 1 weist einen ersten Analysator 25 auf, der im Teilchenpfad 21 angeordnet ist und zum Vorselektieren der Teilchen des Teilchenpulses 19 dient und daher auch als Vor-Analysator 25 bezeichnet wird. Das Teilchenspektrometer 1 weist zudem einen zweiten Analysator 27 auf, der im Teilchenpfad angeordnet ist und zum finalen Selektieren der Teilchen des Teilchenpulses 19 dient und daher auch als Haupt-Analysator 27 bezeichnet wird.
• Vorliegend besteht der Ionenpuls 19 anfänglich (d.h. vor dem Eintritt in den Vor-Analysator 25) als Beispiel aus drei unterschiedlichen Ionenspezies, wobei die erste Ionenspezies als ein mit schwarzer Farbe ausgefüllter Kreis (•), die zweite Ionenspezies als ein unausgefüllter Kreis (o), und die dritte Ionenspezies als ein unausgefülltes Quadrat (□) schematisch dargestellt sind. Der Ionenpuls 19 kann mehrere Ionen jeder Ionenspezies enthalten.
• Auf seinem Teilchenpfad 21 durchläuft der Ionenpuls 19 zunächst den Vor-Analysator 25. Der Vor-Analysator 25 ist zum Separieren der Ionen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet, wobei die Ionen des Ionenpulses 19 mittels des Vor-Analysators 25 zunächst grob nach Ladungszustand und Masse separiert werden. Zur Veranschaulichung ist in 1 der positive Pol eines von dem Vor-Analysator 25 erzeugten elektrischen Feldes mit „+“ und der negative Pol des von dem Vor-Analysator 25 erzeugten elektrischen Feldes mit „-“ gekennzeichnet.
• Der Vor-Analysator 25 ist derart ausgebildet, dass von ihm ausschließlich die Ionen der ersten und der zweiten Ionenspezies hindurchgelassen werden, wohingegen von ihm die Ionen der dritten Ionenspezies eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden (in 1 veranschaulicht durch das Auflaufen der Ionen der dritten lonenpezies (□) auf den Vor-Analysator 25).
• Als Beispiel sind die erste und die zweite Ionenspezies Isobare, d.h. Nuklide unterschiedlicher chemischer Elemente jedoch gleicher Massenzahl, welche dieselbe elektrische Ladung aufweisen, als Beispiel elektrisch einfach positiv geladen sind. Die dritte Ionenspezies ist als Beispiel eine Ionenspezies, deren Massenzahl sich um mindestens 0,5% von der Massenzahl der ersten und der zweiten Ionenspezies unterscheidet, wobei die dritte Ionenspezies dieselbe elektrische Ladung aufweist wie die erste und die zweite Ionenspezies. Da in diesem Fall alle Ionenspezies dieselbe elektrische Ladung aufweisen und dieselbe Beschleunigungsspannung durchlaufen, weisen alle Ionenspezies nach dem Durchlaufen der Beschleunigungsspannung im Wesentlichen dieselbe kinetische Energie auf. Gemäß diesem Beispiel kann vorgesehen sein, dass der Vor-Analysator 25 derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, deren Masse-zu-Ladung-Verhältnis um maximal 0,5 % von einem vorgegebenen ersten Referenzwert R₁ abweicht, d.h. innerhalb eines ersten Intervalls von [0,995·R₁; 1,005·R₁] liegt, wobei der erste Referenzwert R₁ dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis der ersten Ionenspezies entspricht. Somit passieren ausschließlich die Ionen der ersten und der zweiten Ionenspezies den Vor-Analysator 25, wohingegen die Ionen der dritten Ionenspezies von dem Vor-Analysator 25 eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden.
• Nach dem Durchlaufen des Vor-Analysators 25 besteht der Ionenpuls 19 somit nur noch aus Ionen der ersten und der zweiten Ionenspezies. Zwischen dem Vor-Analysator 25 und dem Haupt-Analysator 27 durchläuft der Ionenpuls 19 eine freie Wegstrecke und wird in diesem Bereich zur Überlagerung mit einem Photonenpuls gebracht, wie nachfolgend erläutert.
• Das Teilchenspektrometer 1 ist derart ausgebildet, dass der zweite Teilpuls 15 des Photonenpulses 9 derart geführt wird, dass er den Teilchenpfad 21 an einer Kreuzungsposition 29 kreuzt. Zu diesem Zweck weist das Teilchenspektrometer 1 eine optische Führungseinrichtung 31 (auch als Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 bezeichnet) auf, mittels derer der zweite Teilpuls 15 auf die Kreuzungsposition 29 geführt wird und mittels derer die Länge des von dem zweiten Teilpuls 15 bis zu der Kreuzungsposition 29 zurückzulegenden Lichtweges variabel einstellbar ist. Die Führungseinrichtung 31 weist einen ersten Spiegel 33 und einen zweiten Spiegel 35 auf, die mittels einer Positioniereinrichtung 37 gegeneinander bewegbar sind (z.B. gegeneinander verschiebbar und/oder neigbar sind, in 1 veranschaulicht durch den Doppelpfeil neben der Positioniereinrichtung 37), sodass die Länge des Lichtweges des zweiten Teilpulses 15 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann. Die Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 weist zudem einen dritten Spiegel 39 auf, mittels dessen der zweite Teilpuls 15 aus der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 ausgekoppelt und auf die Kreuzungsposition 29 fokussiert wird. Die Anordnung, Ausgestaltung und Bewegungsfreiheitsgrade der Spiegel 33, 35 und 39 sind in 1 lediglich schematische veranschaulicht, um das Funktionsprinzip zu verdeutlichen.
