DE2906359C2

DE2906359C2 - Ionenquelle für die Feldionisation einer fluiden Probe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2906359C2
Application number: DE19792906359
Authority: DE
Inventors: Itsuo Minoo Osaka Katakuse; Hisashi Takarazuka Hyogo Matsuda; Takekiyo Toyonaka Osaka Matsuo
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 1978-08-12
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1983-11-10
Also published as: GB2028575B; JPS5525943A; GB2028575A; DE2906359A1; JPS5812703B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle für die Feldionisation einer fluiden Probe, mit einer eine Öffnung oder mehrere öffnungen aufweisenden Basis und einer Vielzahl von nadeiförmigen Emittern, wobei die nadeiförmigen Emitter auf einer Seite der Basis um die öffnung oder die öffnungen angeordnet sind und wobei die Probe der öffnung bzw. der Öffnungen von der anderen Seite der Basis kontinuierlich zugeführt wird. Der Begriff »fluide Probe« umfaßt sowohl flüssige als auch gasförmige Proben.

Die Feldionisation von fluiden Proben ist im Rahmen der Massenspektrometrie von großer Bedeutung. Im Rahmen der Massenspektrometrie bedarf es nämlich zur Analyse von Atomen und Molekülen zunächst einer Ionisierung derselben. Eine dafür geeignete Ionenquelle (vgl. die US-PS 38 52 595), bei der die eingangs erläuterten Merkmale verwirklicht sind, benötigt eine gasförmige Probe, die der Basis von der Rückseite her kontinuierlich zugeführt werden kann. Nun ist es aber nicht immer möglich, Proben in gasförmigem Zustand vorzugeben. Gerade bei organischen Verbindungen ist vielfach eine Vergasung überhaupt nicht möglich.

Im übrigen ist aus dem Stand der Technik eine Apparatur für die automatische Aktivierung von Feldanoden für die Feldionisations-Massenspektrometrie bekannt (vgl. die Literaturstelle »messtechnik«, Jg. 82, Heft 5, 1974, Seiten 119 und 120), bei der Mikronadeln aus Graphit, sogenannte Kohlenstoff-Whisker, auf der Oberfläche einer Basis eines Emitters angeordnet sind.

Schließlich ist es aus dem Stand der Technik bekannt (vgL die Literaturstelle »International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics« 17,1975, Seiten 139 bis 146), bei einer Ionenquelle für die Massenspektrometrie eine flüssige Probe dadurch ionisierbar zu machen, daß sie vermittels einer Heizeinrichtung in einen dampfförmigen Zustand gebracht wird und in dampfförmigem Zustand mit den Emittern einer Ionisierung! -Basis in Wechselwirkung tritt

Ausgehend von dem zuerst erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, die Ionenquelle so auszugestalten und weiterzubilden, daß sie für die Ionisierung flüssiger Proben unmittelbar geeignet ist

Die erfindungsgemäße Ionenquelle, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist ist dadurch gekennzeichnet daß die den Emittern zugeführte Probe flüssig ist und daß die Emitter aus Silizium-Whiskern bestehen. Erfindungsgemäß wird also den Emittern die Probe in flüssigem Zustand zugeführt es erfolgt also eine Feldionisation unmittelbar aus_pder flüssigen Phase. Dazu ist die erfindungsgemäße Ionenquelle in der Lage, da die Emitter aus Silizium-Whiskern bestehen. Silizium-Whisker sind überraschend geeignet zur Feldionisation flüssiger Proben, insbesondere zur Feldionisation von großen organischer-Verbindungen. Mit der erfindungsgemäßen Ionenquelle kann an hochmolekularen organischen Verbindungen mit höheren Massenzahlen als 1000, für weiche bisher ein einwandfreies Massenspektrum nicht zufriedenstellend erzielbar war, eine sehr genaue Massenspektrometrie durchgeführt werden.

Weitere besonders bevorzugte und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ionenquelle sind in den nachgeordneten Patentansprüchen 2. 3 und 4 beschrieben. Insbesondere eine Heizeinrichtung im Rahmen der Zuführeinrichtung ist von besonderem Vorteil, da die flüssige Probe so weit erwärmt werden kann, daß sie der öffnung in der Basis leicht zuführbar ist. Die Heizeinrichtung wirkt also unterstützend für die Wirkung der Zuführeinrichtung selbst.

In verfahrensmäßiger Hinsicht lehrt die Erfindung, daß eine Ionenquelle der in Rede stehenden Art dadurch hergestellt werden kann, daß auf dem für das Wachstum der aus Silizium-Whiskern bestehenden Emitter vorgesehenen Teil der Basis im Vakuum Gold aufgedampft wird, daß die Basis vorgewärmt wird, daß der mit Gold bedampften Basis ein siliziumhaltiges Gas, insbesondere Silangas, zugeführt wird und daß dabei die Basis aufgeheizt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fi g. 1 in perspektivischer Darstellung, stark schematisiert ein Massenspektrometer mit einer Ionenquelle,

F i g. 2 eine Vorrichtung zur Herstellung der Ionenquelle gemäß F ig. I und

F i g. 3 im Längsschnitt die Ionenquelle gemäß F i g. 1.

