EP0310888B1

EP0310888B1 - Verfahren zum Einbringen von Ionen in die Ionenfalle eines Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers und zur Durchführung des Verfahrens ausgebildetes Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer

Info

Publication number: EP0310888B1
Application number: EP88115676A
Authority: EP
Inventors: Pablo Dr. Caravatti
Original assignee: Spectrospin AG
Current assignee: Spectrospin AG
Priority date: 1987-10-07
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2008-09-23
Also published as: JPH0459747B2; EP0310888A3; US4924089A; DE3733853A1; DE3733853C2; EP0310888A2; JPH01163954A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Ionen in die Ionenfalle eines Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers, die in einem konstanten, homogenen Magnetfeld angeordnet ist und als Elektroden ausgebildete, zu einer mit der Richtung des Magnetfeldes zusammenfallenden Symmetrieachse der Ionenfalle parallel bzw. senkrecht angeordnete Wände aufweist, an denen die Ionen in der Ionenfalle haltende elektrische Fangpotentiale anliegen und von denen eine der senkrecht zum Magnetfeld stehenden Wände ein Loch aufweist, bei welchem Verfahren die Ionen außerhalb der Ionenfalle erzeugt werden, aus den Ionen ein Ionenstrahl gebildet und der Ionenstrahl parallel zur Symmetrieachse der Ionenfalle auf das in der einen Wand der Ionenfalle angeordnete Loch gerichtet wird und dann die Geschwindigkeit, welche die durch das Loch in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen in Richtung des Magnetfeldes besitzen, bis unter den die durch Fangpotentiale bestimmten Wert, den die Ionen zum Verlassen der Ionenfalle aufweisen müssen, vermindert wird.
Ein solches Verfahren ist aus der EP - A - 0 200 027 bekannt. Das bekannte Verfahren hat zwei Varianten. Nach der einen wird zum Reduzieren der Geschwindigkeit der in die Ionenfalle eingedrungenen Ione vorübergehend der Gasdruck in der Ionenfalle erhöht, um dadurch die Ionen abzubremsen. Diese Variante erfordert das Abpumpen von Gas nach dem Einschießen der Ionen, was nicht nur die Verfahrensdauer verlängert, sondern auch zu einem Ionenverlust und zu einer Fragmentierung der Ionen führen kann.
Bei der anderen Variante wird die Geschwindigkeit der Ionen durch eine der Ionenfalle vorgeschaltete Bremselektrode vermindert und es werden gleichzeitig die Fangpotentiale aufgehoben, damit die Ionen trotz ihrer verminderten Geschwindigkeit in die Ionenfalle eindringen können. Danach werden die Fangpotentiale wieder eingeschaltet, so daß die in die Ionenfalle gelangten Ionen darin gefangen werden. Auch auf diese Weise läßt sich jedoch noch nicht die maximal mögliche Ionenkonzentration in der Ionenfalle erreichen, wie sie anzustreben ist, um eine möglichst große Empfindlichkeit bei der Aufnahme des Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrums zu erreichen.
