DE4317749A1 - Massenspektrometer mit Einrichtungen zum Überwachen der Strahlung, die ausgesendet wird, wenn Ionen mit einem Zielgas kollidieren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Massenspektrometer mit Einrich­ tungen zum Überwachen des optischen Emissionsspektrums, das aus der Wechselwirkung eines massenselektierten Ionenstrahls mit einem Kollisionszielgas entsteht. Es ist besonders zur Überwachung von optischen Spektren von vielatomigen organischen Ionen geeignet. Die Erfindung stellt ebenfalls eine Kollisionszelleneinrichtung bereit, welche an einen konventionellen Massenspektrometer angepaßt werden kann, um die Überwachung des Emissionsspektrums der Ionen zu ermög­ lichen.

Obwohl das Emissionsspektrum der Ionen über viele Jahre studiert wurde, wurden die meisten Untersuchungen an Ionen von simplem Aufbau und niedrigem Molekulargewicht durchgeführt, die oftmals in Entla­ dungen oder durch Photoionisation erzeugt wurden. Es gibt wenige Berichte über das Emissionsspektrum von vielatomigen Ionen, die durch andere Einrichtungen, wie z. B. die Direkt-Elektronenstrahl­ ionisation einer gasförmigen Probe erzeugt wurden.

Es ist in der Tat schwierig, sowohl das Emissions- als auch das Ad­ sorptionsspektrum eines molekularen Ions zu studieren, weil die klassischen Techniken, die für neutrale Moleküle verwendet werden, normalerweise nicht erfolgreich bei Ionenarten anwendbar sind. Leach (J. Chim. Phys. 1980, Bd. 77 (7/8), S. 585-8) führt die Schwierigkeit der Erzeugung einer ausreichend hohen Ionendichte über ausreichende Zeiträume an, um dem Spektrum zu ermöglichen, durch konventionelle Verfahren aufgezeichnet zu werden. Effekte, wie z. B. Ion-Elektron-Rekombination, Ion-Molekül-Reaktionen und plötzliche Dissoziation der elektronisch erregten Zustände von vielen Ionen reduzieren bedenklich die Möglichkeit der Aufzeichnung des Emissionsspektrums durch konventionelle Einrichtungen. Jedoch haben Maier, Marthler, Misev und Thommen (in Molecular Ions, Geometric and Electronic Structures, Ed. Berkowitz, Groeneveld, Plenum Press, New York, 1983) Vorrichtungen beschrieben, in welchen eine Gasprobe, die in einen Kollisionsbereich in einem Vakuumsystem eingeführt wurde, mit Elektronen von typischerweise 20 bis 40 Elektronenvolt bombar­ diert wurde, um die Probe zu ionisieren, wobei die Emission der optischen Strahlung der so geformten Probeionen durch einen Mono­ chromator und einen Photovervielfacher ermittelt wurde. Von Emis­ sionsspektren mit Frequenzbändern im 250-900 Nanometerbereich in einem Breitenbereich von einfachen organischen Kationen (haupt­ sächlich Halogenarten bis um C₁₀) wurde berichtet.

Klapstein, Maier und Misev (in Molecular Ions, Structure and Chemistry, Ed. Miller and Bondybey, North Holland, 1983, S. 175-200) berichten von einer Kreuzbeschuß-Vorrichtung, in welcher ein Über­ schallstrahl eines Gemisches von einer Gasprobe und Helium recht­ winklig auf einen kollimierten Elektronenstrahl in einem eva­ kuierten Raum gerichtet ist. Optische Strahlung ist entlang einer Achse wechselseitig rechtwinklig zu den Molekular- und Elektronen­ strahlen ausgesendet worden und dringt in einen Monochromator und Photovervielfacher ein.

Hatada, Fujita, Nakai und Hirota (JAERI, Ausgabe 5026, S. 1-5) brachten ein Quarzfenster an der Ionenquelle eines Elektronenstoß- Ionisationsmassenspektrometers an und untersuchten das Emissions­ spektrum der Spezien, wie z. B. N₂⁺ und CO⁺ nach der Einleitung von Stickstoff, Stickstoffoxiden, Kohlenstoffmonoxid, niedrigmolekular­ gewichtigen Hydrogencarbonaten und Aceton. Sie folgerten, daß es möglich war, Emissionen von komplexen Ionen in erregtem Zustand zu untersuchen, weil solche Ionen oftmals in ihre nichtstrahlenden Grundzustände zurückfallen. Sie untersuchten, daß die Emissionen von Fragmentmolekülen, die durch Dissoziation geformt wurden, zu stark waren und empfahlen, daß in zukünftiger Arbeit die Konzen­ tration solcher Fragmentmoleküle durch schnelles differenziertes Pumpen reduziert werden sollte.

