DE1773952A1

DE1773952A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Massenspektrometrie

Info

Publication number: DE1773952A1
Application number: DE19681773952
Authority: DE
Inventors: L Peter M
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1967-08-04
Filing date: 1968-07-31
Publication date: 1971-09-23
Also published as: FR1576088A; US3505517A; GB1222577A

Description

PATENTANWXlTE ,»«-*· DR. CLAUS REINLÄNDK ^{71 p1}?⁶

DIPL- ING. KLAUS BERNHARDT p-8 MÖNCHEN «0 •ACKERSTRASSI 1

VARIAN ASSOCIATES
Palo Alto, California, USA

Verfahren und Vorrichtung aur Masaenspektrometrie "

(Zusatz zu Patent...(Patentanmeldung V 31 079 IXb/421))

Priorität: 4. August 1967 - USA
Ser.No. 658 365

Zusammenfassung;

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung aur Ionenzyklotron-Resonanz-Massenspektrometrie beschrieben, bei der die »u analysierenden Probengase mit optischer Strahlung bestrahlt werden und die dadurch hervorgerufenen Effekte durch Überwachung der Absorption von Hoohfrequenzeaergl· durch In Zyklotronenresonanz befindliche Ionen beobachtet werden. Photo-ionisation und photochemische Reaktionen können nach diesem Verfahren

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beobachtet werden. Bei der Messung von Photo-Ionisationen H.lrd das zu analysierende Gas mit der optischen Strahlung bestrahlt, um eine Ionisation des Gases hervorzurufen. Die Ionenarten werden dadurch analysiert, daß die Ionenzyklotron-Resonanz der photoionieierten Produkte erregt und detektiert wird. Die optische Strahlung kann mit gewiesen Frequenzen moduliert werden, und Änderungen in der Absorption der Hoch-Jk frequenzenergie durch die in Zyklotronresonanz befindlichen Ionen können bei mit der Modulationsfrequenz in Beziehung gesetzten Prequenzen beobaohtet werden, so daß die Photo-Ionisationseffekte genauer beobaohtet werden können. In j gewissen Ionisationspojltentialmeesungen wird die Wellenlänge der ionisierenden optischen Strahlung gewobbelt, während die Ionenzyklotron-Resonanz gewieser Ionenprodukte überwacht wird, um eine präzise Messung des Ionisationspotentiala gej wisser Ionenprodukte zu erhalten· Bei anderen Auaführungeformen der Erfindung werden gewisse photochemische Reaktio- f nen dadurch analysiert, daß die zu analysierende Probe mit optiioher Strahlung bestrahlt wird, um gewisse Reaktionsprodukte zu erhalten, beispielsweise Dissoziationsprodukte. Die Diseeziationspreduktewerden dann mit einem ionieierenden Slektronenstrahl bestrahlt, um Ionenprodukte zu «realten. Die Ienenprodukte werden durch Erregung und Detektieren der Ionenzyklotren-Reeonan« analysiert.

109838/Θ610 BADOR₁G₁NAL

h. t

Sa sind bereite SeIrUr IfaMompoktresoter eur Beobachtung der Produkt· rcm pmetoehenieoaen Reaktionen rerwendet werden. Bsi dieaen Sp«ktr«aetorm wurde du au analysierende g*· fumige Material Innerhalb de· Xononquellenbereieh· «it ·1-η·Β Strahl optieohar Strahlimf btstraklt* Di· I*m«mpro4ttkt· dtr Photo-Ioiileatlonar««ktlen«i, usd dl· Ioa«aprodukt· der

««tdem, d«r 1» de« die«|· tr·* «eht eU

kombinierten photooheaieohen «ad

Reaktionen werden au· dtr ΧθΕ·η%«·ί>1· aerm· und durek dem Inalyaebereioa mit de« Kaca«tt«14 d·· Spsktreaj^tera ae-

eohleuaift, tem entapreohend des Te^itltaia Laduaf/lU··· d·- tektiert «ad aBalyaiert η «ffdea. Bit lftkwlerl«k«lt bei die

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ttr fin

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BAD

Das Hauptpatent bttrifft »in Verfahren und eine Vorrichtung ■ur Spektrometrie der Ioneniyklotron-Resonans, bei dem es atfglioh let, die Ionisierung und Analyse der Ionen in im wesentlichen den gleichen Rauabereich, oder wenigstens in eines diesen sehr eng benachbarten Reumbereich durchsufUhren. Bei* Gegenstand dee Hauptpatentee ist jedoch nooh nicht an _ eine Einrichtung gedacht worden, mit der Photo-Ionisation oder photoohemiaohe Analyse erreicht werden kann.