Darüberhinaus ist in dem Artikel "Metal cluster ion cyclotron resonance. Combining supersonic metal cluster beam technology with FT-ICR" von J.M. ALFORD et al. in International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, Band 72, Nr. 1/2, Oktober 1986, Seiten 33-51, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, NL, beschrieben, wie unter Vermeidung des "magnetic mirror"-Effekts möglichst viele außerhalb der Ionenfalle erzeugte Ionen durch einen stark inhomogenen magnetischen Feldbereich in die Nähe des Eintrittsloches der in einem homogenen Magnetfeld befindlichen Ionenfalle gebracht werden können. Möglichkeiten zur Erhöhung der Konzentration von in der Ionenfalle eingefangenen Ionen werden in der Publikation jedoch nicht aufgezeigt.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Methode zum Vermindern der Geschwindigkeit der in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen in Richtung des Magnetfeldes anzugeben, die auf einfache Weise durchführbar ist und eine erhöhte Dichte der eingefangenen Ionen zum Ergebnis hat.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß den in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen eine senkrecht zum Magnetfeld gerichtete Bewegungskomponente erteilt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Geschwindigkeit der Ionen in Richtung des Magnetfeldes, welche die Ionen zu einem Verlassen der Ionenfalle befähigt, nicht durch Erhöhen des Gasdruckes oder aber mittels einer Bremselektrode vermindert, sondern durch Ablenken der Ionen von ihrer in Richtung des Magnetfeldes verlaufenden ursprünglichen Bahn, so daß sich die Ionen nach dem Eintritt in die Ionenfalle auf einer Bahn bewegen, die zu einer Erhöhung der mittleren Aufenthaltsdauer der Ionen in der Ionenfalle führt. Dadurch wird die Zeit, während der eine Ionenakkumulation möglich ist, bedeutend erhöht und es kann der Ionenstrom so lange aufrecht erhalten werden, bis die durch die mittlere Aufenthaltsdauer begrenzte, maximale Ionendichte in der Ionenfalle erreicht ist. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß keine kritischen Betriebsparameter einzuhalten sind, weder bezüglich der Größe noch bezüglich der Zeitdauer anzulegender Potentiale.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ionen in die Ionenfalle mit einem seitlichen Versatz zu der zum Magnetfeld parallelen Symmetrieachse der Ionenfalle eingebracht. Hierzu ist es lediglich erforderlich, Ionenstrahl und Ionenfalle seitlich versetzt zueinander anzuordnen. Durch den seitlichen Versatz gelangen die Ionen bei dem Eintritt in die Ionenfalle in einen Bereich, in dem das infolge der an den Wänden der Ionenfalle anliegenden Potentiale in der Ionenfalle herrschende elektrische Feld eine Transversalkomponente aufweist, durch welche die Ionen seitlich ausgelenkt werden. Dadurch werden die Ionen zur Ausführung einer Zyklotronbewegung auf Bahnen gezwungen, welche die gewünschte Verlängerung der Aufenthaltsdauer der Ionen in der Ionenfalle zur Folge haben.
Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Dauer des Ionenstrahles ein quer zur Richtung des Magnetfeldes gerichtetes elektrisches Feld erzeugt, und zwar vorzugsweise in unmittelbarer Nachbarschaft zu der mit dem Loch versehenen Wand der Ionenfalle. Die Erzeugung eines solchen Feldes kann in einfacher Weise mittels in der Ionenfalle angeordneter, zusätzlicher Elektroden erfolgen. Dabei ist weder die Größe dieses Feldes noch dessen Zeitdauer kritisch. Das Feld muß lediglich abgeschaltet werden, bevor die eigentliche Spektrenaufnahme beginnt.
Bei beiden Varianten des Verfahrens kann es zweckmäßig sein, das Potential der mit dem Loch versehen Wand der Ionenfalle während der Dauer des Ionenstrahles unter das Fangpotential abzusenken, so daß es möglich ist, die Ionen mit verminderter axialer Geschwindigkeit in die Ionenfalle einzuschießen, wodurch der Fangvorgang günstig beeinflußt wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Es umfaßt in bekannter Weise eine Ionenfalle, die in einem konstanten, homogenen Magnetfeld angeordnet ist und als Elektroden ausgebildete, zu einer mit der Richtung des Magnetfeldes zusammenfallenden Symmetrieachse der Ionenfalle parallel bzw. senkrecht angeordnete Wände aufweist, an denen die Ionen in der Ionenfalle haltende elektrische Fangpotentiale anliegen und von denen eine der senkrecht zum Magnetfeld stehenden Wände ein Loch aufweist. Weiterhin umfaßt das Spektrometer eine Einrichtung zum Einbringen von Ionen in die Ionenfalle, mit einer Ionenquelle, Mitteln zum Erzeugen eines von der Ionenquelle ausgehenden, parallel zur Symmetrieachse der Ionenfalle geführten Ionenstrahles, der auf das in der einen Wand der Ionenfalle angeordnete Loch gerichtet ist, und Mitteln zum Vermindern der Geschwindigkeit, welche die durch das Loch in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen in Richtung des Magnetfeldes besitzen, bis auf einen unter den durch die Fangpotentiale bestimmten Wert, den die Ionen zum Verlassen der Ionenfalle aufweisen müssen.