Leventhal (aus Gas Phase Ion Chemistry, Bd. 3 Ed. Michael T. Bowers Academic Press Inc, 1984, S. 309-355) beschreibt Ergebnisse von der Emission von Licht von erregten Teilen aus Ladetauschreaktionen. Optische Strahlung ist nach dem Eintreten aus einer Kollisionszelle in einen einzigen fokussierenden Massenspektrometer analysiert wor­ den. Das Interesse richtet sich auf das Verhalten von einfachen mono- zu triatomaren Ionen und Testgasen. Eine ähnliche Arbeit wurde auch von Figger et al (Phys. Rev. Lett. Bd. 52 1984, S. 906) beschrieben.

Holmes, Mayer und Mommers (J. Amer. Chem. Soc. 1991, Bd. 113(24), S. 9405-6 und Org. Mass Spectrom 1992, Bd. 27 (4), S. 537-539) untersuchten Emissionsspektren von H₃⁺, H₂ ^+., CH₃CHO^+., CH₂=CHOH^+., CH₂CH₂O^+., CH₃CH₂Cl^+. und CH₃ClCH₂ ^+., die durch Kollisionen zwischen massenselektierten Ionenstrahlen und Zielgasen in dem Kollisionsbereich zwischen dem magnetischen Sektor und dem elektro­ statischen Sektor eines konventionellen hochauflösenden, doppel­ fokussierenden Massenspektrometers erzeugt wurden. Sie demon­ strierten, daß die isometrischen Ionen CH₃CH₂Cl^+. und CH₃ClCH₂ ^+. und CH₃CHO^+., CH₂=CHOH^+. und CH₂CH₂O^+. durch ihre Emissionsspektren unterschieden werden können.

Jedoch war der einfache Aufbau der bei dieser Arbeit verwendeten Kollisionszelle derart, daß nur relativ langlebige erregte Zustände (0,1 µs) studiert werden konnten, wobei Emissionen von dem Zielgas und der Metalloberfläche der Zelle, die durch Kollision mit zer­ streuten Ionen verursacht werden, hinderlich waren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kolli­ sionszelleneinrichtung mit Einrichtungen zum Untersuchen der Emis­ sionsspektren von Spezien in ihr bereitzustellen, welche zum Ver­ wenden in einem Massenspektrometer geeignet ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Massenspektrometer bereitzu­ stellen, der mit einer solchen Kollisionszellenanordnung zusammen­ arbeitet.

Die Erfindung stellt eine im wesentlichen geschlossene Kollisionszelleneinrichtung zur Verfügung, die von einer Wand be­ grenzt ist, wobei die Wand Eintritts- und Austrittsöffnungen auf­ weist, durch welche ein Ionenstrahl durchtreten kann, um die Zellen­ einrichtung zu durchqueren, wobei die Zelleneinrichtung einen Unter­ suchungsbereich daran angrenzend an der Eintrittsöffnung und einem Fenster in der Wand, durch welches Strahlung, die in dem Untersu­ chungsbereich erzeugt wird, durchtreten kann, und angrenzend an der Austrittsöffnung und in Verbindung mit dem Untersuchungsbereich an­ geordnet einen Austrittsbereich aufweist, der eine Strahlungsvor­ richtung zum Minimieren des Durchtritts der in dem Ausgangsbereich erzeugten Strahlen durch das Fenster aufweist.

Zelleneinrichtungen gemäß der Erfindung sind üblicherweise in dem Vakuumentladungsgefäß des Massenspektrometers angeordnet, der für kollisionsinduzierte Dissoziationsstudien bestimmt ist, und können eine Kollisionszelle, die konventionell in einem solchen Instrument vorgesehen ist, ersetzen. Ein vakuumdichtes Fenster kann in dem Vakuumentladungsgefäß vorgesehen sein, um Strahlung zu er­ möglichen, aus dem Fenster in der Kollisionszelle herauszutreten, um das Vakuumentladungsgefäß zu verlassen und in einen geeigneten optischen Monochromator und Detektor einzutreten. Auf diese Weise können Spektren von Spezien, die spektroskopische Übergänge in dem Untersuchungsbereich der Zelleneinrichtung durchwandern, aufge­ zeichnet werden. Bevorzugt sind beide Fenster aus Quarz hergestellt und durch ein lichtdichtes Rohr mit einer hochpolierten Innenober­ fläche verbunden.

