DE19637480A1 - Massenspektrometrische Analyse von Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur massen­ spektrometrischen Analyse von Substanzen in der Oberfläche der Probe eines Festkörpers nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 17.

Es besteht häufig das Erfordernis, die Oberfläche eines Festkörpers hinsichtlich der in ihr enthaltenen Substanzen näher zu charakterisie­ ren. Um diese Substanzen zu ermitteln, können sie beispielsweise durch Verdampfen der Oberfläche in die Gasphase gebracht, ionisiert und für die Analyse der Ionen einem Massenspektrometer zugeführt werden. Bei manchen Untersuchungsmethoden wird der Vorgang des Verdampfens und des Ionisieren in einem Schritt ausgeführt, bei anderen Methoden werden diese Vorgänge in getrennten Schritten ausgeführt.

Sollen mittels eines Flugzeit-Massenspektrometers Ionen bzw. zu er­ zeugende Ionen aus des Gasphase nachgewiesen werden, so versteht man unter Abzugsvolumen denjenigen Raumbereich der Ionenquelle, aus wel­ chem, beginnend ab dem Start-Zeitpunkt, Ionen auf die Oberfläche des Detektors des Flugzeit-Massenspektrometers gelangen können. Die Bah­ nen, auf welchen sich die Ionen dabei bewegen, sind bestimmt durch die vorhandenen elektrischen Felder und ergeben sich in einfacher Weise aus den physikalischen Gesetzen.

Der Start-Zeitpunkt der Flugzeit-Analyse kann z. B. gegeben sein durch

• - den Zeitpunkt, in dem neutrale Teilchen eines im Abzugsvolumen befindlichen zu untersuchenden Gases durch den Puls einer das Ab­ zugsvolumen durchstrahlenden Laserstrahl- oder Elektronenstrahl­ quelle ionisiert werden.
• - den Zeitpunkt des Anschaltens der Elektrodenspannungen der Io­ nenquelle. In diesem Fall handelt es sich meist darum, Ionen zu untersuchen, da Ionen nur dann in das Abzugsvolumen gelangen können, wenn an den Elektroden der Ionenquelle keine Spannun­ gen anliegen.

Man kann auch ganz allgemein das Abzugsvolumen eines Massenspek­ trometers als denjenigen Raumbereich definieren, in welchem sich Ionen befinden müssen, bzw. in welchen Ionen transportiert oder in welchem Ionen erzeugt werden müssen, um im Massenspektrometer nachgewiesen werden zu können.

Nach dem Stand der Technik gibt es eine Anzahl von Methoden, mit­ tels derer Substanzen, die sich beispielsweise in dünnen Schichten befin­ den, in die Gasphase gebracht und ionisiert werden. Ein Beispiel dieser Methode stellt MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) dar. Hier wird die zu untersuchende Substanz mit einer "Matrix", z. B. Nikotinsäure, vermischt und auf eine Oberfläche aufgetragen. Nachdem die Oberfläche trocken ist, wird die Probe ins Massenspektrometer ein­ geführt. Die mit der zu untersuchenden Substanz mit aufgetragene Ma­ trix absorbiert sehr stark bei der Wellenlänge des desorbierenden Lasers. Durch einen Laserschuß explodiert ein kleiner Fleck der aufgetragenen Matrix nun ins Massenspektrometer hinein, wodurch die zu untersuchen­ den Moleküle mitgerissen werden. Die zu untersuchenden Moleküle lagen entweder schon in der Matrix als Ionen vor oder werden durch Prozesse während des Desorptionsvorgangs ionisiert. Dies bedeutet, daß bei dieser Methode keine weitere Vorrichtung zur Ionisierung der zu untersuchen­ den Substanzen nötig ist. Einen Überblick zu dieser Methode kann man z. B. der Veröffentlichung von B. Spengler et al. (Analusis, Bd. 20, Seiten 91-101, 1992) entnehmen.