Nach der Erfindung sind die Mittel zum Vermindern der Geschwindigkeit der Ionen in Richtung des Magnetfeldes dazu ausgebildet, eine statische elektrische Feldkomponente senkrecht zur Symmetrieachse der Ionenfalle zu erzeugen und dadurch den in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen eine senkrecht zum Magnetfeld gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spektrometers ist das in der einen Wand der Ionenfalle angeordnete Loch gegenüber der zum Magnetfeld parallelen Symmetrieachse der Ionenfalle seitlich versetzt.
Bei einer anderen Ausführungsform eines solchen Spektrometers sind zu beiden Seiten des in der einen Wand der Ionenfalle angeordneten Loches von der Wand isolierte Elektroden angebracht und mit einer pulsartig einschaltbaren Spannungsquelle verbunden. Es versteht sich, daß solche Elektroden auch dann verwendet werden können, wenn das in der einen Wand in der Ionenfalle angeordnete Loch außermittig angeordnet ist.
Weiterhin kann das Potential der Wand, die der mit dem Loch versehenen Wand gegenüber liegt, im Sinne der Ionenladung vom Potential der mit dem Loch versehenen Wand verschieden sein.
Es ist ersichtlich, daß die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine komplizierten Maßnahmen bei der Ausbildung des Spektrometers erfordert, sondern nur relativ geringfügige Modifikationen, die einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht entgegenstehen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers nach der Erfindung,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers nach der Erfindung und
Fig. 3: ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Verfahrensschritte beim Betrieb des Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers nach Fig. 2.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer weist eine Ionenquelle 1 in Form einer Kammer auf, der eine Elektronenkanone 2 zugeordnet ist, mit der ein durch eine gestrichelte Linie angedeuteter Elektronenstrahl 3 in die Kammer 1 eingeschossen werden kann, um das darin enthaltene Gas zu ionisieren. Eine Wand 4 der Ionenquelle 1 ist mit einem kleinen Loch 5 versehen, aus dem die Ionen aus der Ionenquelle 1 austreten können. An die Ionenquelle 1 schließt sich ein Flugrohr 6 an, das koaxial zum Loch 5 in der Wand 4 der Ionenquelle 1 angeordnet ist und, sofern mit positiven Ionen gearbeitet wird, im Betrieb auf einem relativ hohen Potential von -1 kV bis -3 kV gehalten wird. An dem zur Ionenquelle 1 entgegengesetzten Ende des Flugrohrs 6 befindet sich eine Blende 7 mit einem Loch 8, durch die der mittels des Flugrohres 6 erzeugte Ionenstrahl 9, der durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, aus dem Flugrohr 6 austreten kann. Im Anschluß an das Flugrohr 6 ist eine Ionenfalle 10 angeordnet, die zwei zur Richtung des Ionenstrahles 9 senkrechte Wände 11, 12 und vier dazu parallele Wände aufweist, von denen in der Zeichnung nur zwei zur Zeichnungsebene senkrechte Wände 13, 14 dargestellt sind, während die beiden anderen Wände parallel zur Zeichnungsebene angeordnet sind. In der dem Flugrohr 6 benachbarten Wand 11 der Ionenfalle befindet sich ein Loch 15, auf das der Ionenstrahl 9 ausgerichtet ist. Der Ionenstrahl 9 ist parallel zur Achse 16 der Ionenfalle gerichtet, jedoch gegenüber dieser Achse seitlich versetzt. Zwischen dem Ende des Flugrohres 6 und der Ionenfalle 10 befindet sich eine Bremselektrode 17, durch die die Ionen zunächst auf ein für den Eintritt in die Ionenfalle geeignetes Potential abgebremst werden. Typische Betriebspotentiale für die Wände der Ionenfalle sind 0 V für die dem Flugrohr 6 benachbarte Wand 11, +0,5 V für die dazu parallele Wand 12, -1 V für die zum Ionenstrahl parallelen Wände, von denen nur die Wände 13, 14 dargestellt sind, und -0,5 V für die Bremselektrode. Diese Werte gelten wiederum für die Untersuchung positiver Ionen. Bei der Untersuchung negativer Ionen werden Potentiale mit entsprechend umgekehrten Vorzeichen verwendet. Die Ionenfalle befindet sich im Betrieb in einem konstanten, homogenen Magnetfeld B, das parallel zur Richtung des Ionenstrahles 9 und zur Achse 16 der Ionenfalle 10 gerichtet und in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist.