ψ.ι%ΜψψτΛφρ{ΜφΜ*%ιι* der Krfindunjci

Durch dia Erfindung soll deshalb ein gegenüber de« Verfahren naoh de· Hauptpatent rerbessertee Verfahren und eine «ur Durchführung dieses Verfahren« geeignete Vorrichtung cur Ionensyklotronen-Meseenepektroaetrie verfügbar gemacht wer» ; den.

: trfiBduagsge·!! wird la eine» Ioneneyklotron-Reepnane-Maeeen-

; epektroeieter eine linriehtuag verwendet, alt der das su analysier ende Oasaat er IaI alt optischer Strahlung bestrahlt wer-

] den kann, ua gewiste inderungen in dea Probenaaterial her-

^; belsuführea, so dal die duröft «as Lieht herrorgerufenen 2a-

. derungen la dta Oasaaterial dadurch delektiert werden können,

\ daJ die Absorption der HooAffto.uensenergie »ei der Ionen-

./5

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zyklotron-Resonanxfrequens ionisierter Oasprodukte der durch die Photonen induzierten Reaktionen überwacht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die optische

■Λ

Strahlung mit einer bestimmten Frequenz moduliert, und wird die detektierte Hochfrequenc-Ionenzyklotron-Resonans auf Änderungen in der Resonanz bei Frequenzen überwacht, die mit der optischen Modulationsfrequenz in Beziehung stehen, ao daß die Photo-Ionisation und photochemisch· Reaktionen genau überwacht werden können.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Produkte der photochemisohen Reaktionen, die durch die Bestrahlung der Probe mit optischer Strahlung herbeigeführt werden, weiter einem Strahl ionisierender Strahlung ausgesetzt, beispielsweise einem Elektronenstrahl, um Ιοη·η- . produkte zu erzeugen, die durch Erregen und Detektieren der Ionenzyklotron-Reaonana deraelben überwacht werten.

Gemäß noch einer anderen Weiterbildung der Erfinduag wird die Wellenlänge der optischen Strahlung gewobbelt, mit der das Probenmaterial bestrahlt wird, um dl· Photo-ionisation und die photochemiaehen Reaktionen in Abhängigkeit τοη dar Energie dea Beatrahlungaliohtea «u beobachten.

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ν*

Weiter· Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es seigern

Fig. 1 schematisch eine perspektivisch· Darstellung eines Ionenayklotron-Resonans-Spektrceeters mit Merkmalen der Erfindung;

k Pig. 2 die Abhängigkeit der Ioxienzyklotrtmenresonans-Amplitude A yon der Quantenenexgl· des ionisierenden optischen Strahls;

fig. 3 ein Schema eine· Spektrometer« nach flg. 1t

Fig. 4 die Abhängigkeit der prosentualen Lichttranamiseion

' eines Saphirfensters τοη der Wellenlänge Λ in AE;

' Fig. 5 sohematisch eine andere Aueftihrtmgsform eines erfindungsgemäBen Ionensykletron-Reaonans-Spektrometer·;

, Fig. € sohematisch eine perspektiriech· Darstellung einer ) weiteren Ausführungsform eines erfindungegemälen

' Spektrometer·} und

j Fig. 7 ein Blockschaltbild ein·· erf ladung» gemäJsn Ioneneyklotron-Reeonana-Spektremeter·.