• Das Teilchenspektrometer 1 ist zudem derart ausgebildet, dass der Ionenpuls 19 auf die Kreuzungsposition 29 fokussiert wird. Vorliegend ist der Vor-Analysator 25 zum Fokussieren des Ionenpulses 19 auf die Kreuzungsposition 29 ausgebildet. Alternativ dazu kann das Teilchenspektrometer 1 auch eine separate ionenoptische Fokussiereinrichtung zum Fokussieren der Ionenpulse 19 auf die Kreuzungsposition 29 aufweisen.
• Somit werden sowohl der Ionenpuls 19 als auch der zweite Teilpuls 15 des Photonenpulses 9 auf die Kreuzungsposition 29 fokussiert und verlaufen durch die Kreuzungsposition 29. Das Teilchenspektrometer 1 ist zum variablen Einstellen des zeitlichen Versatzes zwischen dem Eintreffen des Ionenpulses 19 an der Kreuzungsposition 29 und dem Eintreffen des zweiten Teilpulses 15 an der Kreuzungsposition 29 ausgebildet. Zu diesem Zweck weist das Teilchenspektrometer 1 als Beispiel eine Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit 41 auf, die mit dem Photonenpuls-Generator 7 und der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 verbunden ist und zum Ansteuern des Photonenpuls-Generators 7 und der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 ausgebildet ist. Vorliegend ist die Steuereinheit 41 mit der Positioniereinrichtung 37 der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 verbunden und zum Ansteuern der Positioniereinrichtung 37 ausgebildet.
• Die Steuereinheit 41 ist zum Ansteuern der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 derart ausgebildet, dass die Länge des Lichtweges, den der zweite Teilpuls 15 bis zum Erreichen der Kreuzungsposition 29 zurücklegt, auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann. Dadurch kann auch die Zeit eingestellt werden, welche der zweite Teilpuls 15 bis zum Erreichen der Kreuzungsposition 29 benötigt. Indem mittels der Steuereinheit 41 sowohl durch Ansteuern des Photonenpuls-Generators 7 ein Photonenpuls 9 und somit auch ein Ionenpuls 19 ausgelöst werden kann als auch durch Ansteuern der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 die Zeit des Eintreffens des zweiten Teilpulses 15 an der Kreuzungsposition 29 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann, kann mittels der Steuereinheit 41 der zeitliche Versatz zwischen dem Eintreffen des Ionenpulses 19 und dem Eintreffen des zweiten Teilpulses 15 an der Kreuzungsposition variabel auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Der zeitliche Versatz zwischen dem Eintreffen des Ionenpulses 19 und dem Eintreffen des zweiten Teilpulses 15 an der Kreuzungsposition 29 kann positiv, null oder negativ sein. Demgemäß kann der zeitliche Versatz mittels der Steuereinheit 41 derart eingestellt werden, dass der Ionenpuls 19 vor dem zweiten Teilpuls 15 an der Kreuzungsposition 29 eintrifft, der Ionenpuls 19 nach dem zweiten Teilpuls 15 an der Kreuzungsposition 29 eintrifft, oder der Ionenpuls 19 zeitgleich mit dem zweiten Teilpuls 15 an der Kreuzungsposition 29 eintrifft.
• Das Teilchenspektrometer 1 ist also insbesondere derart ausgebildet, dass von ihm im Betrieb der Ionenpuls 19 und der zweite Teilpuls 15 an der Kreuzungsposition 29 zur Überlagerung gebracht werden können, sodass zumindest einige Ionen des Ionenpulses 19 von Photonen des zweiten Teilpulses 15 getroffen werden bzw. mit denselben in Wechselwirkung treten.
• Aufgrund der unterschiedlichen Massen und/oder elektrischen Ladungen treffen die Ionen der ersten Ionenspezies und die Ionen der zweiten Ionenspezies zu unterschiedlichen Zeiten an der Kreuzungsposition 29 ein, wobei der Zeitabstand sehr klein sein kann (insbesondere so klein, dass er mit herkömmlichen Teilchendetektoren nicht auflösbar ist). Gemäß 1 treffen als Beispiel die Ionen der ersten Ionenspezies vor den Ionen der zweiten Ionenspezies an der Kreuzungsposition 29 ein.
• In obigem Beispiel, demgemäß die erste und die zweite Ionenspezies Isobare mit gleicher elektrischer Ladung sind, treffen die erste und die zweite Ionenspezies z.B. aufgrund des sehr geringen Massenunterschiedes der beiden Isobare mit einem sehr kleinen zeitlichen Versatz an der Kreuzungsposition 29 ein.
• Das Teilchenspektrometer 1 gemäß 1 ist derart konfiguriert, dass an der Kreuzungsposition 29 der zweite Teilpuls 15 derart zur Überlagerung mit dem Ionenpuls 19 gebracht wird, dass ausschließlich die Ionen der zweiten Ionenspezies von dem zweiten Teilpuls 15 getroffen werden bzw. mit dem zweiten Teilpuls 15 in Wechselwirkung treten. Demgemäß ist das Teilchenspektrometer 1 derart konfiguriert, dass der zweite Teilpuls 15 nach dem Eintreffen des Ionenpulses 19 an der Kreuzungsposition 29 eintrifft. Das Teilchenspektrometer 1 ist insbesondere derart konfiguriert, dass der zweite Teilpuls 15 erst an der Kreuzungsposition 29 eintrifft, nachdem die Ionen der ersten Ionenspezies die Kreuzungsposition 29 passiert haben.
• Der Photonenpuls-Generator 7 ist derart ausgebildet, dass mittels der von ihm erzeugten Photonenpulse 9 bzw. 15 die Ionen der zweiten Ionenspezies unter Änderung ihrer elektrischen Ladung elektrisch umgeladen werden können. Zu diesem Zweck kann der Photonenpuls-Generator 7 z.B. zum Erzeugen von Photonenpulsen mit Photonen einer Photonenenergie ausgebildet sein, die mindestens so groß ist wie die Energie, die zum Entfernen eines weiteren Elektrons aus den Ionen der zweiten Ionenspezies aufzubringen ist. Der Photonenpuls-Generator ist als Beispiel zum Erzeugen von Photonenpulsen ausgebildet, die Photonen mit einer Photonenenergie von mindestens 0,8 eV aufweisen, bevorzugt mindestens 3 eV, z.B. mindestens 5 eV. Der zweite Teilpuls 15 dient zum elektrischen Umladen von Ionen des Ionenpulses 19 und wird daher auch als Umladungs-Photonenpuls 15 bezeichnet.