Oft wird auch der Vorgang der Desorption von dem Vorgang des Io­ nisierens getrennt. Das ist zumindest dann der Fall, wenn sich die zu untersuchenden Substanzen nur neutral auf der Oberfläche befinden und sich nur schlecht während der Desorption ionisieren lassen. M.S. de Vries et al. (Review of Scientific Instruments, Bd. 63, Seiten 3321-3325, 1992) verwenden zur Desorbierung einen UV-Laser, welchen sie mit einem Ob­ jektiv auf einen Fokus mit einem Mikrometer Durchmesser fokussieren. Die desorbierten Substanzen ionisieren sie mit einem weiteren Laser, wor­ auf die Ionen in einem Flugzeit-Massenspektrometer nachgewiesen wer­ den. P. Voumard et al. (Review of Scientific Instruments, Bd. 64, Seiten 2215-2220, 1993) verwenden auch zwei Laser, einen zur Desorption und einen zur Ionisation, wobei sie als Desorptionslaser einen Infrarot-Laser verwenden.

Der Vorgang der Desorption kann auch von dem Vorgang der Ioni­ sation getrennt werden, indem man mit einem Laser den Desorptions­ vorgang durchführt, und anschließend mit einem gepulsen Gasstrahl die desorbierten Substanzen an einen anderen Ort überführt, wo sie durch ei­ nen zweiten Laser ionisiert werden. Dies ist z. B. dann erforderlich, wenn bei der Desorption der zu untersuchenden Substanzen große Mengen unerwünschter Begleitstoffe anfallen. Man kann auch dieses Vorgehen wählen, wenn man die zu untersuchenden Substanzen durch den Gas­ strahl kühlen will, um sie anschließend mittels Mehrphoton-Ionisation spektroskopisch zu untersuchen. Diese Variante wird kann bei der Unter­ suchung von Dünnschicht-Chromatographie-Platten angewendet werden.

Dünnschicht- Chromatographie-Platten haben typischerweise Abmes­ sungen ca. 10 cm×10 cm, bestehen aus einem inerten Basismaterial, auf welchem eine z. B. eine Silika-Gel-Schicht aufgebracht ist.

Diese Platte wird nun senkrecht mit einer seiner Kanten in ein Lösungs­ mittel gehalten, in welchem sich gelöst das zu untersuchende Substanzge­ misch befindet. Durch Kapillarkräfte beginnt das Lösungsmittel, ähnlich wie in einem Löschblatt, in der Silika-Gel-Schicht hochzusteigen. Ent­ sprechend ihren unterschiedlichen Adsorbtionskoeffizienten auf der Gel­ schicht steigen auf die gelösten Substanzen mit unterschiedlichen Ge­ schwindigkeiten an der Platte hoch.

Entfernt man die Platte nach einer gewissen Zeit nun aus dem Lösungs­ mittel-Reservoir, und läßt die Platte an Luft oder Vakuum trocknen, so bleiben die ursprünglich in dem Lösungsmittel gelösten Substanzen in der Platte zurück. Dadurch, daß die verschiedenen Substanzen mit un­ terschiedlichen Geschwindigkeiten an der Oberfläche der Platte entlang gewandert sind, befinden sie sich nun an verschiedenen Orten der Platte, unterschiedlich weit von der eingetauchten Kante entfernt. Diese, in der Silika-Gel-Schicht befindlichen Substanzen sollen massenspektrometrisch untersucht werden.

T. Fanibanda et al. (International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, Bd. 140, Seiten 127-132, 1994) beschießen ein Stück ei­ ner Dünnschicht- Chromatographie-Platte mit einem gepulsten Infrarot-Laser, um gleichzeitig das Silika-Gel mir der zu untersuchenden Sub­ stanz zu verdampfen. In dem Moment, wenn sich die das Silika-Gel mit der zu untersuchenden Substanz knapp oberhalb der Platte befindet, wird mit einem gepulsten CO₂-Strahl dieses Material mitgerissen, und über einen Skimmer in ein Flugzeit-Massenspektrometer transportiert. Wenn sich die zu untersuchende Substanz in der Ionenoptik des Flugzeit- Massenspektrometers befindet, wird ein zweiter Laser gezündet, um die Substanz zu ionisieren. Zur Ionisation wird hier eine Wellenlänge von 266 nm verwendet, welche viele Moleküle durch Mehrphoton-Ionisation ionisieren kann.

A.N. Krutchihsky et al. (Journal of Mass Spectrometry, Bd. 30, Sei­ ten 375-379, 1995) beschießen ebenfalls ein Stück einer Dünnschicht- Chromatographie-Platte mit einem gepulsten Infrarot-Laser, um gleich­ zeitig das Silika-Gel mir der zu untersuchenden Substanz zu verdampf­ en. Genauso wie T. Fanibanda et al. transportieren sie die zu untersu­ chende Substanz mit einem Gasstrahl in die Ionenoptik ihres Flugzeit- Massenspektrometers. Im Gegensatz zu T. Fanibanda et al. ionisieren sie ihre Substanzen jedoch mit einem durchstimmbaren UV-Laser, um durch Mehrphoton-Ionisation über elektronische Zwischenzustände eine höhere Selektivität bei der Ionenerzeugeung zu erreichen.

