DE1598632A1

DE1598632A1 - Arrangement for the removal, evaporation and excitation of sample material by means of electromagnetic radiation

Info

Publication number: DE1598632A1
Application number: DE19661598632
Authority: DE
Inventors: Berndt Dipl-Phys Mattias
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1966-10-22
Filing date: 1966-10-22
Publication date: 1970-09-10

Description

Anordnung zur Abtragung, Verdampfung und Anregung von Probenmaterial mittels elektromagnetischer Strahlung Die Erfindung betrifft eine -Anordnung zur Abtragung, Verdampfung und Anregung von Probennaterial mittels energiereicher elektromaglletischer Strahlung, insbesondere koharenter Strahlung. Eine solche Anordnung gestattet, von einer größeren Materialprobe eine kleine Materialmenge abzutragen, zu verdampfen und anzuregen, sodaß eine Nutzung des abgetragenen Probenmaterials mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen erfolgen kann und ist zur Erzeugung von Dämpfen, Plasen, Ionenstrahlen, zur Emissions- oder Absorptionsspektralanalyse von makroskopischen- oder mikroskopischen Bereichen oder zur Massenspektroskopie geeignet. Arrangement for the removal, evaporation and excitation of sample material by means of electromagnetic radiation The invention relates to an arrangement for Ablation, evaporation and excitation of sample material by means of high-energy electromaglletic Radiation, especially coherent radiation. Such an arrangement allows To remove a small amount of material from a larger sample of material, to evaporate it and to stimulate, so that a use of the removed sample material with known Processes and devices can and is used to generate vapors, plasma, Ion beams, for emission or absorption spectral analysis of macroscopic or microscopic areas or for mass spectroscopy.

Es ist bekannt, daß mit hilfe von elektromagnetischer Strahlung großer Energiedichte Materialien, auch solche mit hoher Schmelz- oder Verdampfungstemperatur, abgetragen werden können. Die Strahlung, vorzugsweise ein durch induzierte Emission erzeugtes kohärentes sichtbares oder infrarotes Lichtbündel mit geringem Öffnungswinkel, wird dabei mittels eines optischen Systems auf das Material in einen Brennfleck konzentriert. Das dort befindliche Material wird im allgemeinen als Schmelze oder als Dampf unter Ilinterlassung eines Kratzers aus dem Materialstück gelöst. Auf diese Weise erzeugter Dampf kann schon genügend angeregt sein, um als Lichtquelle zur Emissionsspektralanalyse zu dienen. It is known that with the help of electromagnetic radiation large Energy-dense materials, including those with a high melting or evaporation temperature, can be removed. The radiation, preferably one by induced emission generated coherent visible or infrared light beam with a small opening angle, is applied to the material in a focal point by means of an optical system concentrated. The one located there Material will in general as a melt or as steam leaving a scratch on the piece of material solved. Steam generated in this way can already be excited enough to be used as To serve light source for emission spectral analysis.

Außerdem ist es bekannt, daß eine zusätzliche Zufuhr von elektrischer Energie zum Zweck einer weiteren Anregung über Elektroden erfolgt, welche in geeignetem Abstand über der Probenoberflache anÕebracht sind. Desgleichen sind Anordnungen zur elektrodenlosen Anregung bekannt. Das verdampfte Material kann auch als Ausgangspunkt für die Erzeugung von Plasmen oder als Quelle für Ionen zur Massenspektroskopie benutzt werden.It is also known that an additional supply of electrical Energy for the purpose of further excitation takes place via electrodes, which in suitable Distance above the sample surface. The same are orders known for electrodeless excitation. The vaporized material can also be used as a starting point for the generation of plasmas or as a source for ions for mass spectroscopy to be used.

Diesen angeführten Anordnungen ist gemeinsaliL, daß das abgetragene Material in den Raum zwischen der Probenoberfläche und den zur Konzentrierung der Strahlung dienenden optischen Mitteln austritt. Das bedingt, daß die optischen Mittel, die Probe und die Mittel zur zusätzlichen Anregung und Nutzung des Probendampfes eine räumliche Begrenzung besitzen müssen, die ihre optimale Wirkungsweise behindert. What these arrangements have in common is that the removed Material in the space between the sample surface and the concentration of the Radiation serving optical means emerges. This means that the optical means the sample and the means for additional excitation and use of the sample vapor must have a spatial limitation that hinders their optimal mode of operation.