Wie in konventionellen Tandem-Massenspektrometer-Experimenten kolli­ dieren Ionen, die in die Kollisionszelle eintreten, mit Molekülen des Zielgases. Das untersuchte Emissionsspektrum, das von den Spezien entsteht, resultiert, geladen oder neutral, aus der Wechsel­ wirkung des massenselektierten Ionenstrahls mit dem Zielgas in der Zelle oder (siehe unten) in einer Zone vor der Untersuchungszelle. Durch Eintreten des Ionenstrahls von dem Untersuchungsbereich der Zelleneinrichtung in den Austrittsbereich, welcher eine Strahlungs­ auffangeinrichtung umfaßt, ist die Interferenz zu dem gewünschten kollisionsinduzierten Spektrum in großem Maße reduziert, weil Strah­ lung, die durch den Stoß des Ionenstrahls mit der Wand der Kolli­ sionszelle in der Nähe der Zellenaustrittsöffnung entsteht, durch die Strahlungsauffangeinrichtung, die in dem Austrittsbereich vor­ gesehen ist, absorbiert wird. Die Strahlungsauffangeinrichtung kann in günstiger Weise einen geschwärzten Überzug auf der Wand der Zelleneinrichtung in dem Austrittsbereich aufweisen (z. B. einen Überzug aus Kohlenstoffpartikeln, der auf die Oberflächen durch Be­ streichen mit einer Lösung von kolloidem Graphit während der Montage aufgebracht wird). In bevorzugter Weise umfaßt der Untersuchungs­ bereich der Zelleneinrichtung gegenüber dem Fenster eine hochpo­ lierte konkave Oberfläche, z. B. halbzylindrisch.

Die Erfindung stellt weiterhin ein Massenspektrometer bereit, das mindestens eine Ionenquelle, einen Massenanalysator und/oder Energieanalysator zum Bereitstellen eines massen- und/oder energie­ gefilterten Ionenstrahls, eine Kollisionszelleneinrichtung, wie oben definiert, in dem Pfad des Ionenstrahls, und eine spektroskopische Einrichtung zum Aufzeichnen von mindestens einem Teil des Strah­ lungsspektrums, das durch das Fenster in der Kollisionszellen­ einrichtung durchtritt, umfaßt. In günstiger Weise kann der Massen­ spektrometer weiterhin einen Ionendetektor und mindestens einen wei­ teren Massen-, Momenten und/oder Energieanalysator zwischen der Kollisionszelleneinrichtung und dem Ionendetektor umfassen, um das Durchführen von vollständigen Tandem-massenspektro- metrischen Ex­ perimenten zu ermöglichen, während das Emissionsspektrum der Arten in der Kollisionszelleneinrichtung untersucht wird. Es soll ange­ merkt werden, daß die Arten, deren Emissionsspektren untersucht wer­ den, nicht in dem Untersuchungsbereich erzeugt werden müssen. Eine zweite konventionelle Kollisionszelle kann in dem Pfad des Ionen­ strahls angeordnet sein, bevor er die Kollisionszelleneinrichtung der Erfindung erreicht. Als konventionelle Kollisionszellenein­ richtung ist jeder Aufbau einer Kollisionszelle geeignet, der dem Ionenstrahl ermöglicht, eine Kollision durchzuführen, z. B. mit einem darin enthaltenen Testgas. Ionen in dem Hauptstrahl können Kolli­ sionen in der zweiten Zelle durchführen, durchwandern jedoch den spektroskopischen Übergang einige Zeit später, wenn sie die Zellen­ einrichtung gemäß der Erfindung passieren, so daß deren Emissions­ spektrum untersucht werden kann. Bei Verwenden eines konventionellen Tandem-Massenspektrometers ist dieses Verfahren ausreichend für Arten, deren erregter Zustand eine Lebensdauer von < 0,1 µs oder so aufweist. Es ist ebenso möglich, um die Energie der Kollisionen und die Durchgangszeit der Ionen zwischen den Zellen durch Einstellen eines Potentials zu variieren, das an den Zellen selbst aufgebracht ist.