Die genannten Beispiele haben einen Ausschnitt aus der Vielfalt mögli­ cher Oberflächen-Untersuchungsmethoden gezeigt. Allerdings haften die­ sen Beispielen noch eine Reihe von Nachteilen an. Z.B. weisen die An­ ordnungen von B. Spengler et al., M.S. de Vries et al., und P. Voumard et al. den Nachteil auf, daß die zu untersuchenden Oberflächen Einfluß auf das elektrische Feld in der Ionenquelle, bzw. in dem Abzugsvolumen des Flugzeit-Musenspektrometers nehmen können. Das hat zur Folge, daß der Aufbau der Ionenquelle komplizierter wird, und daß die Größe der zu untersuchenden Probe beschränkt ist. Außerdem kann die aufgetra­ gene Schicht auf dem Probenhalter von Untersuchung zu Untersuchung variieren, mit dementsprechender Änderung des elektrischen Feldes in der Ionenquelle. Änderungen des elektrischen Feldes in der Ionenquelle können eine Reduktion der Massenauflösung und der Empfindlichkeit zur Folge haben.

Bei den Anordnungen von T. Fanibanda et al. und A.N. Krutchinsky et al. muß die Dünnschicht-Chromatographie-Platte zuerst in kleine Strei­ fen geschnitten werden, um ihren Inhalt im Massenspektrometer zu un­ tersuchen. Dies ist notwendig, um die Oberfläche der Platte möglichst nah an den Gasstrahl heranzubringen, und damit der Gasstrahl durch die Anwesenheit der Platte möglichst wenig gestört wird. Dann wird durch den expandierenden Gasstrahl auch nur ein Teil der zu untersu­ chenden Substanz mitgerissen. Dies verursacht Verluste der Empfindlich­ keit. Außerdem ist die Strecke von der Gas-Düse in die Ionenoptik des Massenspektrometers relativ lang, wodurch allein durch den hierbei be­ dingten kleinen Raumwinkel des ausgenutzten Gasstrahls, nur ein kleiner Bruchteil der zu untersuchenden Substanz tatsächlich in den Wirkungs­ bereich des ionisierenden Lasers kommt.

Nachteilig ist auch, daß die Silika-Gel-Schicht auf der Dünnschicht- Chromatographie-Platte nur durch wenige Schüsse des verdampfenden Lasers abgetragen wird:

• a) Erstens bedeutet dies, daß mit einem einzigen Schuß eine solche Menge Substanz abgetragen wird, die, würde sie tatsächlich auch von dem ionisierenden Laser erreicht, das Massenspektrometer um Größenordnungen übersättigen würde.
• b) Weil mit einem einzigen Schuß eine solch riesige Menge von der Dünnschicht-Chromatographie-Platte abgetragen wird, gibt es trotz der Verluste von Verdampfung bis Erreichen der Ionenoptik immer noch ein gutes Signal im Massenspektrometer. Umgekehrt heißt das, könnte man die Substanzmenge, welche mit einem einzigen Laserschuß von der Dünnschicht-Chromatographie-Platte abgetra­ gen wird, reduzieren, so könnte man ein Anordnung wählen, wel­ che zwischen Verdampfung und Ionisation weniger Substanzverlu­ ste aufweist.
• c) Weil mit einem einzigen Schuß eine solch riesige Menge von der Dünnschicht-Chromatographie-Platte in die Gasphase gebracht wird, würde damit der Gasdruck im Abzugsbereich des Massenspektro­ meters auf unzulässige Werte steigen.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Transport der zu untersuchenden Substanz von einer Oberfläche in das Abzugsvolumen eines Massenspektrometers anzuge­ ben. Die Erfindung soll eine Vorrichtung angeben, welche nur in gerin­ gem Maße oder besser gar nicht das elektrische Feld in der Ionenquelle eines Flugzeit-Massenspektrometers beeinflußt. Die Erfindung soll eine Vorrichtung angeben, welche es erlaubt, mit einzelnen Laserschüssen kon­ trollierte Mengen, gegebenenfalls nur sehr geringe Substanzmengen von der zu untersuchenden Oberfläche, insbesondere von Dünnschicht-Chroma­ tographie-Platten abzutragen. Außerdem soll die Erfindung eine Vor­ richtung angeben, welche bei örtlich aufgelöster Untersuchung von Ober­ flächen eine hohe laterale Ortsauflösung gewährleistet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, mit nur geringen Substanzmengen, welche von der Oberfläche abgetragen werden, eine hohe Empfindlichkeit im Mas­ senspektrometer zu gewährleisten und gleichzeitig die Massenauflösung nicht zu beeinträchtigen.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der An­ sprüche 1 und 17 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der verdampfende La­ serstrahl in im wesentlichen paralleler Richtung zur Probenoberfläche auf einen oberhalb der Probe angeordneten Umlenkspiegel gerichtet und durch diesen in Richtung auf die Probe umgelenkt. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß der Laserstrahl mit einem sehr großen Aper­ turwinkel auf die zu untersuchende Oberfläche fokussiert werden kann. Dadurch, daß ein sehr großer Aperturwinkel verwendet werden kann, lassen sich selbst bei großen Wellenlängen der Laserstrahlung, z. B. bei CO₂-Lasern mit 10 µm-Wellenlänge sehr kleine Brennpunkte erzeugen.