Beim Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers wird der Impuls der in Form des Ionenstrahles 9 der Ionenfalle 10 zugeführten Ionen zwar stark vermindert, jedoch muß der Impuls noch groß genug sein, um das Potential der dem Flugrohr 6 benachbarten Wand 11 der Ionenfalle überwinden zu können. Dieser Impuls ist im allgemeinen ausreichend, um es den Ionen auch zu ermöglichen, die andere zur Richtung des Ionenstrahles und des Magnetfeldes B senkrechte Wand 12 zu erreichen und entweder durch Auftreffen auf diese Wand oder durch Verlassen der Ionenfalle durch ein Loch 18 hindurch, das sich konzentrisch zur Achse 16 der Ionenfalle 10 in der Wand 12 befindet, verloren zu gehen, wenn der Ionenstrahl längs der Achse 16 der Ionenfalle in diese eintreten würde. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist jedoch der Ionenstrahl 9 gegenüber der Achse 16 der Ionenfalle 10 versetzt, so daß er in einen Bereich der Ionenfalle 10 eintritt, in dem das sich innerhalb der Ionenfalle 10 befindende elektrostatische Feld, das sich aufgrund der an die Wände angelegten Potentiale innerhalb der Ionenfalle einstellt, quer zur Achse 16 gerichtete Komponenten aufweist, mit dem Ergebnis, daß die Ionen beim Eintritt in die Ionenfalle 10 infolge des herrschenden Magnetfeldes und des elektrostatischen Feldes von ihrer geradlinigen Bahn abgelenkt werden und dadurch ihre Impulskomponente in Richtung der Zellenachse 16 bis unter den Wert vermindert wird, den sie zum sofortigen Verlassen der Zelle benötigen. Dadurch ist gewährleistet, daß die Aufenthaltsdauer der in die Ionenfalle 10 eingedrungenen Ionen bedeutend erhöht wird und demgemäß durch Akkumulation der Ionen während der Verweilzeit eine sehr hohe Ionendichte erreicht werden kann. Die Dauer des Ionenstrahles, die zum Erreichen einer hohen Ionendichte in der Ionenfalle erforderlich ist, entspricht der erreichbaren Aufenthaltsdauer der Ionen und liegt im Bereich zwischen 10 und 500 ms und hängt u.a. von der Größe des Ionenstromes ab.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers weist wiederum eine Ionenquelle 101 in Form einer gasgefüllten Zelle auf, in die mittels einer Elektronenkanone 102 oder auch eines Lasers ein ionisierender Strahl 103 eingeschossen werden kann. Die so erzeugten Ionen können durch ein in einer Wand 104 vorgesehenes Loch 105 die Ionenquelle 101 verlassen. Aus den die Ionenquelle 101 verlassenden Ionen wird wiederum mittels eines Flugrohres 106 ein Ionenstrahl 109 geformt, der aus dem Flugrohr durch das Loch 108 einer Blende 107 austreten kann, der sich an dem der Ionenquelle 101 abgewandten Ende des Flugrohres befindet. Der Ionenstrahl 109 ist auf eine Ionenfalle 110 gerichtet, die ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zum Ionenstrahl 109 senkrechte Wände 111 und 112 sowie dazu parallele Wände 113, 114 aufweist. In der dem Flugrohr 106 zugewandten Wand 111 befindet sich eine Öffnung 115, die jedoch in diesem Fall zur Achse 116 der Ionenfalle konzentrisch angeordnet ist. An der Außenseite der dem Flugrohr 106 benachbarten Wand 111 der Ionenfalle sind diametral zueinander zwei Elektroden 121, 122 montiert, die abgewinkelte Abschnitte 123, 124 aufweisen, die in das sich in der Wand 111 befindende Loch 115 hineinragen und dort mit der Wand 111 fluchten. Die Elektroden 