DE19822674A1 - Gaseinlaß für eine Ionenquelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gaseinlaß für eine Ionenquelle. Aufgabe der Erfindung ist es, den Gaseinlaß für eine Ionenquelle so auszugestalten, daß der Expansionsort des Gasstrahls direkt in die Ionenquelle eines Massenspektrometers geführt werden kann. DOLLAR A Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kapillare 1 für die Zufuhr von Probengas, ein diese Kapillare umgebendes Führungsrohr für Trägergas, wobei die Kapillare in das Führungsrohr mündet, und das Führungsrohr mit seinem offenen Ende in der Ionenquelle endet, einem pulsbaren Ventil zur Zufuhr von Trägergas in das Führungsrohr und ein Gehäuse zur gasdichten Halterung für die Kapillare, das Führungsrohr und das Ventil, wobei das Führungsrohr aus dem Gehäuse herausragt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaseinlaß für eine Ionenquelle. Die Gaszuführung soll die zu ionisierenden Moleküle (oder Atome) derart in die Ionenquelle einbringen, daß eine möglichst gute Ionisations-Effizienz erreicht werden kann (d. h. daß eine hohe Empfindlichkeit im Ionisationsschritt erreicht werden kann).

Bisher ist es üblich, das zu analysierende Gas effusiv in die Ionenquelle des Massenspektrometers einzubringen. Dabei führt eine Zuleitung (z. B. das Ende einer gaschromatographischen Ka­ pillare) in die Ionenquelle, die eine geschlossene (z. B. viele CI- oder EI-Ionenquellen für Quadrupol- oder Sektorfeldmassen­ spektrometer) oder eine offene Bauweise (z. B. viele Ionenquel­ len für Flugzeitmassenspektrometer [TOF-Massenspektrometer]) ha­ ben kann. Im Fall von Ionenquellen mit geschlossener Bauweise wird dabei ein Bereich der Ionenquelle mit dem eingelassenen Gas "geflutet", d. h. die eingelassenen Atome oder Moleküle führen teilweise Stöße mit der Ionenquellen-Wandung durch, bevor sie ionisiert und im Massenspektrometer nachgewiesen werden. Die of­ fene Bauweise vieler Ionenquellen für TOF-Massenspektrometer be­ günstigt den Einsatz von Atom- oder Molekularstrahltechniken. Dabei wird ein relativ gerichteter Gasstrahl durch die Ionen­ quelle geführt, der im Idealfall nur sehr wenig Wechselwirkung mit den Bauelementen derselben hat.

Für die Flugzeitmassenspektrometrie kommen dabei effusive Mole­ kularstrahlen [2], sowie geskimmte [1] und ungeskimmte [3, 4] Über­ schallmolekularstrahlen zum Einsatz (jeweils gepulst oder konti­ nuierlich (cw)).

Überschallmolekularstrahl-Einlaßsysteme erlauben eine Abkühlung des Analysengases im Vakuum durch adiabatische Expansion. Nach­ teilig ist jedoch, daß bei herkömmlichen Systemen die Expansion relativ weit entfernt vom Ort der Ionisation erfolgen muß. Da die Dichte des Expansionsgasstrahls (und damit die Ionenausbeute für ein gegebenes Ionisationsvolumen) mit dem Quadrat des Ab­ stands von der Expansionsdüse abnimmt, ist die erreichbare Emp­ findlichkeit limitiert.

Effusive Molekularstrahl-Einlaßsysteme erlauben keine Abkühlung der Probe. Allerdings können Gaseinlaßsysteme für effusive Mole­ kularstrahlen derart aufgebaut werden, daß über eine metallische Nadel, die in das Zentrum der Ionenquelle führt, der Gasaustritt direkt in den Ionisationsort geführt wird [2]. An diese Nadel wird dabei ein bestimmtes elektrisches Potential gelegt, um die Abzugsfelder in der Ionenquelle nicht zu stören. Die Nadel muß auf relativ hohe Temperaturen geheizt werden um ein Auskonden­ sieren schwerflüchtiger Analytmoleküle in der Nadel zu verhin­ dern. Dabei ist zu beachten, daß der kälteste Punkt nicht an der Nadelspitze liegen sollte. Die nötige Heizung der Nadel ist pro­ blematisch, da die Nadel gegenüber dem restlichen Aufbau elek­ trisch isoliert sein muß (z. B. durch ein Übergangsstück aus Ke­ ramik). Elektrische Isolatoren sind im allgemeinen auch thermi­ sche Isolatoren und erlauben nur einen sehr geringen Wärmefluß von z. B. der beheizten Zuleitung zur Nadel. Eine Heizung über elektrische Heizelemente oder IR-Strahler ist ebenfalls schwie­ rig, da die Nadel zwischen die Abzugsplatten der Ionenquelle ragt.