• In obigem Beispiel, demgemäß die erste und die zweite Ionenspezies Isobare sind, die vor dem Erreichen der Kreuzungsposition 29 elektrisch einfach positiv geladen sind, kann z.B. vorgesehen sein, dass die Photonenpulse 9 bzw. 15 Photonen mit einer Photonenenergie aufweisen, die mindestens so groß ist wie die zweite Ionisierungsenergie der zweiten Ionenspezies. In diesem Fall kann mittels Absorption eines derartigen Photons ein weiteres Elektron aus einem Ion der zweiten Ionenspezies herausgelöst werden und so das Ion in den elektrisch zweifach positiv geladenen Zustand überführt werden.
• Es kann auch vorgesehen sein, dass der Photonenpuls-Generator 7 derart ausgebildet ist, dass mittels der von ihm erzeugten Photonenpulse 9 bzw. 15 sowohl die Ionen der ersten Ionenspezies als auch die Ionen der zweiten Ionenspezies unter Änderung ihrer elektrischen Ladung elektrisch umgeladen werden können. In diesem Fall kann mittels Absorption eines derartigen Photons jedes Ion des Ionenpulses 19 elektrisch umgeladen werden, wenn es an der Kreuzungsposition 29 zur Überlagerung mit dem zweiten Teilpuls 15 gebracht wird.
• Gemäß der in 1 veranschaulichten Einstellung trifft der zweite Teilpuls 15 erst an der Kreuzungsposition 29 ein, nachdem die Ionen der ersten Ionenspezies die Kreuzungsposition 29 verlassen haben, sodass die Ionen der ersten Ionenspezies (•) die Kreuzungsposition 29 mit unveränderter elektrischer Ladung passieren. Die Ionen der zweiten Ionenspezies (o) werden hingegen von dem zweiten Teilpuls 15 überlagert, d.h. von Photonen des zweiten Teilpulses 15 getroffen, und somit unter Änderung ihrer elektrischen Ladung umgeladen. An der Kreuzungsposition 29 ändert sich somit die elektrische Ladung der Ionen der zweiten Ionenspezies des Ionenpulses 19, d.h. die Ionen der zweiten Ionenspezies weisen nach dem Passieren der Kreuzungsposition 29 eine andere elektrische Ladung auf als vor dem Passieren der Kreuzungsposition 29.
• In obigem Beispiel, demgemäß die erste und die zweite Ionenspezies Isobare sind, die vor dem Erreichen der Kreuzungsposition 29 elektrisch einfach positiv geladen sind, sind die Ionen der ersten Ionenspezies nach dem Passieren der Kreuzungsposition 29 unverändert elektrisch einfach positiv geladen, wohingegen die Ionen der zweiten Ionenspezies nach dem Passieren der Kreuzungsposition 29 elektrisch zweifach positiv geladen sind.
• Nach dem Passieren der Kreuzungsposition 29 tritt der Ionenpuls 19 in den Haupt-Analysator 27 ein. Der Haupt-Analysator 27 ist zum Separieren der Ionen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet. Zur Veranschaulichung ist in 1 der magnetische Nordpol eines von dem Haupt-Analysator 27 erzeugten magnetischen Feldes mit „N“ und der magnetische Südpol des von dem Haupt-Analysator 27 erzeugten magnetischen Feldes mit „S“ gekennzeichnet.
• Der Haupt-Analysator 27 ist derart ausgebildet, dass von ihm die umgeladenen Ionen des Ionenpulses 19 von den nicht umgeladenen Ionen des Ionenpulses 19 separiert werden. Die umgeladenen Ionen sind diejenigen Ionen des Ionenpulses 19, deren elektrische Ladung sich aufgrund der Wechselwirkung mit dem Umladungs-Photonenpuls 15 an der Kreuzungsposition 29 geändert hat. Vorliegend ist der Haupt-Analysator 27 somit derart ausgebildet, dass von ihm die (umgeladenen) Ionen der zweiten Ionenspezies von den (nicht umgeladenen) Ionen der ersten Ionenspezies räumlich separiert werden. Vorliegend ist der Haupt-Analysator 27 insbesondere derart ausgebildet, dass von ihm ausschließlich die (umgeladenen) Ionen der zweiten Ionenspezies hindurchgelassen werden, wohingegen von ihm die (nicht umgeladenen) Ionen der ersten Ionenspezies eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden (in 1 veranschaulicht durch das Auflaufen der Ionen der ersten Ionenspezies (•) auf den Haupt-Analysator 27).
• In obigem Beispiel, demgemäß die erste und die zweite Ionenspezies Isobare sind, wobei die Ionen der ersten Ionenspezies nach der Kreuzungsposition 29 elektrisch einfach positiv geladen sind und die Ionen der zweiten Ionenspezies nach der Kreuzungsposition 29 elektrisch zweifach positiv geladen sind, ist nach der Kreuzungsposition das Masse-zu-Ladung-Verhältnis für die Ionen der zweiten Ionenspezies ungefähr halb so groß wie das Masse-zu-Ladung-Verhältnis für die Ionen der ersten Ionenspezies. Demgemäß kann der Haupt-Analysator 27 z.B. derart ausgebildet sein, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, deren Masse-zu-Ladung-Verhältnis um maximal 2 % von einem vorgegebenen zweiten Referenzwert R₂ abweicht, d.h. innerhalb eines zweiten Intervalls von [0,98·R₂; 1,02·R₂] liegt, wobei der zweite Referenzwert R₂ dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis der zweiten Ionenspezies nach der Kreuzungsposition 29 entspricht (wobei der zweite Referenzwert R₂ ungefähr halb so groß ist wie der erste Referenzwert R₁: R₂ ≈ R₁/2). Somit passieren ausschließlich die Ionen der zweiten Ionenspezies (o) den Haupt-Analysator 27, wohingegen die Ionen der ersten Ionenspezies (•) von dem Haupt-Analysator 27 eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden.