Der notwendige Raum bedingt vor allem, daß die zur Konzentrierung der Strahlung verwendeten optischen Systeme einen ausreichend großen freien Arbeitsabstand haben müssen. Das erschwert wegen der erforderlichen großen Flä.chendurchmesser dieser Systeme die Anwendung kurzer Brennweiten zur Erreichung kleiner Brennflecke und damit hoher Leistunesdichten, Das austretende Probenmaterial kann die Güte der optischen Oberflächen beeinträchtigen. Eine Anwendung von Immersionsobjektiven ist engen des erforderlichen freien Arbeitsabstandes nicht möglich. Die geringen freien Arbeitsabstände schränken weiterhin die Möglichkeit der Anflendung zusätzlicher Anregung durch elektrische Spannung oder Beschleunigungsstrecken ein oder erfordern besondere Isolations- oder andere Schutzmaßnahmen. Above all, the necessary space requires that the concentration The optical systems used for the radiation have a sufficiently large free working distance need to have. This makes it difficult because of the large size required Area diameter these systems use short focal lengths to achieve small focal spots and thus high performance densities. The exiting sample material can reduce the quality of the affect optical surfaces. One application of immersion objectives is narrowing the required free working distance is not possible. The minor free ones Working distances further limit the possibility of using additional Or require excitation by electrical voltage or acceleration sections special isolation or other protective measures.

Die aufgeführten Mängel der bekannten Anordnungen hindern insbesondere die Anregung von durchsichtigen Probenmaterialien, die auf Grund ihrer geringen Absorption einer besonders hohen Leistungsdichte zur Abtragung sowie einer besonderen Energiezufuhr zur weiteren Anregung bedürfen. The listed shortcomings of the known arrangements prevent in particular the stimulation of transparent sample materials, which because of their low Absorption of a particularly high power density for ablation as well as a special one Need energy supply for further stimulation.

Der Zeck der Erfindung ist die Beseitigung der Mängel der bekannten Anordnungen. The purpose of the invention is to eliminate the shortcomings of the known Arrangements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die eine gegenseitige räumliche Behinderung der optischen Mittel zur Konzentrierung der Strahlung, der Ausbreitung des abgetragenen Probenmaterials sowie der Mittel zur zusätzlichen Anregung und Nutzung des abgetragenen Probenmaterials vermeidet und die optischen Mittel vor einer Eeeinträchtigung durch abgetragenes Material schützt. Weiterhin soll der Anwendungsbereich der Anordnungen zur Anregung und weiteren Nutzung auf schwer verdampfbare, schwach absorbierende Probenmaterialien erweitert werden. The invention is based on the object of creating an arrangement the mutual spatial hindrance of the optical means for concentration the radiation, the spread of the ablated sample material and the agents for additional stimulation and use of the removed sample material avoids and the optical means against degradation by ablated material protects. Furthermore, the area of application of the arrangements for stimulation and further Use extended to sample materials that are difficult to vaporize, poorly absorbent will.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, daß in einer Anordnung zur Abtragung, Verdampfung und Anregung von Probenmaterial aus vorzugsweise schwach absorbierenden Materialproben mittels konzentrierter elektromagnetischer Strahlung und mit anschließender Nutzung des abgetragenen Probenmaterials die .Materialprobe erfindungsgemäß zwischen optischen Mitteln zur Konzentrierung der abtragenden Strahlung und weiteren Mitteln zur Anregung und Nutzung des abgetragenen Probenmaterials angeordnet ist, wo bei die Strahlung auf einen Bereich nahe der der Strahlungaquelle abgewandten Oberfläche der Materialprobe konzentriert wird. The solution to this problem is achieved in that in an arrangement for the removal, evaporation and excitation of sample material from preferably weak absorbing material samples by means of concentrated electromagnetic radiation and with subsequent use of the removed sample material, the material sample according to the invention between optical means for concentrating the abrasive radiation and further means are arranged for the excitation and use of the removed sample material is where the radiation to an area close to that facing away from the radiation source Surface of the material sample is concentrated.

Diese Anordnung ist vorteilhaft für die Emissions-, Absorptions- oder Massenspektroskopie geeignet. This arrangement is advantageous for the emission, absorption or mass spectroscopy.

Die Anbringung von Mitteln für eine zusätzliche Anregung über Funkenentladung oder zur elektrodenlosen Entladung sowie Mittel zur Ionisierung und zur Beschleunigung des abgetragenen Materials läßt sich sehr vorteilhaft durchführen. The attachment of means for additional excitation via spark discharge or for electrodeless discharge and means for ionization and acceleration the removed material can be carried out very advantageously.

Der von der Strahlung zuerst durchsetzte, nicht abgetragende Bereich des Probenmaterials kann in vorteilhafter Weise als ein Schutz gegen die Ausbreitung von abgetragenem Material in Richtung auf die Mittel zur Konzentrierung der Strahlen wirken. The non-ablated area first penetrated by the radiation the sample material can be used advantageously as a protection against the spread of worn Material towards the means of concentration of the rays work.