Die Selektivität der Resonanzionisation mit Lasern (REMPI) ist vom verwendeten Einlaßsystem abhängig (aufgrund der unterschied­ lichen Kühlungseigenschaften). Neben dem effusiven Molekular­ strahl-Einlaßsystem (EMB), das sich unter anderem zur Detektion ganzer Substanzklassen verwenden läßt, kann durch Verwendung ei­ nes Überschall-Molekularstrahl-Einlaßsystems (Jet) hochselektiv und teilweise sogar isomerenselektiv ionisiert werden. Bei den gebräuchlichen, für spektroskopische Experimente entwickelten Überschallgas-Düsen stellt die Ausnutzung der Probenmenge (d. h. die erreichbare Meßempfindlichkeit) keinen limitierend Faktor dar. Weiterhin sind die bestehenden Systeme nicht auf die Ver­ meidung vom Memory-Effekten ausgelegt. Für die Anwendung von REMPI-TOFMS-Spektrometern für analytische Anwendungen ist die Entwicklung einer verbesserten Jet-Einlaßtechnik nötig. Dabei ist darauf zu achten, daß die Ventile aus inerten Materialien aufgebaut sind, um Memory-Effekte oder chemische Zersetzung (Katalyse) der Probenmoleküle zu vermeiden. Weiterhin sollten die Einlaßventile keine Totvolumina aufweisen. Außerdem ist es notwendig, das Ventil auf Temperaturen von mehr als 200°C hei­ zen zu können, damit auch schwerflüchtige Verbindungen aus dem Massenbereich < 250 amu zugänglich sind. Zudem soll durch die Jet-Anordnung möglichst wenig an Empfindlichkeit gegenüber der effusiven Einlaßtechnik eingebüßt werden. Dies kann vor allem durch eine effektivere Ausnutzung der eingelassenen Probe im Vergleich zu bisherigen Jet-Anordnungen erreicht werden.

Diese Erhöhung geschieht z. B. dadurch, daß jeder Laserschuß ei­ nen möglichst großen Anteil der Probe trifft. Im Idealfall würde die Probe gepulst zu jedem Laserschuß eingelassen, so daß zwi­ schen den Laserschüssen keine Probe verloren geht. Außerdem sollte der eingelassene Probengasstrahl nur eine dem Laserstrahl entsprechende räumliche Ausdehnung aufweisen. Damit würde die gesamte Probe ohne Verluste zur Analyse herangezogen. So würden auch geringe Probenmengen ein verwertbares Signal am Detektor erzeugen. Da das Abzugsvolumen durch die Ausmaße des Laser­ strahls vorgegeben ist (eine Aufweitung des Laserstrahls würde den REMPI-Wirkungsquerschnitt verringern, der z. B. bei einer Zweiphotonenionisation mit dem Quadrat der Laserintensität ska­ liert), muß versucht werden sowohl den räumlichen wie auch den zeitlichen Überlapp von Molekularstrahl und Laserstrahl zu opti­ mieren. Boesl und Zimmermann et al. [5] stellten beispielsweise eine heizbares Jet Ventil für analytische Anwendungen z. B. zur Gaschromatographie-Jet-REMPI-Kopplung mit minimiertem Totvolumen vor. Für Anwendungen im Bereich der Ultraspurenanalytik oder der Online-Analyse mit REMPI-TOFMS ist jedoch ein Weiterentwicklung in Bezug auf die Probenausnutzung (Empfindlichkeit), Inertheit (z. B. Vermeidung von Metall-Proben Kontakt) und Heizbarkeit (Vermeidung von Memory-Effekten) sinnvoll. Pepich et al. stell­ ten eine GC-Überschallmolekularstrahl-Kopplung für die laserin­ duzierte Fluoreszenzspektroskopie vor, bei der durch den gepul­ sten Einlaß u. a. ein Erhöhung des Duty Cycles gegenüber dem ef­ fusiven Einlaß erreicht wurde [6]. Um den GC-Fluß durch den ge­ pulsten Einlaß nicht zu unterbrechen, schlug Pepich vor, die Probe effusiv in eine Vorkammer einzulassen. In diese Vorkammer schießt das gepulste Trägergas. Dieses Trägergas komprimiert da­ bei das Analytgas in der Vorkammer und schiebt es, einem Kolben gleich, durch eine kleine Öffnung nach unten in die optische Kammer, wo die Fluoreszenzanregung stattfindet. Durch die pul­ sierte Kompression und Injektion des Analytgases in die optische Kammer kann bei der nachfolgenden Laseranregung eine größere An­ zahl von Probenmolekülen erfaßt werden. Die Ventilöffnung und die Triggerung des Lasers müssen dabei derart synchronisiert werden, daß der Laserstrahl den Bereich des komprimierten Analy­ ten im Gaspuls auch trifft. Der Aufbau ermöglicht also eine re­ petitive, zeitlich begrenzte (< 10 µs) Kompression der Probe, ohne den GC-Fluß zu beeinträchtigen. Allerdings erlaubt der Auf­ bau von Pepich et al. keine Kühlung der Probe (diese wird nur durch die Einfügung von Mischkörpern wie z. B. Glaswolle, welche die Kompressionscharakteristik verschlechtert bzw. zerstört, er­ reicht).