Je kleiner die bestrahlte Fläche, umso geringer ist auch die abgetra­ gene Substanzmenge. Ein Fokusdurchmesser im Bereich von wenigen zehn Mikrometern ist bei den vorzugsweise zur Desorption verwendeten CO₂-Lasern mit ihrer Wellenlänge von 10 µm nur durch einen sehr großen Aperturwinkel zu erreichen. Die Notwendigkeit des großen Aperturwin­ kels ist bei Anwendung des Liouville-Theorems leicht erkennbar.

Fokussiert man den Laserstrahl auf wenige Mikrometer, so wird durch den großen Aperturwinkel eine sehr geringe Tiefenschärfe bewirkt. Diese geringe Tiefenschärfe hat zur Folge, daß bei Dünnschicht-Chromatogra­ phie-Platten nur vom Oberflächenbereich Material abgetragen wird, und nicht in voller Tiefe. Auf diese Weise kann von Dünnschicht-Chromato­ graphie-Platten auf sehr kontrollierte Weise Material abgetragen werden.

Erfindungsgemäß läßt sich dieser große Aperturwinkel beispielsweise durch Plazierung eines Parabolspiegels, vorzugsweise eines Off-Axis-Pa­ rabol-Spiegels oberhalb der Adsorbatschicht erreichen. Dieser Off-Axis- Parabol-Spiegel lenkt den Laserstrahl, welcher aus einer Richtung parallel zur Oberfläche der Dünnschicht-Chromatographie-Platte kommt, so um, daß der Laserstrahl symmetrisch zur Normalachse der Platte, in großem Aperturwinkel die Platte trifft. Ebenso ist es möglich, statt eines Off-Axis-Parabol-Spiegels die Kombination einer Linse kurzer Brennweite mit einem planen Umlenkspiegel, vorzugsweise einen 45°-Umlenkspiegel, zu verwenden. Indem sich direkt über der zu untersuchenden Oberfläche nur dieser eine Spiegel befindet, wird gute Abbildungsqualität garan­ tiert, was zur Erzielung eines möglichst kleinen Brennpunkts auf der Oberfläche der Adsorbatschicht sehr vorteilhaft ist.

Das herausgeschleuderte Adsorbat mit der zu untersuchenden Sub­ stanz kann dann durch ein kleines Loch in der Mitte des Off-Axis-Parabol- Spiegels bzw. des 45°-Umlenkspiegels in den Abzugsbereich des Massen­ spektrometers gelangen. Auf diese Weise kann man die Strecke, welche das herausgeschleuderte Adsorbat mit der zu untersuchenden Substanz bis zum Abzugsvolumen des Massenspektrometers zurückzulegen hat, sehr klein halten. Dies wiederum vergrößert den Raumwinkel, mit wel­ chem die herausgeschleuderten Substanzen das Abzugsvolumen erreichen können, was eine Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit bewirkt. Alter­ nativ dazu kann man auch einen planen oder parabolischen Umlenkspie­ gel derart anordnen, daß er die Laserstrahlung in einem Winkel auf die Oberfläche lenkt und die verdampften Substanzen an dem Spiegel vorbei in das Massenspektrometer gelangen.