Besteht die Notwendigkeit, die Probensubstanz im Vaku=n abzutragen oder mit bekannten Anordnungen im Vakuum anzuregen und zu nutzen, kann die Probe als vakuumdichtes Penster oder in Verbindung mit einem den Vakuuaraum abdichtenden Fenster angeordnet werden. Als Fenster kann die ebene Probe entweder von außen unter Zuhilfenahme des Außendruckes oder von innen auf den Rand einer Öffnung eines gasdichten Gefäßes aufgesprengt werden. Is there a need to remove the sample substance in a vacuum = n or to stimulate and use with known arrangements in a vacuum, the sample as a vacuum-tight penster or in conjunction with a vacuum chamber that seals off Windows can be arranged. The flat specimen can either be seen from the outside underneath as a window With the help of the external pressure or from the inside on the edge of an opening of a gas-tight Be blown open.

Einen zusätzlichen Schutz für die optischen Systeme kann eine zwischen diesen Systemen und der Probe angebrachte durchsichtige und planparallele Platte übernehmen, deren Dicke auf die jeweilige Probendicke zur Erzielung konstanter optischer Ieglängen abge3timst sein kann. An additional protection for the optical systems can be provided between transparent and plane-parallel plate attached to these systems and the sample take over the thickness of the respective sample thickness to achieve constant optical Length can be timed.

Eine beliebige Annäherung von optischen Mitteln an die Probenoberfläche ist erfindungsgemäß möglich mit allen Vorteilen, die sich aus der Anwendbarkeit an sich bekannter aber bei den bisher bekannten Anordnungen technisch nicht ein3etzbarer optischer Mittel zur Konzentrierung und Beobachtung ergeben. Das Srobemnaterial wird auf der den konzentrierenden optischen Mitteln abgekehrten Probenoberfläche abgetragen. Seiner Ausbreitung, Anregung und Nutzung steht der gesamte, der Strahlungsquelle abgewandte Raum offen. Diese entscheidende Verminderung der räumlichen Beschränkung für die Dimensionierung von bekannten Mitteln zur Anregung und Nutzung des abgetragenen Materials ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung. Dieser Vorteil bezieht sich insbesondere auf die Dimensionierung von Elektroden oder elektrodenlosen Vorrichtungen zur zusätzlichen Anregung, von beschleunigenden Elektrodensystemen für Ionenquellen und Massenspektroskopie, von Trägern zur Kondensation des Dampfes, von optischen Systemen zur Abbildung der leuchtenden angeregten Substanz als Spektrographen oder von optischen Systemen zur Beobachtung und Analyse der Probenrückseite, des Dampfes oder der Träger zur Kondensation.Any approximation of optical means to the sample surface is possible according to the invention with all the advantages resulting from the applicability better known per se but not technically usable with the previously known arrangements result in optical means for concentration and observation. The srobematerial becomes on the sample surface facing away from the concentrating optical means worn away. The entire source of radiation is available to its expansion, stimulation and use averted space open. This decisive diminution of the spatial restriction for the dimensioning of known means for the stimulation and use of the ablated Materials is another important advantage of the invention. This benefit relates in particular on the dimensioning of electrodes or electrodeless devices for additional excitation of accelerating electrode systems for ion sources and mass spectroscopy, of supports for condensation of the vapor, of optical Systems for imaging the luminous excited substance as a spectrograph or of optical systems for observation and analysis of the back of the sample, the vapor or the carrier for condensation.

Der Anwendungsbereich der Erfindung betrifft vorzugsweise Materislproben, deren Absorptionslänge im Spektralbereich der zur Abtragung gewählten Strahlung nicht wesentlich kleiner als die Probendicke ist. Insbesonderte lassen sich die bekannten nichtlinearen Effekte nutzen, die sich in einer vergrößerten Absorption pro durchstrahlte Weglänge der brennpunkt nahen Bereiche von Probenmaterial äußern, das an sich für Strahlung nit geringer Leistungsdichte durchlässig ist. Auch die bekannte hilfsweise Aufbringung von absorbierenden Schichten zur mittelbaren Ve größerung der vom nichtabsorbierenden Medium aufgenommenen Strahlungsenergie läßt sich so ansenden, daß die absorbierenden Schichten nuf der den Strahlungseintritt abgewandten Oberfläche der Materialprobe aufgebracht werden. The scope of the invention preferably relates to material samples, their absorption length in the spectral range of the radiation selected for ablation is not significantly smaller than the sample thickness. In particular, the use known non-linear effects, which result in an increased absorption express per irradiated path length of the areas of sample material close to the focal point, which in itself is permeable to radiation with a low power density. Also the known auxiliary application of absorbent layers for indirect Ve increases the radiation energy absorbed by the non-absorbent medium so that the absorbent layers are next to the Radiation entry facing away from the surface of the material sample are applied.

Der Nachteil eines Verlustes von Strahlungsenergie an die zuerst durchlaufenen Probenbereiche, die nicht abgetragen werden, wird ausgeglichen durch die Vorteile, die durch die leistungsfähigeren Ausführungen des konzentrierenden optischen Systems und der. Mittel zur Nutzung des angeregten Materials entstehen. The disadvantage of a loss of radiant energy to the first traversed sample areas, which are not removed, is compensated by the advantages brought about by the more powerful designs of the concentrating optical system and the. Means for using the excited material arise.