Aufgabe der Erfindung ist es, den Gaseinlaß für eine Ionenquelle so auszugestalten, daß der Expansionsort des Gasstrahls direkt in die Ionenquelle eines Massenspektrometers geführt werden kann, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen und bei mög­ lichst geringer Gasbelastung des Vakuums eine möglichst hohe Probenkonzentrationen am Ionisationsort der Ionenquelle des Mas­ senspektrometers zu erzielen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik folgende be­ sondere Vorteile:
Die Überschallmolekularstrahl-Expansion kann direkt in die Io­ nenquelle gelegt werden. Dabei wird die prinzipiell höchste mög­ liche Dichte des Gasstrahls im Ionisationsort erreicht. Weiter­ hin erlaubt die Vorrichtung eine Kompression des Analytgases im Jetgaspuls und somit eine noch weiter erhöhte Empfindlichkeit. Besondere Vorteile der Gaszuführung bestehen darin, daß die Pro­ be adiabatisch gekühlt wird, die Kapillare bis zu ihrem unterem Ende gut heizbar ist, und die Probe gepulst eingelassen werden kann. Die Vorrichtung kann so ausgestaltet werden, daß die Pro­ benmoleküle nur mit inerten Materialien in Kontakt kommen.

Der Einlaß des Gases soll entweder gepulst oder kontinuierlich erfolgen können. Weiterhin sollen die Analytgaspulse durch ei­ nen Stoßgasdruckpuls komprimiert werden, um die Nachweisempfind­ lichkeit weiter zu erhöhen. Durch Einstellung geeigneter Parame­ ter kann eine Abkühlung des Gases durch eine adiabatische Expan­ sion in das Vakuum des Massenspektrometers erfolgen (Überschallmolekulekularstrahl oder Jet). Eine Kühlung des ein­ gelassenen Gases ist dabei für viele massenspektrometrische Fra­ gestellungen von Vorteil. Die geringere interne Energie gekühl­ ter Moleküle wirkt sich häufig durch einen verringerten Fragmen­ tationsgrad im Massenspektrum aus. Besonders vorteilhaft ist die Kühlung für die Anwendung der Resonanzionisation mit Lasern (REMPI). Bei Verwendung eines sogenannten Überschallmolekular­ strahl-Einlaßsystems (Jet) zur Kühlung des Gasstrahls kann mit REMPI hochselektiv (teilweise sogar isomerenselektiv) ionisiert werden. Da die Kühlung durch die Expansion erfolgt, können die Probengaszuleitung, das Ventil und die Expansionsdüse geheizt werden, ohne daß sich die Kühlungseigenschaften wesentlich ver­ schlechtern. Das ist wichtig für analytische Anwendungen. Ohne ausreichende Heizung könnten Proben-Bestandteile in der Zulei­ tung oder im Gaseinlaß auskondensieren. Wichtige Anwendungen für die Erfindung sind die Einkopplung eines chromatographischen Eluenten oder eines kontinuierlichen Probengasflusses aus einer online-Probennahme(sonde) in einen Überschallmolekularstrahl. Das hier beschriebene Einlaßsystem erlaubt es, den Expansionsort in die Ionenquelle des Massenspektrometers zu legen. Damit kön­ nen die Ionen direkt unter der Expansionsdüse erzeugt werden, was sehr vorteilhaft für die erreichbare Nachweisempfindlichkeit ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert.