Typischerweise befindet sich die untersuchte Strahlung im UV/ sichtbaren Bereich von 180-680 nm, aber auch andere Wellenlängenbe­ reiche können verwendet werden, vorausgesetzt, es werden entspre­ chende durchlässige Fenster verwendet. Jeder geeignete Monochromator und Photovervielfacher kann benutzt werden, um das Emissionsspektrum aufzuzeichnen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Massenspektrometer, der eine Kollisionszelle gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine Kollisionszelle gemäß der Erfindung, und

Fig. 3 die Kollisionszelle aus Fig. 2 in einem Massen­ spektrometer gemäß der Erfindung befestigt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt ein Massenspektrometer 1 eine Ionen­ quelle 2, welche einen Ionenstrahl 3 erzeugt, der durch einen mag­ netischen Sektorenanalysator 4 momentenzerstreut wird, um einen momentenselektierten Ionenstrahl 5 zu erzeugen. Zwei konventionelle Kollisionszellen 6, 7 sind in dem Pfad des Ionenstrahls 5 vorge­ sehen, wobei die Kollisionszelle 8 gemäß der Erfindung hinter den beiden angeordnet ist.

Nach dem Austreten aus der Kollisionszelle 8 tritt der Ionenstrahl in einen elektrostatischen Energieanalysator 9 ein, wie in einem konventionellen doppelfokussierenden Spektrometer. Eine Ablenkungs­ elektrode 11 ist vorgesehen, um den Ionenstrahl, der aus dem elek­ trostatischen Analysator 9 in einen achsversetzten Ionendetektor 10 eintritt, abzulenken.

Spezien, die einen spektroskopischen Übergang in dem Untersuchungs­ bereich der Kollisionszelleneinrichtung 8 durchwandern, senden Strahlung 12 aus, welche durch einen Monochromator und Photover­ vielfacher 13 hindurchtritt, die durch ein spektroskopisches Daten­ erfassungssystem und Regler 14 gesteuert werden, so daß das Spektrum der Strahlung aufgezeichnet werden kann. Typischerweise wird das UV/sichtbare Emissionsspektrum von ca. 180-680 nm aufgezeichnet, aber auch andere Wellenlängenbereiche können mit entsprechender spektroskopischer Ausrüstung verwendet werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Kollisionszelle 8, die zum Verwenden in dem Spektrometer aus Fig. 1 geeignet ist. Sie umfaßt einen Unter­ suchungsbereich 15 und einen Austrittsbereich 16, der so angeordnet ist, daß der Ionenstrahl 5 erst durch den Untersuchungsbereich und dann durch den Austrittsbereich hindurchtritt. Die zwei Bereiche sind durch eine Schlitzplatte 17 getrennt, welche eine rechtwink­ lige Öffnung 18 aufweist, die eine Verbindung zwischen diesen bereitstellt, so daß Ionen von dem Untersuchungsbereich zu dem Aus­ trittsbereich gelangen. Die Öffnung 18 ist groß genug, um sicher­ zustellen, daß der Ionenstrahl durch sie durchtritt, ohne die Platte 17 zu berühren. Der Untersuchungsbereich 15 ist in einem rechtwink­ ligen Block geformt, der einen Untersuchungszellenkörperbereich 19 und einen Untersuchungszellenabdeckbereich 20 aufweist. Eine recht­ winklige Profilmulde ist in den Körperbereich 19 eingeformt, um die Wand 46 zu definieren, die die Kollisionszelleneinrichtung um­ grenzt, wobei ein kreisförmiges Loch 21 in einer Basis eingearbeitet ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Das Loch 21 ist nach der Montage von einem Fenster 22 und einem Isolator 23 verschlossen (Fig. 3). Der Abdeckbereich 20 umfaßt eine eingeformte Mulde von halbzylindrischem Querschnitt und ist eingepaßt, wie in Fig. 2 gezeigt.