• Demgemäß kann also bei der Ausführung nach 1 der Vor-Analysator 25 insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihm ausschließlich solche Ionen hindurchgelassen werden, für die das Masse-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines ersten Intervalls [0,995·R₁; 1,005·R₁] liegt, wobei zudem der Haupt-Analysator 27 derart ausgebildet sein kann, dass von ihm ausschließlich solche Ionen durchgelassen werden, für die das Masse-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines zweiten Intervalls [0,98·R₂; 1,02·R₂] liegt, wobei das erste und das zweite Intervall disjunkt sind.
• Nach dem Durchlaufen des Haupt-Analysators 27 besteht der Ionenpuls 19 somit nur noch aus Ionen der zweiten Ionenspezies (o).
• Das Teilchenspektrometer 1 weist einen Teilchendetektor 43 auf, der im Teilchenpfad 21 der Ionenpulse 19 hinter dem Haupt-Analysator 27 angeordnet ist. Mittels des Teilchendetektors 43 können somit diejenigen Teilchen bzw. Ionen des Ionenpulses 19 detektiert werden, die durch den Haupt-Analysator 27 hindurchtreten. Somit kann mittels des Teilchenspektrometers 1 nach 1 z.B. die Anzahl der Ionen der zweiten Ionenspezies ermittelt werden, die in dem Ionenpuls 19 enthalten sind. Der Teilchendetektor 43 kann z.B. ein Mikrokanalplatten-Detektor oder ein Sekundärelektronenvervielfacher sein.
• Der Teilchendetektor 43 ist zum Detektieren von Teilchen mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit und einer vorgegebenen Zeitauflösung ausgebildet. Der Photonen-Generator ist derart ausgebildet, dass die zeitliche Pulsbreite bzw. Pulsdauer der von dem Photonenpuls-Generator 7 erzeugten Photonenpulse 9 bzw. 15 kleiner ist als die zeitliche Messungenauigkeit und die Zeitauflösung des Teilchendetektors 43. Die umgeladenen Ionen des Ionenpulses 19 werden also mittels des Teilchendetektors 43 mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit und mit einer vorgegebenen Zeitauflösung detektiert, wobei diese Messungenauigkeit und Zeitauflösung größer sind als die Pulsdauer des Umladungs-Photonenpulses 15.
• Der Photonenpuls-Generator 7 kann z.B. derart ausgebildet sein, dass die von ihm erzeugten Photonenpulse 9 bzw. 15 jeweils eine Pulsdauer von weniger als 100 ps, bevorzugt weniger als 50 ps, z.B. weniger als 10 ps aufweisen. Bei der Ausführung nach 1 weist der Photonenpuls 9 bzw. 15 als Beispiel eine Pulsdauer von weniger als 1 ps auf.
• Da mit dem Teilchenspektrometer 1 nach 1 mittels entsprechender Einstellung des zeitlichen Versatzes (zwischen dem Eintreffen des Ionenpulses 19 und des Umladungs-Photonenpulses 15 an der Kreuzungsposition 29) Ionen einer vorgegebenen Masse aus dem Ionenpuls 19 separiert und erfasst werden können, kann das Teilchenspektrometer 1 insbesondere als Massenspektrometer fungieren.
• Vorstehend wurde die Funktionsweise des Teilchenspektrometers 1 nach 1 anhand eines einzigen Photonenpulses 9 und somit anhand eines einzigen Ionenpulses 19 und eines einzigen Umladungs-Photonenpulses 15 beschrieben.
• Das Teilchenspektrometer 1 kann jedoch auch derart ausgebildet sein bzw. betrieben werden, dass nacheinander mehrere Photonenpulse 9 erzeugt werden, wobei von jedem Photonenpuls 9 ein Ionenpuls 19 und ein Umladungs-Photonenpuls 15 erzeugt werden, die nachfolgend an der Kreuzungsposition 29 zur Überlagerung gebracht werden. Dabei kann das Teilchenspektrometer 1 insbesondere derart ausgebildet sein bzw. betrieben werden, dass die Umladungs-Photonenpulse 15 jeweils mit unterschiedlichem zeitlichem Versatz bezüglich des Ionenpulses 19 an der Kreuzungsposition 29 eintreffen. Dies ist z.B. realisierbar, indem mittels entsprechenden Ansteuerns der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 jeweils die Länge des von dem Umladungs-Photonenpuls 15 zurückgelegten Lichtweges variiert wird. Mittels Variierens des zeitlichen Versatzes kann auch die Masse der jeweils umgeladenen und detektierten Ionen variiert werden, sodass eine Massenverteilung des ursprünglichen Ionenpulses 19 ermittelt werden kann.
• Die Target-Aufnahme 3, die Beschleunigungselektrode 17, der Vor-Analysator 25, der Haupt-Analysator 27 und der Teilchendetektor 43 sind in einer Vakuumkammer 45 des Teilchenspektrometers 1 angeordnet, sodass beim Betreiben desselben der Teilchenpfad 21 in einem Vakuum verläuft. Der Photonenpuls-Generator 7, der Strahlteiler 11 und die Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 können innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer 45 angeordnet sein. Bei Anordnung des Photonenpuls-Generators 7, des Strahlteilers 11 und der Photonenpuls-Führungseinrichtung 31 außerhalb der Vakuumkammer, wie in 1 dargestellt, kann die Vakuumkammer 45 z.B. Fenster oder andere optische Eingänge aufweisen (nicht dargestellt), wobei der erste Teilpuls 13 und der zweite Teilpuls 15 durch die optischen Eingänge hindurch in die Vakuumkammer 45 eingestrahlt werden.