Dadurch, daß der verdampfende Laserstrahl im wesentlichen paral­ lel zur Probenoberfläche auf den Umlenkspiegel gerichtet werden kann, ist man in der Lage, die Probe zusammen mit dem Umlenkspiegel, in Beschleunigungsrichtung gesehen, sehr dicht hinter der Ionenquelle ei­ nes Flugzeit- Massenspektrometers zu plazieren. Damit die verdampften Substanzen das Abzugsvolumen des Flugzeit-Massenspektrometers errei­ chen können, muß in diesem Fall ein Durchtritt in der hinteren Elektrode vorgesehen werden.

Auf diese Weise hält man die Strecke zwischen Adsorbatschicht und Abzugsvolumen des Flugzeit-Massenspektrometers sehr klein und ver­ hindert gleichzeitig, daß das elektrische Feld der Ionenquelle durch Sub­ strat, Adsorbatschicht und/oder den Umlenkspiegel beeinflußt werden kann. Auch große Oberflächen, wie z. B. Dünnschicht-Chromatographie- Platten lassen sich auf diese Weise einfach, und ohne das Feld in der Ionenquelle zu beeinflussen, hinter der Ionenquelle anordnen.

Vorteilhafterweise kann man den Umlenkspiegel auch auf der Rück­ seite der, in Beschleunigungsrichtung gesehen, hinteren Elektrode der Ionenquelle eines Flugzeit-Massenspektrometers montieren. Auf diese Weise kann man die Entfernung zwischen Probenoberfläche und Abzugs­ volumen des Flugzeit-Massenspektrometers weiter reduzieren. Die Mon­ tage bzw. Integration des Umlenkspiegels in die Rückseite dieser Elek­ trode läßt sich nach bekannten Methoden durchführen, und wird hier nicht weiter besprochen.

Wird die Probe, in Beschleunigungsrichtung gesehen, hinter der Io­ nenquelle eines Flugzeit-Massenspektrometers angeordnet, so muß, um verschiedene Bereiche der Probenoberfläche abzutasten, die Probe nur horizontal verschoben werden. Um den Fokuspunkt des desorbierenden Lasers zu finden, muß die Oberfläche zum Spiegel hin- oder wegbewegt werden. Diese Bewegung der Oberfläche kann nach bekannten Methoden bewirkt werden, und wird hier nicht näher besprochen.

Um den Off-Axis-Parabol-Spiegel bzw. den 45°-Planspiegel vor dem aus der Adsorbatschicht herausgeschleuderten Material zu schützen, kann vor dem Spiegel eine für die Desorptions-Wellenlänge durchsichtige Schei­ be angebracht werden. Bei der vorzugsweise verwendeten Wellenlänge von 10 µm kann dies beispielsweise eine Germanium- oder Zink-Selenid- Scheibe sein. Diese Scheibe läßt sich dann auch leicht bei übermäßiger Verschmutzung auswechseln.

Vorteilhafterweise läßt sich diese Germanium- oder Zink-Selenid-Schei­ be auch in eine Trennwand zwischen Bereichen unterschiedlichen vaku­ umtechnischen Druckes einarbeiten. Gerade die Adsorbatschicht auf ei­ ner Dünnschicht-Chromatographie-Platte, welche häufig aus einer porösen Gel-Schicht besteht, wird noch lange Zeit, nachdem sie ins Vakuum ein­ gebracht wurde, Gas ans Vakuumsystem abgeben. Durch Vorsehen einer differentiellen Pumpstufe zwischen Dünnschicht-Chromatographie-Platte und Ionenoptik des Massenspektrometers wird im Massenspektrometer der vakuumtechnische Gasdruck verbessert.

Im Folgenden wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele die Erfindung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung mit Schutzscheibe.

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die Umlenkung des Laserstrahls durch einen 45°-Spiegel bewirkt wird.

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 zeigt die Erfindung, wie sie hinter der Ionenoptik eines Flug-Zeit-Massenspektometers angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen An­ ordnung. Gezeigt ist ein Substrat 1 mit Adsorbatschicht 2, beispielsweise eine Dünnschicht-Chromatographie-Platte mit einer Transport-Schicht, z. B. Silika-Gel. Das Licht 3 des CO₂-Lasers wird durch den Off-Axis- Paraboloid-Spiegel 4 auf einen kleinen Punkt in der Oberfläche der Ad­ sorbatschicht fokussiert. Das ausgeschleuderte Material 5 kann durch ein kleines Loch 6 des Off-Axis-Paraboloid-Spiegels in das Massenspektro­ meter gelangen, welches hier nicht gezeigt ist.