; In fig« 1 1st die ELektrodemstruktmr 1 eines Ioneniyklotron-ResoiMSi>senepektrem#ters dargestellt. Di· llektroden-

i " . ■ ' - -'...·■'.■■■■■

struktur 1 hat allgemein die Fora ein·· rechteckigen Kaften·, der an den Enden offen ist und in eines nicht dargestellten evakuierten Gefäß angeordnet ist. Die Elektroden·truktur 1 weist swei axial ausgefluchtete Bereiche auf, einen Analy··- bereich 2 und einen Ionenkollektorbereich 3. Der Analyeebereich 2 besteht aus einer rechteckigen Grundplatten-Elektrode 4t die geerdet ist, und die eine Seite der rechteckigen Struktur 1 abschlialt, die durch swei Seitenplatten- i Elektroden 5 und 6 und eine Deckelektrode 7 gebildet wird. Die Seitenelektroden 5 und 6 und die Deckelektrode 7 werden auf geringfügig poeitirer Gleich-Yorepannung gegenüber der geerdeten Grundplatte 4 betrieben. Eine geeignete Torspannung für dl· Selten- und Deckplatten beträgt plus ein ToIt. Die Deckplatte 7 wird alt Hoohfrequens erregt, die τοη einem Marginal-Oasillator β über einen Koppelkondensator 9 und eint Koaxialleitung ^I eingespeist wird. Eine gegenüber der geerdeten Grundplatte β an die Deokplatte 7 angelegte Hochfrequenmspannung lief«rt la Analysebereich 2 «la hochfrequent·· elektrisches Pel* E₁^, alt dea die Ionensrkletron-Reeonans τοη Ionen la ABalyaebereich t erregt wird.

Der Ionenstrahlkollektorbereich 3 vird τοη einer hohlen viereeitigen Elektrodeiietruktur 12 gebildet. Sie Tier Flatten 12 «lad elektrisch miteinander verbunden, und ttber ·ΐΑ·η

Widerstand 13 mit Erde rerbunden. Ober dem Widerstand 13 liegt ein Voltmeter 14» mit dem der aufgenommene Ionenetrom gemessen wird. Die Ionenkollektor-Elektrodenstruktur mit

einer anderen offenem Ende ist Gegenstand dettÄbcbaeoent Anmeldung.

Die Elektrodenstruktur 1 ist, einschließlich des sie einschließenden, nicht dargestellten Gefäßes, in ein unidirektionales Magnetfeld B von beispielsweise 3000 Gauss eingetaucht« Sie Elektrodenstruktur 1 ist vorzugsweise derart mit dem Magnetfeld ausgefluchtet, daß die Längsachse der Elektrodenstruktur 1 parallel zur Z-Achse ist und das Magnetfeld parallel zur I-Achse. Das die Zyklotronresonanz erregende Hochfrequenzfeld E_- ist längs der Y-Achse gerichtet, Das statische Potential von plus ein ToIt auf den Seiten- und Deckplatten 5»6 und 7 bildet ein kleines statisches elektrisches Feld im Analysebereich 2 und sorgt dafür, daß die Ionen einem Strahlweg längs der Z-Achse mit zykloiden Laufbahnen folgen.

Zu analysierendes Gas wird in das Vakuumgefäß, das auf einen relativ niedrigen Druck in der Größenordnung ron 10 Torr oder niedriger evakuiert ist, eingelassen. Das Gas wird

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ionisiert, indem es mit einem Strahl von ionisierender optischer Strahlung bestrahlt wird, der von einer Lichtquelle 15 in den Analysebereich 2 gerichtet wird. Die Lichtquelle 15 kann unter irgendeinem geeigneten Winkel angeordnet sein, um den Lichtstrahl in den Analysebereich 2 zu richten. Beispielsweise kann die Bodenplatte 4 im Analysebereich 2 mit einer Öffnung 20 versehen sein, so daß der Lichtstrahl längs der Y-Achse in den Analysebereich 2 eintreten kann. Stattdessen kann der Lichtstrahl längs der Längsachse der Elektrodenstruktur 1, d.h. längs der Z-Achse in den Analysebereich geschickt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Licht längs der Z-Achse in den Analysebereich 2 gerichtet, weil dadurch der größte Ionisationsbereich innerhalb des Anälysebereichs 2 verfügbar wird. Gewünschtenfalla könnte auch die Deckplatte 7 in ähnlicher Weise wie die Bodenplatte 4 mit einer Öffnung versehen sein und das Licht von oberhalb der Elektrodenstruktur 1 in den Analysebereich 2 gerichtet werden. (

Wenn ein Photo-Ionisations-Analyse durchgeführt werden soll, soll das von der Lichtquelle 15 gelieferte Licht eine Wellenlänge haben, die ausreichend kurz ist, um Gase zu ionisieren. Typischerweise bedeutet das, daß die Wellenlänge des ionisierenden Lichtstrahles kürzer sein soll als 1500 AE.