Dabei zeigt die Fig. 1 einen schematischen Gaseinlaß, die Fig. 2 den Gaseinlaß für die Ionenquelle eines Massenspektrometers und die Fig. 3 den Kompressionseffekt.

Die Fig. 1 zeigt das Schema einer vorteilhafte Ausführung des Gaseinlasses, wobei die Ionenquelle nicht mit dargestellt ist. Die Zufuhr des Probengasstroms 13 (z. B. aus dem Gaschromato­ graph) erfolgt über eine Kapillare 1 aus z. B. Quartzglas. Die Kapillare 1 führt durch eine Halterung 7, die beispielsweise aus Edelstahl (inertisiert, Silicosteel®) oder aus maschinell bear­ beitbarer Keramik hergestellt ist, und ragt in ein Röhrchen 2. Die Halterung 7 befindet sich im Vakuum des Massenspektrometers. Sie kann entweder frei aufgehängt sein (z. B. über das Ventil 8 und dessen Gaszuführungsrohr oder über die heizbare Transferline in welcher die Kapillare 1 geführt ist). Das Röhrchen 2 ist auf der Innenseite chemisch inert ausgeführt und kann z. B. aus Glas, Quarz oder aus innen inertisiertem Edelstahl (silanisiert, Sili­ costeel®) gefertigt sein. Die Kapillare 1 ist gegen das Vakuum des Massenspektrometers durch eine Dichtung 9 gasdicht abge­ schlossen. Das Röhrchen 2 ist in der Halterung 7 befestigt. An der Halterung 7 befindet sich ein gepulstes Ventil 8, über das Stoßgas 12 in Pulsen über den in der Halterung 7 befindlichen Kanal 10 in das Glasröhrchen 2 eingebracht werden kann. Die Hal­ terung 7 ist durch (nicht eingezeichnete) Heizelemente heizbar. Die Probenzuleitung (Kapillare 1) ist bis zur Halterung 7 in ei­ nem (nicht eingezeichneten) beheizten Mantel geführt. Das Röhrchen 2 ist ebenfalls heizbar. Weiterhin weist die Spitze des Röhrchens 2 eine leitende Beschichtung auf, an die über eine Kontaktierung 14 ein definiertes elektrisches Potential angelegt werden kann. Die Heizung und die simultane Anlegbarkeit dieses definierten Potentials kann z. B. wie folgt gelöst werden:

• 1. Bei einer Fertigung des Röhrchens 2 aus Glas oder Quarz kann die Heizung durch eingeschmolzene Mikro-Heizdrähte 4 erfol­ gen. Auf der Außenseite des Röhrchens 2 ist eine metallische Beschichtung 3 aufgebracht (z. B. aufgedampfte oder -gesput­ terte Goldschicht oder ein sehr dünnes Metallröhrchen), an die durch eine Kontaktierung 14 ein bestimmtes elektrisches Potential gelegt werden kann. Die Isolierung der leitfähigen Beschichtung 3 gegen das Gehäuse 7 erfolgt z. B. durch ein unbeschichtetes Stück 6 des Glasrohrs 2.
• 2. Alternativ kann eine, auf der Außenseite des Röhrchen 2 ange­ brachte Widerstandsheizung verwendet werden. Dabei sind viele Ausführungen denkbar. Im folgenden wird beispielhaft eine mögliche Ausführung der Widerstandsheizung dargelegt. Das Röhrchen 2 ist außen mit einer metallischen Beschichtung ver­ sehen (oder es ist selber aus Metall). Im zu heizenden Be­ reich ist über dieser leitenden Beschichtung eine weitere Be­ schichtung gelegt, die einen relativ hohen elektrischen Wi­ derstand hat (Widerstandsbeschichtung) und mit einer dritten (Kontaktierungs-) Beschichtung überdeckt ist. Diese Kontak­ tierungsbeschichtung hat keinen direkten elektrischen Kontakt zur untersten, leitenden Beschichtung. Wird eine Spannung zwischen der untersten und der obersten Beschichtung gelegt so wirkt die Widerstandsbeschichtung als Widerstandsheizung. Durch geeignete Wahl des internen Widerstands (Widerstandsbe­ schichtung) und eines externen Widerstands kann dabei (bei einer gegebenen Heizleistung) das Potential der äußersten Be­ schichtung so gewählt werden, wie es für eine möglichst ge­ ringe Beeinflussung der Felder in der Ionenquelle nötig ist. Eine außen auf das Röhrchen 2 aufgebrachte Widerstandsheizung kann also simultan zum Heizen und Anlegen der definierten Spannung verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit simultan zu heizen und (während des Laserpulses) das optimale Potenti­ al an die Außenseite der Beschichtung zu legen, ist die An­ wendung von gepulstem Heizstrom. Kurz vor jedem Laserpuls wird die Spannung an der Außenbeschichtung auf den idealen Wert angepaßt.

Das Ende des Röhrchen 2 weist eine Düsenöffnung 5 auf, die ver­ schiedenartig ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann die Düse 5 als Lavaldüse ausgeformt sein. Weiterhin verjüngt sich das Röhrchen 2 zur Düsenöffnung 5 hin. Diese z. B. konusförmige Ver­ jüngung erlaubt es den Einfluß des in die Ionenquelle hineinra­ genden Röhrchens 2 auf die elektrischen Abzugsfelder in der Io­ nenquelle zu minimieren. Die Vorteile des Gaseinlaßsystems kom­ men besonders zusammen mit einer vorteilhaften Ausgestaltung der Abzugsblenden der Ionenquelle z. B. eines Flugzeitmassenspektro­ meters zum Tragen. Die Auslaßcharakteristik aus der Düse 5 ist im Überschallmolekularstrahl-Betrieb etwa proportional zu cos² ξ wobei ξ der Winkelabweichung vom geradlinigen Gasstrahl ent­ spricht [7]. Für den Fall eines effusiven Molekularstrahls ist die Richtungscharakteristik weniger ausgeprägt. Um das Abpumpen des anfallenden Gases zu erleichtern und Rückstreuungseffekte von Gasmolekülen zu vermeiden sollte die Ionenquelle möglichst offen aufgebaut werden.

In der Fig. 2 ist eine vorteilhafte Ausführung einer Ionenquel­ le für z. B. ein TOF-Massenspektrometer mit der Positionierung der Spitze der erfindungsgemäßen Ausführung des Gaseinlasses dargestellt.