• 2 zeigt ein Teilchenspektrometer 1 gemäß einer anderen Ausführungsform bei der Durchführung eines Teilchenspektrometrieverfahrens gemäß einer Ausführungsform, wobei das Teilchenspektrometer 1 nach 2 insbesondere als Energiespektrometer fungieren kann. Bei dem Teilchenspektrometer 1 nach 2 dient das Target 5 nicht zugleich auch als zu analysierende Probe, sondern stattdessen ist die zu analysierende Probe 47 im Teilchenpfad 21 des Ionenpulses 19 angeordnet. Zu diesem Zweck weist das Teilchenspektrometer 1 nach 2 eine Proben-Aufnahme 49 zum Aufnehmen der zu analysierenden Probe 47 auf. Die Proben-Aufnahme 49 ist vor der Kreuzungsposition 29 im Teilchenpfad 21 angeordnet, vorliegend als Beispiel zwischen der Beschleunigungselektrode 17 und dem Vor-Analysator 25.
• Gemäß der Ausführungsform nach 2 wird zunächst durch den ersten Teilpuls 13 mittels Laserablation an dem Target 5 ein monoenergetischer Ionenpuls 19 erzeugt. Bei der Ausführung gemäß 2 besteht der Ionenpuls 19 im Bereich zwischen der Beschleunigungselektrode 17 und der Probe 47 als Beispiel aus Ionen einer einzigen Ionenspezies, wobei alle Ionen dieselbe elektrische Ladung aufweisen. Da alle Ionen des Ionenpulses 19 somit dieselbe Masse und dieselbe elektrische Ladung aufweisen, haben im Bereich zwischen der Beschleunigungselektrode 17 und der Probe 47 alle Ionen des Ionenpulses 19 dieselbe kinetische Energie.
• Bei der Ausführung nach 2 wird die Probe 47 von den Ionen des Ionenpulses 19 durchstrahlt. Beim Durchlaufen der Probe 47 ändert sich die kinetische Energie und Energieverteilung der Ionen des Ionenpulses 19 in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der inneren Struktur der Probe 47, wobei als Beispiel bei der Ausführung gemäß 2 nach dem Durchlaufen der Probe 47 Ionen mit drei unterschiedlichen kinetischen Energien vorliegen. In 2 sind die Ionen mit der ersten kinetischen Energie als ein mit schwarzer Farbe ausgefüllter Kreis (•), die Ionen mit der zweiten kinetischen Energie als ein unausgefüllter Kreis (o), und die Ionen mit der dritten kinetischen Energie als ein unausgefülltes Quadrat (□) schematisch dargestellt.
• Bei der Ausführung nach 2 ist der Vor-Analysator 25 zum Separieren der Ionen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet, wobei die Ionen des Ionenpulses 19 mittels des Vor-Analysators 25 zunächst grob nach ihrer kinetischen Energie bzw. nach ihrem Energie-zu-Ladung-Verhältnis separiert werden.
• Der Vor-Analysator 25 ist gemäß 2 derart ausgebildet, dass von ihm ausschließlich die Ionen mit der ersten und der zweiten kinetischen Energie hindurchgelassen werden, wohingegen von ihm die Ionen mit der dritten kinetischen Energie eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden (in 1 veranschaulicht durch das Auflaufen der Ionen mit der dritten kinetischen Energie auf den Vor-Analysator 25). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Vor-Analysator 25 derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Ionen hindurchgelassen werden, deren Energie-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines vorgegebenen ersten Intervalls liegt, wobei für die Ionen mit der ersten und der zweiten kinetischen Energie das Energie-zu-Ladungs-Verhältnis innerhalb dieses ersten Intervalls liegt, und wobei für die Ionen mit der dritten kinetischen Energie das Energie-zu-Ladungs-Verhältnis außerhalb dieses ersten Intervalls liegt. Somit passieren ausschließlich die Ionen mit der ersten und der zweiten kinetischen Energie den Vor-Analysator 25, wohingegen die Ionen mit der dritten kinetischen Energie von dem Vor-Analysator 25 eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden.
• Nach dem Durchlaufen des Vor-Analysators 25 besteht der Ionenpuls 19 somit nur noch aus Ionen mit der ersten (•) und der zweiten (o) kinetischen Energie. Zwischen dem Vor-Analysator 25 und dem Haupt-Analysator 27 durchläuft der Ionenpuls 19 eine freie Wegstrecke und wird in diesem Bereich zur Überlagerung mit einem Photonenpuls gebracht, wie vorstehend mit Bezug auf 1 erläutert.
• Aufgrund der (bei gleicher Masse) unterschiedlichen kinetischen Energien treffen die Ionen mit der ersten und der zweiten kinetischen Energie zu unterschiedlichen Zeiten an der Kreuzungsposition 29 ein, wobei der Zeitabstand sehr klein sein kann. Bei der Ausführung nach 2 treffen als Beispiel die Ionen mit der ersten kinetischen Energie vor den Ionen mit der zweiten kinetischen Energie an der Kreuzungsposition 29 ein.
• Gemäß der Ausführung nach 2 ist das Teilchenspektrometer 1 derart konfiguriert, dass an der Kreuzungsposition 29 der zweite Teilpuls 15 derart zur Überlagerung mit dem Ionenpuls 19 gebracht wird, dass ausschließlich die Ionen mit der zweiten kinetischen Energie (o) von dem zweiten Teilpuls 15 getroffen werden. Demgemäß ist das Teilchenspektrometer 1 derart konfiguriert, dass der zweite Teilpuls 15 erst an der Kreuzungsposition 29 eintrifft, nachdem die Ionen mit der ersten kinetischen Energie (•) die Kreuzungsposition 29 passiert haben.
• Gemäß der Ausführung nach 2 ist der Photonenpuls-Generator 7 derart ausgebildet, dass mittels der von ihm erzeugten Photonenpulse 9 bzw. 15 die von ihm getroffenen Ionen des Ionenpulses 19 unter Änderung ihrer elektrischen Ladung elektrisch umgeladen werden.