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BAD

- ίο -

Wenn das hochfrequente elektrische Feld E- die Frequenz der Zyklotronenresonanz Q^ hat, absorbieren die Ionen Energie vom angelegten hochfrequenten elektrischen PeId-E-, und die zykloidischen Umlaufbahnen der in Resonanz befindlichen Ionen vergrößern ihren Durchmesser. Die rom hochfrequenten elektrischen Feld E- absorbierte Energie wird im schwingenden Detektor 8 detektiert und dazu verwendet, ein ResonanzSpektrum zu liefern, wie näher in Verbindung mit Pig, 7 erläutert wird. Die Zyklotronenresonanzfrequenz w wird definiert durch die Beziehung:

c m

wobei e die Ladung des Ions ist,
m die Masse des Ions und
B die Magnetfeldstärke.

In gewissen Ionisationsspannungsmessungen wird das hochfrequente elektrische Feld auf eine Frequenz eingestellt, um die Ionenprodukte zu überwachen, die durch die ionisierende optische Bestrahlung erzeugt werden, und die Wellenlänge der optischen Strahlung wird durchgewobbelt, während die Signalamplitude der Ionenzyklotronresonanz eines gewissen Ionenproduktes überwacht wird. Das Energieniveau der ionisierenden optischen Strahlung wird dadurch gewobbelt, daß

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dafür gesorgt wird, daß die Lichtquelle 15 eine einzig· Wellenlänge optischer Strahlung liefert und dann die Wellenlängen dieser optischen Strahlung durchgewobbelt werden. Ein Gerät, das eine gewobbelte Wellenlänge liefert, ist ein gewobbelter Monochromator. Sin A-Wobbel-Generator 16 wobbelt also die Lichtquelle 15, während die Ioneneyklotron-Resonane einer gewiesen Ionenart detektiert wird.

Wenn die Wellenlänge der ionisierenden Lichtquelle vergrössert wird, wird deren Energie verkleinert, und an dem Punkt, an dem die Wellenlänge auf einen Wert vergrößert wird, der kein Ionensyklotron-Eesonanssignal mehr hervorruft, legt die Ioniaationsepannung einer gewissen beobachteten Ionenart fest. Eine typische Darstellung der Ionenresonanißsignalamplitude von der Energie der optischen Strahlung ist in Fig. 2 durch die ausgesogene Linie 17 dargestellt. Der Punkt I.P., an dem die Linie 17'die Abeeisee schneidet, legt die Ionisationsspannung der tiberwachten bestimmten Ionenart fest.

Die Verwendung eines monochromatischen Lichtstroms als Quelle der ionisierenden Strahlung ist besonders günstig, weil die Energie des Lichtstrahls eindeutig durch die Wellenlänge definiert ist. Der Ionieationsspannungspunkt I.P. kann deshalb

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sehr genau festgelegt werden. Typischerweise werden ionieierende Elektronenstrahlen dazu verwendet, zu überwachende Ionen herzustellen. Die Breite der Geschwindigkeit und der Energie der Elektronen des ionisierenden Strahles erschwert es jedoch, eine präzise Ionisationsspannung zu definieren. Eine typische Ionisationsspannungskurve, die mit Hilfe eines Elektronenstrahls erhalten wird, ist durch die unterbrochene Linie 18 W in Fig. 2 dargestellt.

Zweckmäßig wird ein Lichtmodulator 19 dazu verwendet, die Intensität des ionisierenden Lichtstrahls mit einer gewissen passenden vorgegebenen Frequenz zu modulieren, beispieleweise 50 Hz, um die Detektion der Photo-Ionisationseffekte zu erleichtern, wie noch in Verbindung mit Pig. 7 erläutert wird.