Das Probenmaterial wird in Form einer planparallelen Platte verwendet. Besondere Vorteile bringt die durch die Erfindung ermöglichte Ausnutzung bekannter, aber für die Materialabtragung bisher ausgeschlossener Anordnungen und Arbeitsverfahren der r Immersionsoptik. The sample material is used in the form of a plane-parallel plate. The utilization of known, but for the removal of material previously excluded arrangements and work processes the r immersion optics.

W-ird znischen Probe und optischem System eine Flüssigkeit angeordnet, so daß diese Anordnung ein Immersionssystem bildet, so ergeben sich die bekannten Vorteile vergr ößerter numerischer Apertur für Beobachtung und Bestrahlung. Weiterhin kann vorzugsweise eine zähe Flüssigkeit einen Schutz der optischen Oberflächen gegen Beschädigungen durch die Probe oder durch unbeabsichtigt austretendes Probenmaterial bilden. Vorteilhafterweise kann eine im Kontakt mit der Probe angeordnete Flüssigkeit als der Teil des Immersionssystems dienen, in dem die Leistungadichte des konvergierenden Strahlenbündels bereits vo Eintritt der Strahlung in die Probe so groß ist, daß daß Beschädigungen von optischen Oberflächen auftreten könnten. Eine Auswechselung von unter Strahlungseinwirkung unbrauchbar gewordenen Immersionsflüssigkeiten ist dann leicht vorzunchmen. Es ist auch möglich, als Immersionsflüssigkeiten vor allem solche zu wählen, die gegen die angewandte und gegen kurzwelligere Strahlung resistent sind. Die Anwendung von Immersionsflüssigkeit im Kontakt mit unebenen Probenoberflüchen bietet den Vorteil der Verminderung des Arbeitsaufwandes zur Herstellung einer für die Betrachtung von Strukturen innerhalb der Probe optisch geeignete Probenoberfläche.If a liquid is arranged between the sample and the optical system, so that this arrangement forms an immersion system, the known ones result Advantages of enlarged numerical aperture for observation and irradiation. Farther A viscous liquid can preferably protect the optical surfaces against Damage from the sample or from accidentally escaping sample material form. A liquid arranged in contact with the sample can advantageously serve as the part of the immersion system in which the power density of the converging The beam of rays is so large before the radiation enters the sample that that Damage to optical surfaces could occur. A substitution for Immersion liquids that have become unusable under the action of radiation is then easy to advance. It is also possible as immersion liquids especially such to choose one that is resistant to the applied radiation and to shorter-wave radiation are. The use of immersion liquid in contact with uneven sample surfaces offers the advantage of reducing the amount of work required to produce a for the observation of structures within the sample optically suitable sample surface.

Die Anordnung läßt sich vorteilhaft anwenden, wenn das anzuregende Material selbst eine Flüssigkeit ist oder von einer geeigneten Flüssigkeit umgeben ist. The arrangement can be used advantageously when the to be excited Material itself is a liquid or is surrounded by a suitable liquid is.

Die Flüssigkeit kann dann selbst als Teil eines Immersionssystemes verwendet werden. Sie kann als Schicht oder als unter Wirkung der Oberflïchenspannung stehender oder hängender Tropfen an dem optischen System oder einem durchsichtigen geeigneten Trager angeordnet sein, so daß ihr angeregter Dampf auf der freien Oberfläche austreten kann. Die Oberfläche kann auch von einer dünnen Schutzschicht aus geeignetem Material vorübergehend bedeckt werden, welche bei der Anregung zuerst durchbrochen wird und so den Dampf freigibt.The liquid itself can then be used as part of an immersion system be used. It can be used as a layer or under the action of surface tension standing or hanging drops on the optical system or a transparent one suitable carrier be arranged so that their excited vapor on the free surface can emerge. The surface can also be made of a thin protective layer Material are temporarily covered, which is first broken when excited and so releases the steam.

Sowohl bei festen als auch bei flüssigen Proben ist eine vertikale Anordnung zur Bestrahlung und Beebachtung der Probe vorteilhaft. Dabei sind die Mittel zur zusätzlichen Anregung und zur Nutzung des Materials über der Probe angeordnet, so daß die Probe selbst oder der Probentisch für die optischen Systeme als Schutz gegen abgetragene, unter Wirkung der Schwerkraft zurückfallende Substanz dienen und der gesamte Raum über der Probe genutzt werden kann. For both solid and liquid samples, there is a vertical one Arrangement for irradiation and observation of the sample advantageous. There are those Means for additional excitation and for using the material arranged above the sample, so that the sample itself or the sample table for the optical systems as protection serve against removed substance falling back under the action of gravity and the entire space above the sample can be used.