• Gemäß der in 2 veranschaulichten Einstellung trifft der zweite Teilpuls 15 erst an der Kreuzungsposition 29 ein, nachdem die Ionen mit der ersten kinetischen Energie die Kreuzungsposition 29 verlassen haben, sodass diese Ionen die Kreuzungsposition 29 mit unveränderter elektrischer Ladung passieren. Die Ionen mit der zweiten kinetischen Energie werden hingegen von dem zweiten Teilpuls 15 überlagert, d.h. von Photonen des zweiten Teilpulses 15 getroffen, und somit unter Änderung ihrer elektrischen Ladung umgeladen. An der Kreuzungsposition 29 ändert sich somit die elektrische Ladung der Ionen mit der zweiten kinetischen Energie, d.h. diese Ionen weisen nach dem Passieren der Kreuzungsposition 29 eine andere elektrische Ladung (und somit auch ein anderes Energie-zu-Ladung-Verhältnis) auf als vor dem Passieren der Kreuzungsposition 29.
• Nach dem Passieren der Kreuzungsposition 29 tritt der Ionenpuls 19 in den Haupt-Analysator 27 ein, der zum Separieren der Ionen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist. Der Haupt-Analysator 27 ist derart ausgebildet, dass von ihm die umgeladenen Ionen des Ionenpulses 19 von den nicht umgeladenen Ionen des Ionenpulses 19 separiert werden. Vorliegend ist der Haupt-Analysator 27 somit derart ausgebildet, dass von ihm die (umgeladenen) Ionen mit der zweiten kinetischen Energie von den (nicht umgeladenen) Ionen mit der ersten kinetischen Energie räumlich separiert werden. Vorliegend ist der Haupt-Analysator 27 insbesondere derart ausgebildet, dass von ihm ausschließlich die (umgeladenen) Ionen mit der zweiten kinetischen Energie hindurchgelassen werden, wohingegen von ihm die (nicht umgeladenen) Ionen mit der ersten kinetischen Energie eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden (in 1 veranschaulicht durch das Auflaufen der Ionen mit der ersten kinetischen Energie auf den Haupt-Analysator 27).
• Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der Haupt-Analysator 27 gemäß 2 derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Teilchen hindurchgelassen werden, deren Energie-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines vorgegebenen zweiten Intervalls liegt, wobei für die (umgeladenen) Ionen mit der zweiten kinetischen Energie das Energie-zu-Ladungs-Verhältnis innerhalb dieses zweiten Intervalls liegt, und wobei für die (nicht umgeladenen) Ionen mit der ersten kinetischen Energie das Energie-zu-Ladungs-Verhältnis außerhalb dieses zweiten Intervalls liegt. Somit passieren ausschließlich die Ionen mit der zweiten kinetischen Energie den Haupt-Analysator 27, wohingegen die Ionen mit der ersten kinetischen Energie von dem Haupt-Analysator 27 eingefangen und aus dem Ionenpuls 19 entfernt werden.
• Bei der Ausführung gemäß 2 kann dementsprechend vorgesehen sein, dass der Vor-Analysator 25 derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Ionen hindurchgelassen werden, für die das Energie-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines ersten Intervalls liegt, wobei zudem der Haupt-Analysator 27 derart ausgebildet ist, dass von ihm ausschließlich solche Ionen hindurchgelassen werden, für die das Energie-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb eines zweiten Intervalls liegt, wobei das erste und das zweite Intervall disjunkt sind. Dadurch kann eine effektive Separation von Ionen mit unterschiedlichen kinetischen Energien unterstützt werden.
• Nach dem Durchlaufen des Haupt-Analysators 27 besteht der Ionenpuls 19 somit nur noch aus Ionen mit der zweiten kinetischen Energie, die mittels des Teilchendetektors 43 detektiert werden können. Somit kann mittels des Teilchenspektrometers 1 nach 2 z.B. die Anzahl der Ionen mit der zweiten kinetischen Energie ermittelt werden, die in dem Ionenpuls 19 enthalten sind.
• Da mit dem Teilchenspektrometer 1 nach 2 mittels entsprechender Einstellung des zeitlichen Versatzes zwischen dem Eintreffen des Ionenpulses 19 und des Umladungs-Photonenpulses 15 an der Kreuzungsposition 29 Teilchen einer vorgegebenen kinetischen Energie aus dem Ionenpuls 19 separiert und erfasst werden können, kann das Teilchenspektrometer 1 insbesondere als Energiespektrometer fungieren.
• Das Teilchenspektrometer 1 gemäß 2 kann z.B. derart ausgebildet sein bzw. betrieben werden, dass nacheinander mehrere Photonenpulse 9 erzeugt werden, wobei von jedem Photonenpuls 9 ein Ionenpuls 19 und ein Umladungs-Photonenpuls 15 erzeugt werden, die nachfolgend an der Kreuzungsposition 29 zur Überlagerung gebracht werden. Dabei kann das Teilchenspektrometer 1 insbesondere derart ausgebildet sein bzw. betrieben werden, dass die Umladungs-Photonenpulse 15 jeweils mit unterschiedlichem zeitlichem Versatz bezüglich des Ionenpulses 19 an der Kreuzungsposition 29 eintreffen. Mittels Variierens des zeitlichen Versatzes kann auch die Energie der jeweils umgeladenen und detektierten Ionen variiert werden, sodass eine Energieverteilung des ursprünglichen Inenpulses 19 ermittelt werden kann.
• Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der Teilchenspektrometers 1 nach 2 denjenigen des Teilchenspektrometers 1 nach 1, sodass diesbezüglich auf die Erläuterungen mit Bezug auf 1 verwiesen wird.
• Bezugszeichenliste