121, 122 sind in nicht näher dargestellter Weise mittels Isolierstücken 125, 126 an der Wand 111 befestigt und dienen zugleich als Träger für die Bremselektrode 117, die in ähnlicher Weise mittels Isolierstücken 127, 128 an den Elektroden befestigt ist. Es versteht sich, daß die Isolierstücke 125, 126 sowie auch 127, 128 Bestandteil plattenförmiger, insbesondere kreisringförmiger Isolier- und Tragkörper sein oder auch einfach von Isolierringen gebildet werden können, die zur Befestigung der Elektroden dienende, in die Wand 111 eingedrehte Schrauben umgeben. Die dargestellte Anordnung hat noch den besonderen Vorteil, daß sie es ermöglicht, die Elektroden zu Justierzwecken gegenüber der Platte 111 verschiebbar anzubringen.
Beim Betrieb liegen an dem Flugrohr 106, der Bremselektrode 117 und den Platten 111, 112, 113, 114 der Ionenfalle im wesentlichen die gleichen Potentiale an, wie sie oben für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angegeben worden sind. Zusätzlich werden jedoch für die Dauer des Ionenstrahles an die Elektroden 121, 122 mittels einer pulsartig einschaltbaren Spannungsquelle 130 eine Spannung im Bereich von etwa 2 bis 10 V gelegt. Diese Spannung ist vorzugsweise zu dem Potential, das an der die Elektroden 121, 122 tragenden Wand 111 anliegt, symmetrisch, jedoch besteht hierfür keine zwingende Notwendigkeit. Vielmehr kann insbesondere in Abhängigkeit von der Durchtrittstelle des Ionenstrahles zwischen den Elektroden eine gewisse Unsymmetrie der Spannungen vorteilhaft sein.
Beim Betrieb befindet sich wiederum die Ionenfalle 110 in einem konstanten, homogenen Magnetfeld B, das parallel zur Achse der Ionenfalle 116 gerichtet ist, wie es die in der Zeichnung dargestellten Pfeile veranschaulichen. An den zur Zellenachse 116 parallelen Wänden 113, 114 liegt konstant eine Potential von -1 V an, während an der zum Magnetfeld senkrechten Wand 111 ein konstantes Potential von 0 V anliegt, wie es die Zeile (a) in Fig. 3 veranschaulicht. Vor Beginn jedes Experimentes wird gewöhnlich an die zum Magnetfeld senkrechte Wand 112, die vom Flugrohr 106 abgewandt ist, ein sogenannter Quench-Impuls angelegt, dessen Spannung beispielsweise -9 V betragen kann, um dadurch alle in der Ionenfalle 110 enthaltenen Ionen auszutreiben, welche die Ionenfalle durch das zentrale Loch 118 in der Wand 112 verlassen oder auf die Wände der Zelle auftreffen und dadurch neutralisiert werden. Dieser Quench-Impuls 131 ist in Zeile (b) der Fig. 3 veranschaulicht. Danach wird diese Wand 112 auf einem Potential von etwa +0,5 V gehalten. Nachdem sich nach Ende des Quench-Impulses zur Zeit t₁ zur Zeit t₂ ein stationärer Zustand eingestellt hat, wird an die Elektroden 121 und 122 eine Spannung angelegt, so daß sich die eine Elektrode 121 auf einem Potential von +2 V und die andere Elektrode 122 auf einem Potential von -2 V gegenüber der benachbarten Wand 111 befindet, wie es durch die impulsartigen Spannungsänderung 132 bzw. 133 in den Zeilen (c) und (d) in Fig. 3 veranschaulicht ist. Gleichzeitig wird an die Bremselektrode 117 eine Spannung von -0,5 V angelegt, wie es der Abschnitt 134 in Zeile (e) der Fig. 3 veranschaulicht, und es wird dann auch die Ionenquelle eingeschaltet, so daß sie einen Ionenstrom 135 erzeugt, dessen Auftreten in Zeile (f) in Fig. 3 veranschaulicht ist.