Die innere Oberfläche des Körperbereichs 19 und des Abdeckbereichs 20 sind hochpoliert, um sicherzustellen, daß Strahlung, die in dem Untersuchungsbereich 15 erzeugt wird, durch das Loch 21 reflektiert wird. Der Austrittsbereich 16 umfaßt einen Austrittskörperbereich 25 und einen Austrittsabdeckbereich 26, der wie gezeigt eingeformt ist, um einen Bereich zu definieren, in welchem die Ionen durch die Öff­ nung 18 in die Schlitzplatte 17 eintreten. Die innere Oberfläche der Körper- und Abdeckbereiche 25 und 26 sind durch Aufbringen von feinen Kohlenstoffpartikeln geschwärzt, wodurch eine Strahlungs­ auffangeinrichtung bereitgestellt wird, die die in den Austritts­ bereich ausgesendete Strahlung daran hindert, in den Untersuchungs­ bereich reflektiert zu werden. Die Kohlenstoffpartikel können durch Streichen einer kolloiden Lösung aus Graphit auf die Oberflächen und Verdampfen des Lösungsmittels aufgebracht werden.

Die Enden des Untersuchungsbereichs 15 und des Austrittsbereichs 16 sind durch die Schlitzplatten 27 und 28 entsprechend geschlossen. Eine Austrittsöffnung 47 ist in die Schlitzplatte 27 eingeformt und eine Austrittsöffnung 29 ist in die Schlitzplatte 28 eingeformt. Öffnungen 47 und 48 sind beide kleiner als die Öffnung 18 in der Platte 17, um sicherzustellen, daß der Ionenstrahl 5 nicht mit der Oberfläche der Platte 17 im Inneren des Untersuchungsbereichs 15 in Berührung kommt.

Die vier Bereiche 19, 20, 25 und 26 und die drei Schlitzplatten 17, 27 und 28 sind auf vier Keramikstäben 30 montiert, die mit Feder­ scheiben und Sicherungsringen 31 befestigt sind, um die Vorrichtung vorzuspannen. Zwei Einstellelektroden 32, 33, die elektrisch von der Zelle durch den rohrförmigen Isolator 34 isoliert sind, sind, wie dargestellt, an den Enden der Zelle an den Stäben 30 befestigt. Diese werden verwendet, um den Ionenstrahl sauber einstellen zu können, wenn er durch die Kollisionszelle tritt wie in einer kon­ ventionellen Massenspektrometerkollisionszelle.

Fig. 3 zeigt, wie die in Fig. 2 dargestellte Kollisionszellenein­ richtung an dem Vakuumgefäß von dem Massenspektrometer angebracht sein kann. Der Untersuchungskörperbereich 19 ist an einer kreis­ förmigen Tragplatte 35 angebracht, die selbst an einem Flansch 36 auf einem hohlen Stützrohr angeschraubt, aber durch einen PTFE- Isolator 23 getrennt von ihm angeordnet ist. Vier Schrauben (nicht gezeigt) sind in isolierte Buchsen in den Löchern 38 in der Trag­ platte 35 eingepaßt. Diese Anordnung ermöglicht der Zelleneinrich­ tung 8, auf jedem Potential zu liegen (um die Energie der Ionen- Molekül-Kollisionen in ihrem Inneren zu steuern), während das Trag­ rohr 37 auf Grundpotential verbleibt. Ein Quarzfenster 22 ist auf eine O-Ringdichtung derart angepaßt, daß die Zelleneinrichtung 8 im wesentlichen gasdicht ist (natürlich mit Ausnahme der Öffnungen in den Eintritts- und Austrittsschlitzplatten 27 und 28), aber optische Strahlung von dem Kollisionsbereich 24 durch das Loch 21 (und ähn­ liche Löcher in dem Isolator 23 und der Tragplatte 35), durch das Fenster 22 in das Innere des Tragrohrs 37 gelangen kann.

Ein Flansch 40 ist an dem Ende des Rohrs 37 angebracht und ermög­ licht es, an einem Vakuumflansch 41 angeschraubt zu werden, der vorgesehen ist, um in einer Aufnahme an dem Vakuumgefäß des Massenspektrometers angepaßt zu werden. Die Anordnung der Aufnahme und die Länge des Rohrs 37 sind so gewählt, daß die Öffnungen in den Schlitzplatten 27, 17 und 28 in dem Pfad des Ionenstrahls des Massenspektrometers angeordnet werden können. Um eine ausreichende Analyse der Strahlung sicherzustellen, sollte das Tragrohr so kurz wie möglich sein. Die Mitte des Vakuumflansches 41 ist ausgebohrt, um eine Sichtaufnahme 42 aufzunehmen, die ein kurzes Rohr 43 um­ faßt, das, wie gezeigt, ein Quarzfenster 44 trägt. Der Sichtauf­ nahmeflansch ist an den Vakuumflansch 41 angeschraubt und durch einen O-Ring 45 abgedichtet.