. Üblicherweise ist ββ zweckmäßiger, die Lichtquelle 15 außerhalb des Yakuumgefäßes dts Spektrometer anzuordnen. Der Werkstoff für das lichtdurchlässige Fenster muß jedoch sorgfältig ausgewählt werden, um zu verhindern, daß gewünschte Wellenlängen der optischen Strahlung im Fenstermaterial absorbiert werden. Die Lichtdurchlaßeigenschaften eines Saphirfenster· sind beispielsweise in Fig. 4 dargestellt» und es

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ist ersichtlich, daß Saphir für die meisten ionisierenden Strahlen im Wellenlängenbereich τοη 584 bis 1200 AS relativ schlechte Lichtdurohlaßeigenschaften hat, jedooh ober halb von 1100 AS relativ durchlä«*lg ist. Bin Fenster 25 ist typischerweise in das Vakuumgefäß der Röhre gemäß Fig. eingesetzt und das licht wird durch das Fenster in den Analysebereioh 2 geschickt.

In Fig. 5 1st eine andere Vorrichtung dargestellt, mit der ionisierende optische Strahlung in den Analysebereich 2 geschickt werden kann. Statt des Fensters 25 gemäfl Fig. 3 ist ein Kapillarrohr 26 in das Gefäß 27 eingesetzt. Eine Helium-Glimmentladung wird in einer Kammer 28 an einem Ende des Kapillarrohrs 26 hervorgerufen, und eine Vakuumpumpe 29 wird an das Kapillarrohr 26 zwisohen dem Vakuumgefäß 27 und der Kammer 28 angeschlossen. Heliumgas strömt über eine Eingangsleitung 31 von einer nicht dargestellten Gasquelle in die Kammer 28 ein. Innerhalb der Kammer 28 wird das Helium elektrisch erregt, so daß es seine charakteristische Resonanzstrahlung abgibt, deren Wellenlänge bei etwa 584 AE liegt. Das emittierte Licht wird längs des Kapillarrohrs 26 übertragen und kommt in die Elektrodenstruktur 1, so daß die Gasprobe im Analysebereich 2 ionisiert wird. Die Pumpe evakuiert kontinuierlich das Kapillarrohr 26 und das Vakuumgefäß 27.

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Xn Pig. 6 ist «in« andere Auaführungsfore eine· Ionenayklotron-Reeonani-Haseenapektrometers nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Auaführungsform iat die El ektroden*truktur 1 ie wesentlichen identisch mit der in Verbindung alt VIg. 1 beschriebenen, nur defl die Boden- und Seitenplatten 4» 5 und 6 über die Enden des Analysebereiohea 2 hinaus verlängert sind ^ und eine zusätzliche Metallplattenelektrode 35 Über dieser

Verlängerung angeordnet ist, so daß ein Ionehquellenbereich gebildet wird. Ia Ionenquellenbereich 36 sind die Seitenplatten 5 und 6 bei 39 mit sueinander ausgefluchteten öffnungen versehen, um den Durchtritt eines Elektronenstrahls zu ermöglichen. Ein Elektronenstrahl wird mit einem drahtfdrmigen Emitter 37 erseugt und längs eines Strahlweges 38 durch die ausgefluchteten Öffnungen 39 in den Seltenplatten 5 und 6 zu einem Kollektor 41 projialert.

) Der Drahtemitter 37 wird mit einer Stromquelle 42 mit Heizstrom versorgt, die über den Dr*t 37 geschaltet 1st, und der Draht ist mit dem Ausgang einer Elektronenstrahlspannungsquelle 43 verbunden, um eine einstellbare Strahlspannung für den Elektronenstrahl 38 zu erhalten, mit der die Ionisationeepannung des Elektronenstrahls kontrolliert wird. Der Elektronenstrahl 38 dient dazu, Gasprobenbestandteile im Ionenquellenbereich 36 zu ionisieren.