Fig. 2 zeigt dieselbe Anordnung wie Fig. 1, wobei zusätzlich noch eine infrarotdurchlässige Schutzschicht 7, z. B. Germanium oder Zink-Selenid zwischen der Dünnschicht-Chromatographie-Platte und dem Off-Axis-Paraboloid-Spiegel vorgesehen ist. Diese Schutzschicht soll das von der Dünnschicht-Chromatographie-Platte ausgeschleuderte Material von der Oberfläche des Off-Axis-Paraboloid-Spiegel fernhalten. Auch in der Schutzschicht muß ein Loch 8 vorgesehen sein, damit das von der Dünn­ schicht-Chromatographie-Platte ausgeschleuderte Material in das Mas­ senspektrometer gelangen kann.

Die Schutzschicht 8 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, in die Trennwand 9 zwischen Bereichen unterschiedlichen Druckes integriert sein. Zusätzlich muß noch eine Klemmvorrichtung 10, welche das Germanium- bzw. Zink- Selenid-Scheibchen hält, vorgesehen sein.

Bei Fig. 3 ist statt eines Off-Axis-Paraboloid-Spiegel, wie in Fig. 1 und 2 eine Kombination aus einer Linse 11 und einem Planspiegel 14 vorgesehen. Auch dieser Planspiegel muß ein Loch 16 aufweisen, damit das von der Adsorbatschicht ausgeschleuderte Material in das Massen­ spektrometer gelangen kann.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Laserstrahlung durch den Umlenkspiegel 4 unter einem Winkel auf die Oberfläche der Probe fokussiert und die abgedampften Substanzen 5 an dem Spiegel vorbei in das Massenspektrometer gelangen. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Parabol-Spiegel durch einen Planspiegel 14 in Kombination mit einer Linse ersetzt, sowie der Spiegel durch eine geeignet angeordnete lichtdurchlässige Schutzscheibe vor den Substanzen 5 geschützt werden.

Fig. 5 zeigt, wie die erfindungsgemäße Anordnung hinter der Ionen­ optik eines Flugzeit-Massenspektrometers plaziert werden kann. Die Io­ nenoptik ist hier nur schematisch mit zwei Elektroden 21 dargestellt. Durch ein Loch 26 in der hinteren Elektrode der Ionenoptik können die nachzuweisenden Substanzen in das Abzugsvolumen 22 gelangen, wo sie z. B. durch einen gepulsten Laser- oder Elektronenstrahl ionisiert werden, um anschließend als Ionen 23 im Flugzeit-Massenspektrometer nachge­ wiesen zu werden.

Sollen direkt auf der Adsorbatschicht erzeugte Ionen nachgewiesen werden, so muß nach dem Desorptionspuls der gesamte Raum zwischen der Platte und dem Abzugsvolumen feldfrei gehalten werden. Sobald die nachzuweisenden Ionen das Abzugsvolumen der Ionenquelle erreicht haben, werden die Elektroden auf ihre jeweiligen Potentiale gelegt, um die Ionen ins Flugzeit-Massenspektrometer hinein zu starten.

Claims (24)

1. Vorrichtung zur massenspektrometrischen Analyse von Substanzen in der Oberfläche einer Probe (12) eines Festkörpers, umfassend

• - eine Laserstrahlquelle zum Verdampfen mindestens eines Teils der Oberfläche, und
• - ein Massenspektrometer zur massenspektrometrischen Ana­ lyse der verdampften Substanzen (5)