Die obigen Ausführungen über die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Probe sind sinngemäß auch auf starker absorbierende Probenmaterialien anzuwenden, wenn diese entweder in Form dünner Schichten oder von kleinen Teilchen auf die der Strahlungsquelle abgewandte Seite von parallelen durchsichtigen Trägern aufgebracht oder in durchsichtige, feste oder flüssige Materialien eingebettet werden. Wesentlich ist für die erfindungsgemäße Anordnung, daß ein bedeutender Teil der abgetragenen Probensubstanz sich von den konzentrierenden optischen Systemen weg bewegt und seine weitere Anregung und Nutzung auf der den konzentrierenden Mitteln abgewandten Seite der Probe erfolgt. Vorteilhaft kann dies schon durch Bedecken einer schichtfdrmigen Probe mit einer durchsichtigen Platte erreicht werden, auch wenn die Probe im einzelnen nicht alle genannten Bedingungen eines schwach absorbierenden Materiala erfüllt. Es ist auch die Anwendung auf stark absorbierende Metallfolien möglich, deren Absorptionslänge für die Strahlung bekanntlich um viele Zehnerpotenzen kleiner als ihre Dicke ist. Das Material erhitzt sich.hier zuerst auf der der Strahlungsquell abgewandten, mit einer durchsichtigen Platte bedeckten Seite, bevor bei ausreichender Strahlungsenergie eine Abtragung und Durchbohrung der Oberfläche mit anschließenden Materialausbruch nach dieser Seite erfolgt. Die Abtragung dieser Probenbereiche erfolgt dann im wesentlichen nicht direkt durch die Strahlung, sondern wird durch andere Mechanissen, wie Wärmeleitung, Konvektion und Spannungen hervorgerufen. The above statements about the arrangement and design according to the invention of the sample are to be applied accordingly to more strongly absorbing sample materials, if this is either in the form of thin layers or of small particles on top of the The side facing away from the radiation source is applied by parallel transparent supports or embedded in transparent, solid or liquid materials. Essential is for the inventive arrangement that a significant part of the ablated Sample substance moves away from the concentrating optical systems and his further stimulation and use on the side facing away from the concentrating means the sample takes place. This can be advantageous by covering a layered one Sample can be achieved with a clear plate, even if the sample is in detail does not meet all of the stated conditions for a weakly absorbent material. It's also applying to strong absorbent metal foils possible whose absorption length for the radiation is known to be many powers of ten is smaller than its thickness. The material heats up, here first on that of the radiation source facing away, covered with a transparent plate, before with sufficient Radiant energy is an ablation and piercing of the surface with subsequent Material eruption on this side takes place. The removal of these sample areas then takes place essentially not directly through the radiation, but is through other mechanisms, such as heat conduction, convection and tension.

Die Beobachtung von Strukturen in schwach absorbierenden Proben, insbesondere zur Mikroanalyse, kann mit stereoskopischen Mitteln erfolgen, die zur Erreichung einer gezielten Abtragung mit den konzentrierenden optischen Mitteln gekoppelt sind. Unter Umständen kann auch eine Beobachtung der dem Eintritt der abtragenden Strahlung abgewandten Oberflache vorteilhaft sein, insbesondere bei stark absorbierenden Proben, sowie dann, wenn die Beobachtung in einem stark absorbierten .Spetralbereich, die Abtragung Jedoch mit einer in der Probe gering absorbierten Strahlung erfolgt. The observation of structures in poorly absorbing samples, especially for microanalysis, can be done with stereoscopic means that are used for Achieving a targeted ablation with the concentrating optical means are coupled. Under certain circumstances, an observation of the occurrence of the Abrasive radiation away from the surface be advantageous, in particular at strongly absorbing samples, as well as when the observation in a strongly absorbed .Spetral area, the ablation, however, with a poorly absorbed in the sample Radiation occurs.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit einer nach bekannten Verfahren erfolgenden zusätzlichen Anregung der abgetragenen Probensubstanz ergibt sich, wenn das konzentrierende optische System, die Halterung der Probe so, ; ie die Mittel zur zusätzlichen Anregung jeweils eine einzige auswechselbare Baugruppe bilden. Die Probenhalterung sowie die Mittel zur zusätzlichen Anregung können in ihrer Reihenfolge ausgetauscht oder geeignet verstellt oder um eine gemeinsame Achse un 1800 gedreht erden, Vorzugsweise für die Verfahren zur Spektralanalyse können die obengenannten Bewegungen der Baugruppe so erfolgen, daß der Ort der zusätzlich angeregten Substanz in beiden Stellungen gleich bleibt und auf der optischen Achse eines Spektrographen liegt, so daß keine Nachjustierung notwendig ist. Another advantageous embodiment of the arrangement according to the invention in connection with an additional excitation carried out according to known methods of the ablated sample substance results when the concentrating optical system, the holder of the sample so,; ie the means for additional stimulation one each form a single interchangeable assembly. The sample holder and the means for Additional suggestions can be exchanged or appropriately adjusted in their order or rotated about a common axis un 1800, preferably for the procedure For spectral analysis, the above-mentioned movements of the assembly can be carried out in such a way that that the location of the additionally excited substance remains the same in both positions and lies on the optical axis of a spectrograph, so that no readjustment is required necessary is.