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Bas Ionenzyklotron-Resonanz-Massenspektrometer nach Fig. 6 ist besonders zur Beobachtung gewisser photochemischer Reaktionen geeignet. Der optische Strahl, mit dem die eu analysierenden Gase bestrahlt werden, kann energiemäßig so eingestellt werden, daß das Gas dissoziiert wird oder daß gewisse photochemische Reaktionen hervorgerufen werden. Sie Reaktionsprodukte werden dann durch den Elektronenstrahl ionisiert, und die Ionen werden mit dem Oscillator 8 sur ä

Zyklotronresonanz erregt und diese detektiert, um die Reaktionsprodukte su analysieren. OewUnschtenfalls kann das hochfrequente elektrische Feld zur Erregung der Ionenzyklotron-Resonans an beide Deckelektroden 7 und 35 gelegt werden, um eine Ioncnzyklotronresonans im Ionenquellenbereich hervorzurufen. Biese letztere Maßnahme kann erwünscht sein, um gewisse photoohemische Reaktionen zu analysieren, die so schnell stattfinden, daß die Reaktionsprodukte nicht lang genug leben, um vom-Quellenbereich 36 in den Analyeebereioh zu driften, um detektiert su werden. In diesem Fall· können diese sehr kurzlebigen Reaktionsprodukt· dadurch analysiert werden, daß «in die Ion«nsyklotron~R«sonans erregend·· Hochfrequenefeld an den Quellenbereich 36 angelegt wird.

In Fig. 7 ist ein Ionenzyklotron-Resonans-Spektrometer nach der Erfindung dargestellt. Bas zu analysierend· Gas wird

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über Einlaß 45 in das evakuierte Gefäß 27 eingeführt. Dieses Gefäß wird über eine Absaugöffnung 46' ständig leergesaugt, an das eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist. Wenn Ionisierungespannungen festgestellt werden sollen, wird die Hektronenspritee nicht erregt, und der von der Lichtquelle 15 erzeugte Lichtstrahl wird auf eine Ionisierwellenlänge eingestellt, und die Wellenlängenwobbelung wird erregt, so daß mit wachsender Wellenlänge und damit geringer werdender Energie der ionisierenden Strahlung gewobbelt wird. Ein begrenzter Hochfrequenz-Oszillator 8 (auch als Marginal-Oszillator oder schwingender Detektor bezeichnet) wird auf eine Frequenz eingestellt, bei der die Zyklotronenresonanz der Ionenprodukte hervorgerufen wird, die durch den ionisierenden Lichtstrahl erzeugt werdtn.

Die Lichtquelle 15 wird mit dem Lichtmodulator 19 mit ei- \ ner geeigneten Niederfrequenz von beispielsweise 50 Hz moduliert. Das dient dazu, die Produktion der Ionen zu modulieren und damit die Intensität der Absorption der Hochfrequenzenergie aus dem begrenzten Oszillator 8. Die periodische Absorption von Energie mit der Lichtmodulationsfrequenz wird im Ausgang des begrenzten Oszillators 8 detektiert und mit NF-Verstärker 47 verstärkt, von dort wird

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BAO ORIGINAL

die Spannung einem Eingang eines phasenempfindlichen Detektors 48 zugeführt. Im phasenempfindlichen Detektor wird das modulierte Resonanzsignal mit der Lichtmodulationsfrequenz verglichen, um ein sehr niederfrequentes Gleichstrom-Resonanzsignal zu erzeugen, dessen Amplitude proportional der Anzahl der Ionen ist, die durch den ionisierenden Lichtstrahl erzeugt werden. Das Gleichstromsignal wird in einem Schreiber 49 in Abhängigkeit von einem Wobbelsignal aufge- ä zeichnet, das vom Wobbelgenerator 51 abgeleitet wird und dazu dient, die Wellenlänge der ionisierenden optischen Strahlung über die Λ-Wobbelung 16 durchzuwobbeln. Die Aufzeichnung im Schreiber 49 ergibt eine Kurvendarstellung ähnlich der in Fig. 2, aus der die Ionisationsspannung der ionisierten Gase festgestellt werden kann.