Wie die F i g. I und 3 zeigen, weist eine Ionenquelle E für die Feldionisation einer flüssigen Probe eine Basis 1 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel am Ende eines aus rostfreiem Stahl bestehenden Rohrs geringen Durchmessers ausgebildet ist. Auf einer Seite der Basis 1 sind nadeiförmige Emitter Xa um eine öffnung herum angeordnet, die aus Silizium-Whiskern bestehen.

Wie F i g. 3 zeigt, ist eine Zuführeinrichtung S für die

zu ionisierende flüssige Probe vorgesehen, die mit der Basis 1 in Verbindung steht Mittels dieser Zuführeinrichtung S kann eine flüssige Probe den Emittern la kontinuierlich zugeführt werden. Die Zuführeinrichtung S weist einen mit der Basis 1 verbundenen Zylinder 14 und einen in dem Zylinder 14 verschiebbaren Kolben 15 auf.

In die Zuführeinrichtung Sist eine Heizeinrichtung 16 integriert, die als in die Wandung des Zylinders 14 eingebettete Heizwendel ausgeführt ist Zusammen mit der Druckwirkung des Kolbens 15 bewirkt die Heizeinrichtung 16, daß die flüssige Probe vom Zylinder 14 fortlaufend durch eine Rohrleitung 16 zur Öffnung am Ende des Rohrs hin geführt werden kann.

In Verbindung mit Fig.2 soll die Herstellung der Ionenquelle Eerläutert werden:

Die mit der Zuführeinrichtung S verbundene Basis 1 ist in einer Vakuumkammer 6 eingesetzt, die evakuiert wird. Auf dem für das Wachstum der aus Silizium-Whiskern bestehenden Emittern la vorgesehenen Teil der Basis 1 wird im Vakuum Gold in einer Dicke von einigen 10 nm aufgedampft Dann wird die Basis t durch Einspeisung eines bestimmten elektrischen Stromes von einer Stromquelle 8 vorgewärmt

Alsdann wird ein Ventil 11 geöffnet, so daß aus einer Gasflasche 12 ein siliziumhaltiges Gas, insbesondere Silangas (SiH₄ 5% + Ar 95%), in die Vakuumkammer 6 einströmen kann, bis in der Vakuumkammer 6 ein Druck von annähernd 250 mbar aufgebaut ist

Durch erneutes Erhitzen der Basis 1 durch Zufuhr von Strom von der Stromquelle 8 in die Heizeinrichtung 16 wachsen in annähernd 1 min eine Anzahl von dünnen, kurzen, amorphen Silizium-Whiskern als Emitter la auf der Basis 1.

Die Zeit für das Wachstum der Emitter ta hängt vom Druck des Silangases ab. Länge und Durchmesser der amorphen Silizium-Whisker läßt sich leicht durch Veränderung der Temperatur der Basis 1 ändern, indem die Heizeinrichtung 16 mit unterschiedlichen Strömen gespeist wird.

Die auf diese Weise hergestellte Ionenquelle E wird entsprechend F i g. 1 eingesetzt

In F i g. 1 ist weiter noch erkennbar eine der Ionenquelle E gegenüber angeordnete Elektrode 2, Linsenelektroden 3,4 und ein Hauptschlitz 5.

Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung besitzt außer den bereits erwähnten Teilen einen Druckmesser 9, eine Vorpumpe 10 und eine Öldiffusionspumpe 13.

Zur Ionisierung der flüssigen oder suspendierten Probe, welch"; kontinuierlich der Öffnung in der Basis 1 der Ionenquelle E zugeführt wirr wird in die Heizeinrichtung 16 ein entsprechender elektrischer Strom geschickt, um den Zylinder 14, den Kolben 15 und die Basis 1 zu erwärmen. Gleichzeitig wird der Kolben 15 allmählich in Richtung des in F i g. 3 eingezeichneten Pfeiles A bewegt Dadurch wird die flüssige Probe vom Zylinder 14 durch die Rohrleitung Xb zur Öffnung am Ende des Rohrs gedrückt, welche viele aus Silizium-Whiskern bestehende Emitter la trägt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ionenquelle für die Feldionisation einer fluiden Probe, mit einer eine öffnung oder mehrere öffnungen aufweisenden Basis und einer Vielzahl von nadelfönnigen Emittern, wobei die nadeiförmigen Emitter auf einer Seite der Basis um die öffnung oder die Öffnungen angeordnet sind und wobei die Probe der öffnung bzw. den öffnungen von der anderen Seite der Basis kontinuierlich zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Emittern (\a) zugeführte Probe flüssig ist und daß die Emitter (ia) aus Silizium-Whiskern bestehen.

2. Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei eine Zufahreinrichtung für die Probe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (S) einen mit der Basis (1) verbundenen Zylinder (14) und einen in dem Zylinder (14) verschiebbaren Kolben (15) aufweist

3. Ionenquelle nach Anspruch i, wobei eine Zuführeinrichtung für die Probe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung (16) in die Zuführeinrichtung (S) integriert ist

4. Ionenquelle nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (16) als in die Wandung des Zylinders (14) der Zuführeinrichtung (S) eingebettete Heizwendel ausgeführt ist

5. Verfahren zur Herstellung einer Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß auf dem für das Wachstum der aus Silizium-Whiskern bestehenden Emitter vorgesehenen Teil der Basis im Vakuum Gold aufgedampft wird, daß die Basis vorgewärmt wird, daß der mit Gold bedampften Basis on siliziumhaltiges Gas, insbesondere Silangas. zugeführt wird und daß dabei die Basis aufgeheizt wird.