Es ist vorteilhaft die Repeller- 20 und Abzugsblenden 21 der Io­ nenquelle als Netz 17 aus dünnen leitenden Drähten auszulegen. Das Netz 17 kann z. B. in einem Drahtring, einer u-förmigen oder einer rechteckigen Halterung 18 aus dickerem Draht gehaltert sein. Um die größtmögliche Gasdurchlässigkeit zu erreichen ohne die elektrischen Abzugsfelder zu sehr zu stören, kann man die Dichte des Netzes 17 (= Anzahl Drähte pro Flächeneinheit) z. B. vom Zentrum der Platten zum Rand hin abfallen lassen. Weiterhin kann der obere Teil der Repeller- 20 und Abzugsplatten 21 massiv ausgestaltet sein. Die Ionen können entweder durch das Netz oder durch eine kreis- oder schlitzförmige Öffnung 22 abgezogen wer­ den. Wird eine Öffnung 22 im Netz verwendet so kann durch Auf­ lage einer dünnen, ringförmigen (oder ovalen etc.) Blende aus Metall 19 um die Öffnung im Netz die ionenoptische Qualität (z. B. wichtig für die erreichbare Massenauflösung) verbessert werden. Die Ausgestaltung des Repellers 20 als Drahtnetz 17 er­ laubt die einfache Verwendung einer Elektronenkanone 23 hinter dem Repeller 20 oder vor der Abzugsblende 21 zur Erzeugung eines Elektronenstrahles für die Elektronenstoßionisation (EI-Ionisa­ tion). Die Elektronenkanone 23 kann in einer beliebigen Position hinter den Blenden eingebaut werden (beim Einbau hinter dem Re­ peller 20 in Achse mit der Abzugsrichtung oder abweichend von der Achse, beim Einbau vor der Blende 21 nur abweichend von der Achse). Der Elektronenstrahl 24 tritt durch das Netz 17 der je­ weiligen Blende 20 oder 21 und trifft die Probe im effusiven Mo­ lekularstrahl unter der Düse 5. Vorteilhaft ist, daß bei dieser Anordnung in einem Flugzeitmassenspektrometer die Elektronen­ stoßionisation alternierend zu REMPI mit einem Laserstrahl 25 erfolgen kann, d. h. pro Sekunde könnten, entsprechend der maxi­ malen Wiederholrate der Datenaufnahme und -verarbeitung, mehrere hundert bis tausend EI-Ionisations-Massenspektren aufgenommen und parallel, entsprechend der maximalen Wiederholrate des Ioni­ sationslasers und der maximalen Wiederholrate der Datenaufnahme, einige bis mehrere zehn REMPI-Massenspektren aufgenommen wer­ den.

Die beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise wie folgt be­ trieben werden:
Wird das Ventil 12 nicht betrieben, so bildet sich unter der Dü­ se 5 aus dem durch die Kapillare 1 kontinuierlich zugeleitetem Analytgasstrom 13 ein effusiver Molekularstrahl. Für diesen Be­ triebsmodus kann die Kapillare 1 soweit zurückgezogen werden, daß sie gerade in den Kanal 10 in der Halterung 7 mündet. Aus diesem können die zu analysierenden Moleküle direkt unter der Düse 5 z. B. mit einem Laser (REMPI) oder einem Elektronenstrahl (EI) ionisiert werden. Vorteil des effusiven Betriebs gegenüber konventionellen effusiven Gaseinlaß-Techniken ist z. B. die di­ rekte Heizbarkeit des in die Ionenquelle hineinragenden Teils des Einlaßsystems und die Verwendung inerter Materialien. Wird das über das Ventil 8 ein Puls Stoßgas 12 (z. B. Argon oder Luft mit einer Pulslänge von z. B. 750 µs) injiziert, so bildet sich unter der Düse 5 ein Überschallmolekularstrahl aus. Der Gaspuls komprimiert das Analytgas, das sich im Röhrchen 2 ange­ sammelt hat, zu einer räumlich eingeengten Bande. Die Analytmole­ küle liegen in der Bande aufkonzentriert vor (d. h. die Anzahl der Analytmoleküle pro Volumeneinheit ist erhöht). In anderen Worten stellt die Analytgasbande einen Bereich mit erhöhter Ana­ lytkonzentration im Jetgaspuls dar. Diese "dynamische und tran­ siente" Aufkonzentrierung erlaubt eine Verbesserung der Nach­ weisempfindlichkeit.

Die Fig. 3 zeigt den Kompressionseffekt aufgenommen mit einem Prototyp des beschriebenen Einlaßsystems. Dabei wurde die Verzö­ gerungszeit zwischen dem Laserpuls und dem Triggerpuls des Ven­ tils 8 in kleinen Schrittweiten durchgefahren und das REMPI-Si­ gnal von Benzol registriert (Benzol wurde dem Probengas 13 zuge­ geben). Obwohl die Länge des Pulses aus Stoßgas 12 größer als 750 µs ist, ist die beobachtete Breite des Analytgaspulses nur 170 µs (FWHM). Die Empfindlichkeit gegenüber dem effusiven Ein­ laß ist deutlich gesteigert. Die spektroskopisch bestimmte Jet- Kühlung beträgt 15 K. Dies zeigt, daß sehr gute Überschallmole­ kularstrahl-Bedingungen erreicht werden.