Wenn es erwünscht ist, eine gewisse photochemische Reaktion zu überwachen, kann die Elektronenspritze 37 erregt werden, um einen ionisierenden Elektronenstrahl 38 zu erzeugen. Die Lichtquelle 15 wird dann auf eine Wellenlänge eingestellt, bei der die bestimmte gewünschte photochemische Reaktion hervorgerufen wird. Die Elektronenstrahlspannung kann dann auf einen Wert eingestellt werden, bei dem eine Ionisation

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gewisser Produkte der photochemischen Reaktion ionisiert werden, und der Wobbelgenerator 51 wird an die Magnetstromversorgung angeschlossen, um das Magnetfeld durchzuwobbeln, so daß das Massenspektrum der Ionenprodukte der photochemischen Reaktion erhalten wird. Sobald die Ionenprodukte durch die Massenspektrometer-Wobbelung identifiziert worden sind, kann das Massenspektrometer so eingestellt werden, daß eines der Reaktionsprodukte überwacht wird, während die Elektronenstrahlspannung gewobbelt wird, um das Ionisationspotential für dieses Reaktionsprodukt festzustellen.

Zusammengefaßt, der Vorteil der Vorrichtung nach Pig. I^ zur Photo-Ionisations-Analyse besteht darin, daß die Verwendung des Lichtstrahls zum Ionisieren von gasförmigen Stoffen erhebliche elektronische Hintergrundsignale vermeidet und ein einzigartig präzis definiertes Ionisationspotential liefert. Die Anordnung nach Pig. 6 ist besonders brauchbar, wenn photochemische Reaktionen beobachtet werden sollen, weil die Reaktionsprodukte in nahezu dem gleichen oder unmittelbar im gleichen Raumbereich ionisiert und analysiert werden können, so daß kurzlebige Reaktionen überwacht werden können. Typische Wellenlängen für die Photochemie, die von der Lichtquelle 15 erzeugt werden müssen, liegen zwischen 10.000 AE und 2.000 AE.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

V1 P176 D Patentansprüche

1. Verfahren zur Masaenspektrometrie nach Patent... (Patentanmeldung V 31 079 iXb/421), dadurch gekennzeichnet, daß die Gasprobe mit optischer Strahlung bestrahlt wird, um gewisse Gasprodukte zu erzeugen, und die Ionenzyklotron-Resonanz der gasförmigen Produkte erregt und detektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung, mit der die Gasprobe bestrahlt wird, eine Wellenlänge hat, die ausreichend kurz ist, um die gasförmigen Produkte zu ionisieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz moduliert wird, und Änderungen in der detektierten Zyklotronresonanz mit einer Frequenz detektiert werden, die mit der Modulationsfrequenz in Beziehung steht.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlung etwa monochromatisch ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der optischen Strahlung gewobbelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Produkte mit einem Elektronenstrom bestrahlt werden, um wenigstens gewisse Gasprodukte zu ionisieren.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 biß 6, dadurch gekennzeichnet, daß hochfrequente Energie "bei der Zyklotron-Resonanzfrequenz wenigstens einer Ionenart des ionisierten gasförmigen Materials an dieses angelegt wird, und daß die Absorption der angelegten hochfrequenten Energie durch die in Resonanz befindliche Ionenart detektiert wird.

8. Ionen-Zyklotron-Massenspektrometer zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7» mit einem unidirektionalen Magnetfeld, in das eine eu analysierende Gasprobe eingetaucht wird, einer Ionisiereinrichtung für

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das Probengas und einer Einrichtung, mit der die Ionenzyklotron-Resonanz des ionisierten Materials erregt und detektiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen das Probenmaterial mit optischer Strahlung bestrahlt werden kann, um Änderungen in dem Probenmaterial hervorzurufen, die durch die detektierte Ionenzyklotron-Resonanz des ionisierten

Materials überwacht werden.

9. Spektrometer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen vorgegebenen Strahlweg für die Ionen und eine Elektrodenstruktur längs des Strahlweges, mit der ein Analysebereich im Strahlweg definiert wird und die ein hochfrequentes elektrisches Feld an den Strahl anlegt, um die Ionenzyklotron-Resonanz der Ionen im Strahl hervorzurufen.

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