1

Teilchenspektrometer

3

Target-Aufnahme / Target-Halterung

5

Target / Probe

7

Photonenpuls-Generator / gepulster Laser

9

Photonenpuls / Laserpuls

11

Strahlteiler / Strahlteilungseinrichtung

13

erster Teilpuls / Ablations-Photonenpuls / lonenerzeugungs-Photonenpuls

15

zweiter Teilpuls / Umladungs-Photonenpuls

17

Beschleunigungselektrode

19

Teilchenpuls / lonenpuls

21

Teilchenpfad

23

Bewegungsrichtung des Teilchenpulses

25

erster Analysator / Vor-Analysator

27

zweiter Analysator / Haupt-Analysator

29

Kreuzungsposition

31

optische Führungseinrichtung / Photonenpuls-Führungseinrichtung

33

erster Spiegel der Photonenpuls-Führungseinrichtung

35

zweiter Spiegel der Photonenpuls-Führungseinrichtung

37

Positioniereinrichtung der Photonenpuls-Führungseinrichtung

39

dritter Spiegel der Photonenpuls-Führungseinrichtung

41

Steuereinrichtung / Steuereinheit

43

Teilchendetektor

45

Vakuumkammer

47

Probe

49

Proben-Aufnahme / Proben-Halterung

Claims (16)