Durch das Anlegen einer Spannung an die Elektroden 121, 122 wird ein lokales elektrisches Feld erzeugt, das senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes B gerichtet ist. Hierdurch werden die zwischen den Elektroden 121, 122 in die Ionenfalle eintretenden Ionen zu einem radialen Ausweichen in Richtung auf das tiefere elektrische Potential gezwungen. Die Wirkung des elektrischen Feldes ist räumlich begrenzt und beeinflußt das Zellenpotential in erheblicher Weise nur in der Umgebung der Eintrittsöffnung 115. Die Ionen verlassen diesen Bereich mit einer durch die Ablenkung gewonnenen, senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes gerichteten Impulskomponente und entsprechend verminderter Geschwindigkeit in Richtung der Zellenachse 116. Sie werden dann an der zweiten, zum Magnetfeld senkrechten Wand 112, die auf dem gegenüber der Eintrittsplatte 111 höheren Potential von 0,5 V liegt, abgebremst und zurückgeworfen. Dadurch kehren die Ionen in den Einflußbereich des zwischen den Elektroden 121, 122 herrschenden Potentials zurück, jedoch mit verminderter axialer Impulskomponente, die nicht mehr ausreicht, um den Ionen ein Verlassen der Ionenfalle 110 zu ermöglichen, zumal hier erneut eine transversale Ablenkung der Ionen stattfindet. Daher wird ein hoher Anteil der durch den Ionenstrom 135 zugeführten Ionen in der Ionenfalle 110 gefangen und es findet während der Dauer des Ionenstromes eine Akkumulation der Ionen statt, die zu einer sehr hohen Ionendichte führt.
Nach Abschluß der Ionenakkumulation im Zeitpunkt t₃ können dann in üblicher Weise in die Ionenfalle HF-Impulse 136, 137 eingestrahlt werden, wie es in Zeile (g) der Fig. 3 angedeutet ist, um die Ionen zu Zyklotron-Resonanz-Schwingungen anzuregen, die im Anschluß an den Impuls 137 zur Zeit t₇ in üblicher Weise detektiert werden können. Dabei kann der erste HF-Impuls 136 dazu dienen, unerwünschte Ionenarten aus der Ionenfalle zu entfernen.
Die vorstehende Beschreibung macht deutlich, daß das erfindungsgemäße Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer, von den beschriebenen Modifikationen abgesehen, einen üblichen Aufbau hat und auch mit den üblichen Betriebsparametern betrieben werden kann. Dabei lassen sich die Potentiale, die im Einzelfall zu den besten Ergebnissen führen, experimentell leicht ermitteln. Die oben genannten Werte sind daher nur beispielsweise genannt und lassen sich je nach der speziellen Ausbildung des Spektrometers, insbesondere von dessen Ionenfalle, und den zu untersuchenden Ionenarten durch entsprechende Versuche leicht optimieren.
Die Erhöhung der Ionendichte, die sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielen läßt, läßt sich nicht in allgemeiner Weise angeben, weil sie u.a. von der Intensität des Ionenstromes abhängt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn der anfallende Ionenstrom gering ist und eine gute Ionendichte nur durch Akkumulation erreichbar ist. So konnte z.B. bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine einem Gaschromatographen nachgeschaltete Massenspektrographie mit Fourier-Transformation (GC/FTMS-Betrieb) durch das Akkumulieren der Ionen die Nachweisempfindlichkeit um etwa zwei Größenordnungen verbessert werden.