gekennzeichnet durch, einen Umlenkspiegel (4, 14) zum Umlenken von, in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Oberfläche auf den Umlenkspiegel auf­ treffender Laserstrahlung (3) in Richtung auf die Oberfläche.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) derart angeordnet ist, daß der Winkelbereich der auf der Oberfläche auftreffenden Laserstrahlung den Normalen­ vektor der Oberfläche umfaßt, wobei der Umlenkspiegel (4, 14) eine Öffnung (6, 16) für den Durchtritt der durch die Laserstrahlung ver­ dampften Substanzen (5) in Richtung auf das Massenspektrometer aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) derart angeordnet ist, daß der Winkelbereich der auf der Oberfläche auftreffenden Laserstrahlung den Norma­ lenvektor der Oberfläche nicht umfaßt, und die verdampften Sub­ stanzen (5) am Umlenkspiegel vorbei in das Massenspektrometer gelangen.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) ein Parabolspiegel ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) ein Off-Axis-Parabolspiegel ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) ein Plan­ spiegel ist, und im Strahlengang vor dem Planspiegel eine Linse (11) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umlenk­ spiegel (4, 14) und der Oberfläche der Probe eine für die Laserstrah­ lung durchlässige Scheibe (7) derart angeordnet ist, daß der Um­ lenkspiegel vor den durch die Laserstrahlung verdampften Substan­ zen geschützt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Scheibe (7) eine Öffnung (8) für den Durchtritt der durch die La­ serstrahlung verdampften Substanzen (5) in Richtung auf das Mas­ senspektrometer vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (7) in eine Trennwand zwischen Bereichen unterschiedlichen vakuumtechnischen Druckes im Massenspektrometer integriert ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe aus einem Sub­ strat (1) und einer Adsorbatschicht (2) besteht und die Adsorbat­ schicht die zu untersuchenden Substanzen enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Substrat (1) und Adsorbatschicht (2) mit den zu untersuchenden Substanzen Teile einer MALDI-Probe sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Substrat (1) und Adsorbatschicht (2) mit den zu untersuchenden Substanzen Teile einer Dünnschicht-Chromatographie-Platte sind.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Musenspektrometer ein Flugzeit-Massenspektrometer ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (12) in Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik des Flug­ zeit-Massenspektrometers gesehen, sich hinter der Ionenoptik be­ findet, der Normalenvektor der Proben-Oberfläche im wesentlichen parallel zur Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik weist, und für die verdampften Substanzen (5) in der hinteren Elektrode (21) der Ionenoptik ein Durchtritt (26) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Umlenkspiegel (4, 14) zwischen der Probe (12) und der, in Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik des Flugzeit-Massenspek­ trometers gesehen, hinteren Elektrode (21) der Ionenquelle des Flug­ zeit-Massenspektrometers befindet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) in die Rückseite der, in Beschleunigungs­ richtung der Ionenoptik des Flugzeit-Massenspektrometers gese­ hen, hinteren Elektrode (21) integriert ist oder auf der Rückseite dieser Elektrode montiert ist.

17. Verfahren zur musenspektrometrischen Analyse von Substanzen in der Oberfläche der Probe (12) eines Festkörpers, bei welchem die Oberfläche mindestens zum Teil durch Laserstrahlung verdampft wird und die verdampften Substanzen (5) einem Massenspektrome­ ter zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung im wesentlichen parallel zur Probenoberfläche auf einen oberhalb der Probe (12) angeordneten Umlenkspiegel (4, 14) gerichtet und durch diesen in Richtung auf die Probe umgelenkt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich der auf der Oberfläche auftreffenden Laserstrahlung den Normalenvektor der Oberfläche umfaßt und die verdampften Substanzen (5) durch eine Öffnung (6, 16) in dem Umlenkspiegel in das Massenspektrometer gelangen.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelbereich der auf der Oberfläche auftreffenden Laserstrahlung den Normalenvektor der Oberfläche nicht umfaßt, und die ver­ dampften Substanzen (5) am Umlenkspiegel vorbei in das Massen­ spektrometer gelangen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Massenspektrometer ein Flugzeit-Massenspektro­ meter ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (12) in Beschleunigungsrichtung der Ionenoptik des Flugzeit- Massenspektrometers gesehen, sich hinter der Ionenoptik befindet, und die zu untersuchenden Substanzen parallel zur Beschleuni­ gungsrichtung in das Abzugsvolumen der Ionenoptik eingeschossen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Umlenkspiegel (4, 14) zwischen der Probe (12) und der, in Be­ schleunigungsrichtung der Ionenoptik des Flugzeit-Massenspektro­ meters gesehen, hinteren Elektrode (21) der Ionenquelle des Flugzeit- Massenspektrometers befindet.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (4, 14) in die Rückseite der, in Beschleunigungsrich­ tung der Ionenoptik des Flugzeit-Massenspektrometers gesehen, hinteren Elektrode (21) integriert ist oder auf der Rückseite dieser Elektrode montiert ist.