Das Innere des Tragrohrs 37 ist hochpoliert, um eine maximale Über­ tragung der optischen Strahlung von dem Fenster 22 zu dem Fenster 44 sicherzustellen. Löcher sind ebenso in dem Rohr 37 vorgesehen, um sicherzustellen, daß sein Inneres auf demselben Druck wie das Innere des Massenspektrometervakuumgefäßes gehalten ist.

Ein konventionelles optisches Spektrometer (schematisch bei 13 in Fig. 1 gezeigt) ist angeordnet, um die Strahlung aufzunehmen, die durch das Fenster 44 austritt. In dieser Weise kann das Spektrum der von Spezien ausgesendeten Strahlung, die spektroskopische Übergänge in dem Untersuchungsbereich 15 durchwandern, bestimmt werden, ohne daß Interferenzen aus der Strahlung von irgendeiner Kollision des Ionenstrahls oder zerstreuter Spezien mit der Oberfläche der Kolli­ sionszelle selbst entstehen. Dies wird erreicht, indem dem Strahl ermöglicht wird, in den Austrittsbereich der Zelle einzutreten, der mit einer Strahlungsauffangeinrichtung versehen ist, um die letztere Strahlung am Erreichen des Spektrometers 13 zu hindern.

Im Betrieb kann ein Zielgas in den Kollisionszellenbereich 24 der Zelleneinrichtung 8 eingefüllt werden. Ein massenselektierter Ionen­ strahl 5 tritt in die Zelle ein, und Ionen in ihr durchwandern Frag­ mentierung und/oder Kollisionserregung. Kollisionserregte Spezien können dann Strahlung 12 aussenden, die aus der Zelle in den Spektrometer 13 eintritt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zelleneinrichtung 8 verlassende Strahlung in der Ebene erfaßt, in welcher die Momentendispersion des Ionenstrahls 5 stattfindet, da es in der Praxis einfacher ist, einen Massenspektrometer konventio­ nellen Aufbaus in dieser Weise zu modifizieren. Jedoch ist es im Sinne der Erfindung, die Fenster 22 und 44 und den optischen Spektrometer 13 so anzuordnen, daß die Strahlung, die rechtwinklig zur Dispersionsebene des Massenspektrometers ausgesendet wird, er­ mittelt werden kann. Die Ausführungsform der Fig. 1 zeigt zwei kon­ ventionelle Kollisionszellen 6, 7 zusätzlich zu der Zelleneinrich­ tung 8 gemäß der Erfindung. Diese konventionellen Zellen können für eine Vielzahl verschiedener Experimente verwendet werden. Beispiels­ weise können Ionen in der Zelle 7 kollisionserregt sein und ausge­ sendete Strahlung kann in der Zelle 8 untersucht werden (welche ohne Zielgas arbeitet). Ähnlich können Spezien, die in den Zellen 6 oder 7 erzeugt wurden, durch Kollision in der Zelle 8 aktiviert werden. Weiterhin kann die Energie der Ionen und ihre Durchgangszeiten durch den gesamten Kollisionsbereich durch Aufbringen von verschiedenen Potentialen in der Zelle wie in konventionellen Tandem-massen­ spektrometrischen Experimenten variiert werden. Jedoch ist es im Sinne der Erfindung, eine Zelleneinrichtung 8 bereitzustellen.

Es soll auch angemerkt sein, daß die Spezien, deren Emissionsspek­ tren überwacht werden, aus der Kollisionszelle 8 austreten werden und zusätzlich bezüglich Masse oder Energie in dem Massenspektro­ meter analysiert werden können wie in konventionellen Massenspektro­ metern der Massen- und Ionen-kinetischen Energiespektrometern (MIKES-Spektrometer). Die konventionellen Zweisektorenspektrometer, wie in Fig. 1 gezeigt, stellen einen elektrostatischen Energieana­ lysator 9 und einen Ionendetektor 10 bereit, um dabei zu ermög­ lichen, daß MIKES-typische Spektren erzeugt werden, aber es ist im Sinne der Erfindung, zusätzlich einen magnetischen Sektorenanalysa­ tor und/oder elektrostatischen Analysator anstelle des elektro­ statischen Sektorenanalysators 9 vorzusehen. Der magnetische Sek­ torenanalysator 4 kann auch durch einen doppelfokussierenden Massen­ analysator ersetzt werden, der sowohl elektrostatische als auch mag­ netische Sektoren umfaßt, um hochauflösendes Massenfiltern des Strahls bereitzustellen.