1. Teilchenspektrometrieverfahren, aufweisend folgende Schritte: - Bereitstellen eines zu analysierenden, entlang eines Teilchenpfades (21) verlaufenden Teilchenpulses (19), - Erzeugen eines Photonenpulses (15), der den Teilchenpfad (21) an einer Kreuzungsposition (29) kreuzt und den Teilchenpuls (19) an der Kreuzungsposition zumindest teilweise überlagert, wobei mittels des Photonenpulses zumindest ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses unter Änderung seiner elektrischen Ladung umgeladen wird, - Separieren der elektrisch umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses (19) von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses mittels eines Analysators (27), der zum Separieren der Teilchen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist, und - Detektieren der umgeladenen Teilchen oder der nicht umgeladenen Teilchen mittels eines Teilchendetektors (43).
2. Teilchenspektrometrieverfahren nach Anspruch 1, wobei die umgeladenen Teilchen von dem Teilchendetektor (43) mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit detektiert werden und die Pulsdauer des Photonenpulses (15) kleiner ist als die vorgegebene zeitliche Messungenauigkeit, und/oder wobei die umgeladenen Teilchen von dem Teilchendetektor (43) mit einer vorgegebenen Zeitauflösung detektiert werden und die Pulsdauer des Photonenpulses (15) kleiner ist als die vorgegebene Zeitauflösung.
3. Teilchenspektrometrieverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pulsdauer des Photonenpulses (15) maximal 100 ps beträgt, bevorzugt maximal 10 ps.
4. Teilchenspektrometrieverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nacheinander mehrere Teilchenpulse (19) bereitgestellt werden und jeder der Teilchenpulse an der Kreuzungsposition (29) derart zur Überlagerung mit einem Photonenpuls (15) gebracht wird, dass die Photonenpulse (15) jeweils mit unterschiedlichem zeitlichem Versatz bezüglich des zugehörigen Teilchenpulses (19) an der Kreuzungsposition (29) eintreffen.
5. Teilchenspektrometer (1) zum Analysieren der Teilchen eines entlang eines Teilchenpfades (21) verlaufenden Teilchenpulses (19), aufweisend: - einen Photonenpuls-Generator (7) zum Erzeugen von Photonenpulsen (15), die den Teilchenpfad (21) an einer Kreuzungsposition (29) kreuzen, und - einen Analysator (27), der bezüglich des Teilchenpfades (21) hinter der Kreuzungsposition (29) angeordnet ist und zum Separieren der Teilchen mittels eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet ist, wobei - das Teilchenspektrometer (1) derart ausgebildet ist, dass von ihm der Teilchenpuls (19) und ein von dem Photonen-Generator (7) erzeugter Photonenpuls (15) an der Kreuzungsposition (29) zur zumindest teilweisen Überlagerung gebracht werden können.
6. Teilchenspektrometer nach Anspruch 5, ferner aufweisend einen Teilchendetektor (43) mit einer vorgegebenen zeitlichen Messungenauigkeit und/oder einer vorgegebenen Zeitauflösung, die größer ist als die Pulsdauer des Photonenpulses (15).
7. Teilchenspektrometer nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Pulsdauer des Photonenpulses (15) maximal 100 ps beträgt, bevorzugt maximal 10 ps, insbesondere maximal 100fs.
8. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Photonenpuls-Generator (7) zum Erzeugen von Photonenpulsen (15) ausgebildet ist, die Photonen mit einer Photonenenergie von mindestens 0,8 eV aufweisen, bevorzugt mindestens 3 eV, insbesondere mindestens 5 eV.
9. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Photonenpuls-Generator (7) zum Erzeugen von Photonenpulsen (15) ausgebildet ist, die eine Leistungsdichte pro Photonenpuls von mehr als 10⁷W/cm², bevorzugt mehr als 10¹⁰ W/cm², insbesondere mehr als 10¹⁴W/cm² aufweisen.
10. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Photonenpuls-Generator (7) derart ausgebildet ist, dass mittels der von ihm erzeugten Photonenpulse (15) zumindest ein Teil der Teilchen des Teilchenpulses (19) unter Änderung seiner elektrischen Ladung umladbar ist.
11. Teilchenspektrometer nach Anspruch 10, wobei der Analysator (27) zum Separieren der elektrisch umgeladenen Teilchen des Teilchenpulses (19) von den übrigen Teilchen des Teilchenpulses (19) ausgebildet ist, und wobei das Teilchenspektrometer (1) zum separaten Detektieren der umgeladenen Teilchen oder der nicht umgeladenen Teilchen ausgebildet ist.
12. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei das Teilchenspektrometer zum variablen Einstellen des zeitlichen Versatzes zwischen dem Eintreffen des Teilchenpulses (19) an der Kreuzungsposition (29) und dem Eintreffen des Photonenpulses (15) an der Kreuzungsposition ausgebildet ist.
13. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Teilchenspektrometer (1) ein Teilchenspektrometer zum Analysieren einer Probe (5) ist, und wobei das Teilchenspektrometer (1) zum Erzeugen des Teilchenpulses (19) aus dem Material der Probe (5) ausgebildet ist.
14. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Teilchenspektrometer (1) ein Teilchenspektrometer zum Analysieren einer Probe (47) ist, und wobei das Teilchenspektrometer eine Proben-Aufnahme (49) zum Anordnen der Probe (47) im Teilchenpfad (21) des Teilchenpulses (19) aufweist.
15. Teilchenspektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei das Teilchenspektrometer (1) zum Erzeugen des Teilchenpulses (19) mittels Laserbeschusses ausgebildet ist.
16. Teilchenspektrometer nach Anspruch 15, wobei das Teilchenspektrometer (1) aufweist: - eine Strahlteilungseinrichtung (11), die im Lichtweg der von dem Photonen-Generator (7) erzeugten Photonenpulse (9) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass von ihr jeder Photonenpuls (9) in einen ersten Teilpuls (13) und einen zweiten Teilpuls (15) getrennt wird, wobei - das Teilchenspektrometer (1) derart ausgebildet ist, dass von ihm der erste Teilpuls (13) auf ein Target (5) gerichtet wird, sodass mittels des ersten Teilpulses (13) durch Laserablation an dem Target (5) ein Ionenpuls (19) als Teilchenpuls generierbar ist, und dass von ihm der zweite Teilpuls (15) auf die Kreuzungsposition (29) gerichtet wird, sodass der zweite Teilpuls (15) an der Kreuzungsposition (29) zur zumindest teilweisen Überlagerung mit dem Ionenpuls (19) gebracht werden kann.

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