Dazu können die Mittel zur Anregung und Halterung in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefaßt werden, die um den auf der optischen Achse des Spektrographen liegenden Ort der leuchtenden Dampfwolke un 1800 drehbar ist. Es i<Jt auch möglich, durch entsprechende Wahl der Drehachse, Erforderlichenfalls den Brennpunkt des konzentrierenden optischen Systems oder andere funktionswichtige Orte beim Austauschen konstant zu halten.For this purpose, the means for excitation and mounting can be combined in one Structural unit are summarized around the on the optical axis of the spectrograph lying place of the glowing cloud of steam un 1800 is rotatable. It is also possible by appropriate choice of the axis of rotation, if necessary the focal point of the concentrating optical system or other functionally important locations during replacement keep.

Auf der Seite der Probe, die den optischen Mitteln zu Konzentrierung der Strahlung abgewandt ist, und an der das abgetragene Probenmaterial austritt, können vorteilhafterweise zusätzliche reflektierende Mittel, z. B. ein sphärischer Spiegel angeordnet werden, dessen Krümmungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt des konzentrierenden optischen Systems zusammenfällt und der somit den durch die Probe tretenden Teil der Strahlung nochmals in die Probe reflektiert. Besonders die Abtragung schwach absorbierender Proben wird damit wirkungsvoll unterstützt, indem sich im Brennpunktbereich eine stehende zelle mit örtlichen Feldst'irkespitzen ausbildet. Bildet nämlich der zusätzliche Spiegel den primären Brennfleck mit einer infolge Streuung um einen Faktor m2 verkleinerten Flächenleistungsdichte in sich selbst ab, dann ist das Quadrat der elektrischen Feldstärke im Maximum der stehenden Welle um (1 + m)2 mal größer als ohne reflektierendes Mittel. -Anstelle des sphärischen Spiegel 5 kann auch eine Sammellinse und ein dahinter angeordneter Planspiegel oder ein ähnliches, den Brennfleck reell in sich selbst abbildendes reflektierendes optisches System verwendet werden. On the side of the sample that the optical means to concentrate the radiation is turned away, and at the the removed sample material exits, additional reflective means, e.g. B. a spherical mirror are arranged, whose center of curvature with the focal point of the concentrating optical system coincides and thus the through the Part of the radiation entering the sample is reflected back into the sample. Particularly the removal of weakly absorbing samples is effectively supported, in that there is a standing cell with local field strength peaks in the focal area trains. This is because the additional mirror forms the primary focal point with a surface power density reduced by a factor of m2 due to scattering even down, then the square of the electric field strength is the maximum of the standing Wave (1 + m) 2 times larger than without reflective means. -Instead of the spherical Mirror 5 can also have a converging lens and a plane mirror or arranged behind it a similar reflective optical that reproduces the focal spot in itself System can be used.

Der Gegenstand-der Erfindung soll an einigen in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The subject matter of the invention is intended to be shown schematically at some in the drawing illustrated embodiments are explained in more detail.

In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung dargestellt. Es bedeuten 1 eine Strahlungsquelle, 2 eine Sammellinse zur Konzentrierung der Strahlung, 3 das konvergente Strahlungsbündel, das durch eine Grenzfläche 4 in eine Materialprobe 5 eintritt und das auf einen Bereich 6 konzentriert ist, der der Grenzfläche 7 der Materialprobe 5 naheliegt. In Fig. 1 the principle of the invention is shown. It mean 1 a radiation source, 2 a converging lens for concentrating the radiation, 3 the convergent bundle of radiation passing through an interface 4 enters a material sample 5 and which is concentrated on an area 6 which the interface 7 of the material sample 5 is close.

Das aus 6 abgetrc%gene Probenmaterial 8 wird mit Mitteln 9 zur zusEtzlichen elektrodenlosen Anregung genutzt. Bei einer Nutzung des probenmaterials zur Emissionsspektralanalyse nach zusEtzlicher Anregung stellt das mit dem Bezugszeichen 9 versehene Bauelement die Mittel zur zusätzlichen Anregung und das optische System des Spektrographen dar. Insbesondere kann 9 eine bekannte Anordnung von Hilfselektroden bedeuten, zwischen denen der erzeugte Dampf des Probenmaterials 8 eine weitere Anregung in einem KondensatorfunLon erhält. Fig. 1 kann auch eine Anordnung zur Uassenspektroskopie darstellen. In diesem Fall soll 9 das entsprechende ionenoptische System zur Anregung und Beschleunigung des angeregten Materials darstellen.The sample material 8 separated from 6 is used with means 9 for additional Electrodeless excitation used. When using the sample material for emission spectral analysis after additional excitation, the component provided with the reference number 9 represents the means for additional excitation and the optical system of the spectrograph In particular, 9 can mean a known arrangement of auxiliary electrodes, between which the generated vapor of the sample material 8 a further excitation in a capacitor funLon receives. Fig. 1 can also show an arrangement for Uassenspektroscopy. In this Case 9 should be the corresponding ion-optical system for excitation and acceleration of the excited material.