Claims (12)

1. Eine im wesentlichen geschlossene Kollisionszelle (8), die durch eine Wand begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand eine Eintrittsöffnung (47) und eine Austrittsöffnung (29) aufweist, durch welche ein Ionenstrahl (3, 5) hindurchtreten kann, um die Kolli­ sionszelle (8) zu durchqueren, wobei die Kollisionszelle (8) einen Untersuchungsbereich (15) darin angrenzend an die Eintrittsöffnung (47) und ein erstes Fenster (22) in der Wand, durch welches Strah­ lung, die in dem Untersuchungsbereich (15) erzeugt wird, durchtreten kann, und angrenzend an die Austrittsöffnung (29) und in Verbindung mit dem Untersuchungsbereich (15) einen Austrittsbereich (16) auf­ weist, der eine Strahlenauffangvorrichtung zum Minimieren des Durchtritts der in dem Austrittsbereich (16) erzeugten Strahlung durch das Fenster (22) umfaßt.

2. Kollisionszelle (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenauffangeinrichtung einen geschwärzten Überzug auf der Wand der Kollisionszelle (8) im Austrittsbereich (16) umfaßt.

3. Kollisionszelle (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geschwärzte Überzug Kohlenstoff umfaßt, der durch Auftragen einer Lösung von kolloidem Graphit auf die Wand während der Montage der Zelle (8) aufgebracht ist.

4. Kollisionszelle (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Zelle (8) im Untersuchungs­ bereich (15) gegenüber dem ersten Fenster (22) eine hochpolierte konkave Oberfläche aufweist.

5. Spektrometer mit einer Kollisionszelle (8) gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, das in einem Vakuumgefäß angeordnet ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Lenken eines Ionenstrahls (3) von einer Ionenquelle (2) durch die Eintritts- und Austrittsöff­ nungen (47, 29) und ein zweites Fenster (44) in dem Vakuumgefäß, durch welches die Strahlung austreten kann, die durch das erste Fenster (22) durchtritt.

6. Spektrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Fenster (22, 44) durch eine Lichtröhre (37) mit einer hochpolierten Innenoberfläche verbunden sind.

7. Spektrometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Monochromator und ein Detektor vorgesehen sind, um zumindest einen Teil der durch das erste und zweite Fenster (22, 44) durch­ tretenden Strahlung aufzunehmen, um das optische Spektrum der in dem untersuchungsbereich (15) einen spektroskopischen Übergang unter­ wandernden Spezien aufzuzeichnen.

8. Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste und zweite Fenster (22, 44) aus Quarz herge­ stellt sind, welcher Strahlung von einer Wellenlänge zumindest im Bereich von 180-680 nm überträgt.

9. Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zum Leiten des Ionenstrahls (3, 5) einen Massen- und/oder Energieanalysator zum Bereitstellen eines massen- und/oder energiegefilterten Ionenstrahls (3, 5) von der Ionenquelle (2) umfassen.

10. Spektrometer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Ionen­ detektor, der angeordnet ist, um Ionen aufzunehmen, die die Aus­ trittsöffnung (47) verlassen, und mindestens einen weiteren Massen-, Momenten- und/oder Energieanalysator, der zwischen der Kollisions­ zelle (8) und dem Ionendetektor angeordnet ist.

11. Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine konventionelle Kollisionszelle (6, 7), die im Pfad des Ionenstrahls angeordnet ist, bevor er die Kollisionszelle (8) er­ reicht, wobei die Ionen Kollisionen in der konventionellen Zelle (6, 7) unterwandern und während ihres nachfolgenden Durchtritts durch die Kollisionszelle (8) spektroskopische Übergänge durchlaufen.

12. Spektrometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Potentiale an der Kollisionszelle (8) und der konventionellen Kolli­ sionszelle (6, 7) aufgebracht sind, um die Energie der Kollisionen in den Zellen (6, 7, 8) und/oder die Durchgangszeiten durch die Zellen (6, 7, 8) einzustellen.