Neben der beschriebenen Aufkonzentrierung hat diese Betriebsart noch weitere Vorteile: Das Analytgas kommt nicht mit inneren Teilen von z. B. Gasventilen in Berührung, sondern wird nur in desaktivierten und inerten Röhren geführt. Die Komprimierung er­ folgt durch einen Gaspuls. Mit dem beschriebenen Aufbau können gute Jet-Kühlungen erreicht werden. Der beschriebene Aufbau er­ laubt also eine Probenführung, wie sie für spurenanalytische An­ wendungen erforderlich ist (minimierte Memory-Effekte, Ausschluß katalytischer Reaktionen). Darüber hinaus erfolgt die Expansion direkt in der Ionenquelle des Massenspektrometers. Der Ionisati­ onsort kann also beliebig nahe an die Düse 5 gelegt werden, ohne daß spezielle ionenoptische Konzepte [3] verwendet werden müßten oder ein Hineindriften der Ionen in die Quelle nötig ist. In der Praxis ist zur Vermeidung von z. B. Ionen-Molekülreaktionen und zur Erreichung vollständiger Jet-Kühlung ein Abstand von 3-5 mm sinnvoll [4]. Für z. B. spektroskopische Zwecke oder als Kali­ brationsgas kann dem Stoßgas 12 Probengas oder Kalibrationsgas direkt zugesetzt werden.

Alternativ kann auch ein Aufbau mit zwei Ventilen realisiert werden. Dabei ist die Kapillare 1 durch ein Kapillarröhrchen 15 (nicht in den Figuren gezeigt) ersetzt, in das seitlich eine Ka­ pillare zur Probenzufuhr mündet und in das von oben über ein weiteres Ventil 16 (nicht in den Figuren gezeigt) ein Druck­ gaspuls gegeben werden kann. Das Ventil 8 erzeugt einen Über­ schallmolekularstrahl aus der Düsenöffnung 5 des Röhrchen 2. Das in dem Kapillarröhrchen 15 befindliche Probengas wird durch ei­ nen weiteren Gaspuls aus dem Ventil 16 komprimiert, aus dem Ka­ pillarröhrchen 15 geschoben und in den bereits ausgebildeten Überschallmolekularstrahl des Ventils 8 injiziert. Dieser Über­ schallmolekularstrahl des Ventils 8 stellt eine sogenannte Man­ telgasströmung ("sheath gas"-Puls) für den aus dem Kapillar­ röhrchen 15 kommenden Probengaspuls dar. Das Probengas wird in diesem Mantelgas eingebettet und durch die Düse 5 expandiert. Das "Mantelgasprinzip" erlaubt eine weitere Steigerung der Nach­ weisempfindlichkeit durch eine örtlichen Fokussierung der Pro­ benmoleküle auf die Mittelachse des Überschallmolekularstrahls [7].

Literatur

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Claims (5)

1. Gaseinlaß für eine Ionenquelle bestehend aus:

• a) einer Kapillare (1) für die Zufuhr von Probengas (13),
• b) einem diese Kapillare (1) umgebendes Führungsrohr (2) für Trägergas (12), wobei die Kapillare (1) in das Führungs­ rohr (2) mündet, und das Führungsrohr (2) mit seinem offe­ nen Ende in der Ionenquelle endet,
• c) einem pulsbaren Ventil (8) zur Zufuhr von Trägergas (12) in das Führungsrohr(2)
• d) und einem Gehäuse (7) zur gasdichten Halterung für die Ka­ pillare (1), das Führungsrohr (2) und das Ventil (8), wo­ bei das Führungsrohr (2) aus dem Gehäuse (7) herausragt.

2. Gaseinlaß für eine Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Außenseite ganz oder teilweise leitfä­ hig oder mit einem leitfähigen Material (3) beschichtet ist und über eine Kontaktierung (14) auf eine bestimmtes elektri­ sches Potential gelegt werden kann.

3. Gaseinlaß für eine Ionenquelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (2) und die Hal­ terung (7) mit Heizelementen versehen sind.

4. Gaseinlaß für eine Ionenquelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Führungsrohrs (2) das in die Ionenquelle ragt eine Verengung aufweist.

5. Gaseinlaß für eine Ionenquelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Kapillare (1), die in das Führungsrohrs (2) mündet, eine Verengung aufweist.