In den Figuren zu den folgenden Ausführungsbeispielen oind die in ihrer Funktion gleichbleibenden Teile der Anordnung stets mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. In the figures for the following exemplary embodiments, the in Parts of the arrangement that remain the same in terms of their function are always given the same reference numerals as provided in FIG.

In Fig. 2 ist das Schema einer Anordnung dargestellt, in der die Abtragung und Nutzung des Probenmaterials im Vakuum erfolgt. Die von der Strahlungaquelle 1 erzeugte und von dem konzentrierenden optischen System 2 durch die Grenzfläche 4 auf den Bereich 6 der Probe 5 konzentrierte Konvergente Strahlung 3 erzeugt innerhalb eines Vakuumgefäßes 10 den Dampf des Proben-. materials 8, der mit den Mitteln 9 nach eventueller Weiterer Anregung genutzt wird. Die Materialprobe dient als Fe@@ter des Vakuumgefäßes 10 und die Abdichtung erfolgt durch Kontakt an einem Toll der Grenzfläche 7. In Fig. 2 the scheme of an arrangement is shown in which the The sample material is removed and used in a vacuum. The one from the radiation source 1 generated and from the concentrating optical system 2 by the Interface 4 on the area 6 of the sample 5 concentrated convergent radiation 3 generates the vapor of the sample within a vacuum vessel 10. materials 8, the is used with the means 9 after any further suggestion. The material sample serves as the Fe @@ ter of the vacuum vessel 10 and the seal is made by contact at a toll of the interface 7.

Die Fig, 3 zeigt die Wirkungsweise eines Schutzes gegen unbabsichtigten Austritt von abgetrageneni Probenmaterial 8 nach der Seite dcr Einstrahlung hin. Die Grenzfläche 4 der Materialprobe 5 wird von einer durchaichtigen planparallelen Platte 11 bedeckt, durch die die von der Sammellinse 2 konzentrierte Strahlung 3 ungehindert in die Probe 5 treten kann. Gleichzeitig wird durch die Platte 11 das abgetragene Probenmaterial 8 am Austritt in die entgegengesetzte Richtung auch dann gehindert, wenn sich zufällig oder absichtlich der erhitzte Probenbereich 6 in die unmittelbare Nähe der Grenzfläche 4 auadehnen sollte. Der wesentliche Teil des abgetragenen Probenmaterials 8 tritt an der Grenzfläche 7 in Richtung der Mittel zur Nutzung aus. Vorzugsweise ist die Anordnung nach Fig. 3 zu wählen, wenn die Probe 5 stork absorbiert oder eine sehr dünne Platte oder Schicht ist. 3 shows the mode of action of protection against unintentional Exit of removed sample material 8 towards the side of the irradiation. The interface 4 of the material sample 5 is defined by a transparent plane-parallel Covered plate 11 through which the radiation 3 can enter the sample 5 unhindered. At the same time, through the plate 11 removed sample material 8 at the outlet in the opposite direction also then prevented if the heated sample area 6 is accidentally or intentionally in the the immediate vicinity of the interface 4 should extend. The main part of the ablated Sample material 8 occurs at the interface 7 in the direction of the means of use the end. The arrangement according to FIG. 3 should preferably be selected if the sample 5 stork absorbed or is a very thin plate or layer.

In Fig. 4 ist die Anwendung einer Immersionsflüssigkeit dargestellt. Die zur Erzeugung eines konvergenten Bündels 5 der abtragenden Strahlung dienende Sammellinse 2, eine Platte 11, eine im Kontakt mit dieser und der Grenzfläche 4 stehende durchsichtige Immersionsflüssigkeit 12, sowie die Probe 5 bilden ein Immersionssystem mit möglichst wenig unterschiedlichen Brechungskoeffizienten. Die Platte 11 kann auch unmittelbar auf der robe 5 liegen oder die Platte 11 kann wegfallen. Die Grenzfläche 4 der Probe muß nicht notwendig eben sein. 4 shows the use of an immersion liquid. The one used to generate a convergent Bundle 5 of the abrasive Radiation serving converging lens 2, a plate 11, one in contact with this and the transparent immersion liquid 12 standing at the interface 4, as well as the sample 5 form an immersion system with as few different refraction coefficients as possible. The plate 11 can also lie directly on the robe 5 or the plate 11 can fall away. The interface 4 of the sample need not necessarily be flat.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung zur anregung von flüssigen Proben. Die flüssige Materialprobe 5 ist auf einer durchsichtigen Platte 11 aufgetragen. Die Strahlung 3 wird in den Bereich C alle ihrer freien Oberfläche 7 konzentriert und zeigt dort den Dampf des Probenmaterials 8 an, der in den Mitteln 9 genutzt wird. Die in Fig. 5 gewhhlte vertikale Anordnung des Strahlenganges von unten nach oben ist vorteilhaft, aber nicht notwendig. Fig. 5 shows an arrangement for the excitation of liquid samples. the liquid material sample 5 is applied to a transparent plate 11. the Radiation 3 is concentrated in the area C and all of its free surface 7 shows there the vapor of the sample material 8, which is used in the means 9. The selected in Fig. 5 vertical arrangement of the beam path from bottom to top is beneficial but not necessary.