Claims

Verfahren zum Einbringen von Ionen in die Ionenfalle eines Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers, die in einem konstanten, homogenen Magnetfeld angeordnet ist und als Elektroden ausgebildete, zu einer mit der Richtung des Magnetfeldes zusammenfallenden Symmetrieachse der Ionenfalle parallel bzw. senkrecht angeordnete Wände aufweist, an denen die Ionen in der Ionenfalle haltende elektrische Fangpotentiale anliegen und von denen eine der senkrecht zum Magnetfeld stehenden Wände ein Loch aufweist, bei welchem Verfahren die Ionen außerhalb der Ionenfalle erzeugt werden, aus den Ionen ein Ionenstrahl gebildet und der Ionenstrahl parallel zur Symmetrieachse der Ionenfalle auf das in der einen Wand der Ionenfalle angeordnete Loch gerichtet wird und dann die Geschwindigkeit, welche die durch das Loch in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen in Richtung des Magnetfeldes besitzen, bis unter den durch die Fangpotentiale bestimmten Wert, den die Ionen zum Verlassen der Ionenfalle aufweisen müssen, vermindert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
den in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen durch ein statisches elektrisches Feld eine senkrecht zum Magnetfeld gerichtete Bewegungskomponente erteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen in die Ionenfalle mit einem seitlichen Versatz zu der zum Magnetfeld parallelen Symmetrieachse der Ionenfalle eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Eintrittsbereich der Ionenfalle während des Vorliegens des Ionenstrahles ein zusätzliches zur Richtung des Magnetfeldes quer gerichtetes elektrisches Feld erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der mit dem Loch versehenen Wand der Ionenfalle während des Vorliegens des Ionenstrahles unter das Fangpotential abgesenkt wird.
Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometers mit einer Ionenfalle (110), die in einem konstanten, homogenen Magnetfeld (B) angeordnet ist und als Elektroden ausgebildete, zu einer mit der Richtung des Magnetfeldes zusammenfallenden Symmetrieachse der Ionenfalle parallel bzw. senkrecht angeordnete Wände (111- 114) aufweist, an denen die Ionen in der Ionenfalle haltende elektrische Fangpotentiale anliegen und von denen eine (111) der senkrecht zum Magnetfeld stehenden Wände ein Loch (115) aufweist, und mit einer Einrichtung zum Einbringen von Ionen in die Ionenfalle, die eine Ionenquelle (101), Mittel zum Erzeugen eines von der Ionenquelle ausgehenden, parallel zur Symmetrieachse der Ionenfalle geführten Ionenstrahles (109), der auf das in der einen Wand der Ionenfalle angeordnete Loch gerichtet ist, und Mittel zum Vermindern der Geschwindigkeit, welche die durch das Loch in die Ionenfalle eingedrungenen Ionen in Richtung des Magnetfeldes besitzen, bis auf einen unter den durch die Fangpotentiale bestimmten Wert, den die Ionen zum Verlassen der Ionenfalle aufweisen müssen, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zum Vermindern der Geschwindigkeit der Ionen in Richtung des Magnetfeldes dazu ausgebildet sind, eine statische elektrische Feldkomponente senkrecht zur Symmetrieachse der Ionenfalle zu erzeugen und dadurch den eingedrungenen Ionen eine senkrecht zum Magnetfeld gerichtete Bewegungskomponente zu erteilen.
Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in der einen Wand (11) der Ionenfalle (10) angeordnete Loch (15) gegenüber der zum Magnetfeld (B) parallelen Symmetrieachse (16) der Ionenfalle (10) seitlich versetzt ist.
Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des in der einen Wand (111) der Ionenfalle (110) angeordneten Loches (115) von der Wand (111) isolierte Elektroden (121, 122) angebracht und mit einer pulsartig einschaltbaren Spannungsquelle (130) verbunden sind.
Ionen-Zyklotron-Resonanz-Spektrometer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der Wand (12, 112), die der mit dem Loch (15, 115) versehenen Wand (11, 111) gegenüberliegt, im Sinne der Polarität der Ionenladung vom Potential der mit dem Loch (15, 115) versehenen Wand (11, 111) verschieden ist.