Fig. 6 zeigt einige Vorteile, die eine vertikale Anordnung des Strahlenganges von unten nach oben bei festen Materialproben bringen kann. Die Materialprobe 5 liegt auf einer Halterung 13 über der Sammellinse 2 zur Konzentrierung der in der Quelle erzeugten Strahlung, die als konvergentes Bündel 3 von unten her in die Probe eintritt, während sich das abgetragene Probenmaterial 8 vertikal nach oben auf die zur weiteren Anregung und Nutzung Uber der Grenzfläche 7 angeordneten Mittel 9 zu bewegt. Für die optimale Ausbildung der Mittel 9 existiert praktisch keine räumliche Beschränkung mehr. Fig. 6 shows some advantages that a vertical arrangement of the beam path can bring from bottom to top with solid material samples. The material sample 5 lies on a holder 13 above the converging lens 2 to concentrate the in the Source generated radiation, which as a convergent beam 3 from below into the sample occurs while the removed sample material 8 vertically upwards on the means 9 arranged above the interface 7 for further excitation and use emotional. There are practically no spatial restrictions for the optimal formation of the means 9 more.

Weiterhin wirken die Grenzfläche 7 der Materialprobe 5 sowie die Halterung 13 als ein Auffänger für abgetragenes, aber zurückfallendes Probennaterial 8. und schützen beispielsweise die Sammellinse 2.The interface 7 of the material sample 5 and the holder also act 13 as a collector for removed, but falling back sample material 8. and protect the converging lens 2, for example.

In Fig. 7 ist eine Anordnung eines zusätzlichen optischen Systems zur Erhöhung der Feldstärke der abtragenden Strahlung und Verbesserung der Abtragung dar.-gestellt. Die durch die Materialprobe 5 tretende Strahlung 19 wird durch einen Hohlspiegel 20 , dessen Krämmungsmittelpunkt im Brennpunkt der Sa, nellinse 2 an der Probenoberfläche 7 liegt, in sich reflektiert. In Fig. 7 is an arrangement of an additional optical system to increase the field strength of the abrasive radiation and improve the ablation represented. The radiation 19 passing through the material sample 5 is through a Concave mirror 20, the center of curvature of which is at the focal point of Sa, nellinse 2 the sample surface 7 is reflected in itself.

Claims

Patent claims 1. Arrangement for ablation, evaporation and excitation of sample material from weakly absorbing material samples by means of electromagnetic Radiation and. with subsequent use of the removed sample material, thereby characterized in that the material sample is between optical means for concentration the abrasive radiation and other means to stimulate and use the ablated Sample material is arranged, in a known manner the radiation by optical Means to an area close to the surface facing away from the radiation source Material sample is concentrated.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that it means for emission, absorption or mass spectroscopy,

3. Arrangement according to Claim 2, characterized in that an additional excitation by means of spark gaps or electrodeless discharge occurs.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that means are provided for ionizing and accelerating the removed material.

5. Arrangement according to claim 1 with use of the removed sample material in a vacuum-tight container, characterized in that the material sample as Closure of the vacuum brown is used against the outside air or on the inside of a Vacuum window is arranged and that the means for concentrating the abrasive Radiation are outside of the vacuum space.

6, arrangement according to claim 1, characterized in that to prevent the leakage of removed sample material through the means for concentration The interface of the material sample facing the ablative radiation is transparent plane-parallel plate is arranged that touches this interface.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the for Concentration of the erosive radiation provided means, the means of prevention the leakage of sample material and the material sample itself combined or are part of an immersion system.

8, arrangement according to claim 7, characterized in that the material sample is itself a liquid or is surrounded by a liquid and together with its transparent container and the means for concentrating the erosive Radiation forms an immersion system in whole or in part.

9. Arrangement according to claim 1, 3 and 4, characterized in that the means for concentrating the abrasive radiation, the means for holding it the material sample and the means for additional stimulation in their order are interchangeable.

10. Arrangement according to claim 9, characterized in that d2 the means for additional excitation and the means for holding the sample pivotable by 180 ° are.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the means for additional stimulation and the means for holding the material sample around a common axis that intersects the focal point of the ablative radiation are pivotable6

12. Arrangement still Ans, pruch 1, characterized in that on the side of the Moterialprobe, facing away from the means for concentrating the radiation, additional optical ones Means for imaging the focal spot are arranged in itself.