EP3401944A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen von elektrisch geladenen teilchen eines teilchenstroms sowie system zur analyse von ionisierten komponenten eines analyten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erfassen von elektrisch geladenen teilchen eines teilchenstroms sowie system zur analyse von ionisierten komponenten eines analyten Download PDF

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EP3401944A1
EP3401944A1 EP18170484.2A EP18170484A EP3401944A1 EP 3401944 A1 EP3401944 A1 EP 3401944A1 EP 18170484 A EP18170484 A EP 18170484A EP 3401944 A1 EP3401944 A1 EP 3401944A1
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EP
European Patent Office
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particle
source
particle source
signal
stream
Prior art date
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Pending
Application number
EP18170484.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Jan Fietzke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geomar Helmholtz Centre For Ocean Research Kiel
Original Assignee
Geomar Helmholtz Centre For Ocean Research Kiel
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Filing date
Publication date
Application filed by Geomar Helmholtz Centre For Ocean Research Kiel filed Critical Geomar Helmholtz Centre For Ocean Research Kiel
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/025—Detectors specially adapted to particle spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/025—Detectors specially adapted to particle spectrometers
    • H01J49/027—Detectors specially adapted to particle spectrometers detecting image current induced by the movement of charged particles

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting electrically charged particles of a particle stream extracted from a particle source, and to a system for analyzing ionized components of an analyte with such a device.
  • ICP-MS inductive coupled plasma mass spectrometers
  • a plasma of a plasma medium is generated in a plasma source by applying a high-frequency alternating field, in which a carrier medium is introduced.
  • the carrier medium carries an analyte, for example particles of a solid produced by laser ablation.
  • the components of the analyte are ionizable in the plasma and can be led out of the plasma as an ion beam via pinhole diaphragms, so-called samplers or skimmer cones, and then analyzed in a mass spectrometer.
  • This object is achieved by a method and a device for detecting electrically charged particles of a particle stream extracted from a particle source and a system for analyzing ionized components of an analyte with such a device according to the independent claims.
  • a method according to the invention relates to detecting electrically charged particles of a particle stream extracted from a particle source, in particular an electron stream extracted from a plasma of a plasma source or an electron beam extracted from an electron source, comprising the steps of: detecting at least one measurement signal generated by a measuring probe, the measuring probe being such in which the particle stream extracted from the particle source is arranged and / or configured so that at least a part of particles of the particle stream impinge on the measuring probe and / or the measuring probe passes and the measurement signal generated thereby is characterized by the number of impinging particles; and storing the at least one detected measurement signal.
  • An apparatus for detecting electrically charged particles of a particle stream extracted from a particle source, in particular one of a plasma of a plasma source or of an electron beam extracted from an electron source, has a measuring probe which is arranged in or on the particle stream extracted from the particle source and / or or is designed such that at least a part of particles of the particle stream hits the measuring probe and / or passes the measuring probe.
  • the measuring probe is preferably set up to generate at least one measuring signal characterized by the number of impinging or passing particles.
  • the device also has a storage device which is adapted to store the measurement signal generated by the probe.
  • a system according to the invention for the analysis of ionized components of an analyte has a plasma source for producing an inductively coupled plasma from which an ion current can be extracted.
  • the system further comprises an apparatus according to the invention and an analysis apparatus, in particular a mass spectrometer, which is arranged in the ion stream in such a way that ions of the ion stream can be analyzed.
  • One aspect of the invention is based on the recognition that the particle stream fed out of the particle source contains information about the properties of the particle source and / or the particle stream.
  • An analysis of the particle flow in particular the detection of a particle density, can provide a measure of various physical properties of the particle source, in particular a plasma temperature, a charge carrier density, a particle density, a degree of ionization and / or the spatial distribution of the particles in the particle flow. This is especially true in a stable operation of the particle source, in which, for example, a plasma of a plasma source changes into a stationary state or has gone over and the physical properties have a characteristic of this stationary state spatial distribution. This can be determined, for example, essentially by a power supplied by means of a high-frequency alternating field, a plasma, a carrier medium and / or their inflow rates.
  • the particle flow emerging from the particle source in particular its profile and / or course, can be characterized by suitable measured variables, such as an electrical potential, an electrical current, an electrical capacitance and / or the like.
  • suitable measured variables such as an electrical potential, an electrical current, an electrical capacitance and / or the like.
  • properties of the particle stream and / or the particle source can be reliably determined, in particular calculable or at least estimated. This allows, inter alia, a targeted control of the particle source and / or a change or adaptation of operating parameters of the particle source.
  • a power fed in by means of the high-frequency alternating field can be converted into a Plasma source, a used plasma and / or carrier medium and / or their inflow rates are adjusted to desired plasma conditions.
  • the determined properties of the particle stream and / or the particle source allow a definition of a state of the particle stream and / or the particle source, so that, for example, measurements on an analyte by means of the particle stream in this defined state become comparable and / or reproducible.
  • a test or a calibration of the particle source or a system with a particle source and / or an analysis device is thus also made possible.
  • the invention enables a reliable detection of electrically charged particles of a particle stream extracted from a particle source, in particular a precise analysis of the properties of the particle stream and / or the particle source.
  • the detected electrically charged particles of the particle stream preferably correspond to the ions of a plasma medium, for example argon ions, generated in a plasma of a plasma source.
  • At least one property of the particle source is determined based on the at least one stored measurement signal.
  • the intensity of the particle flow and / or the spatial distribution of the particles in the particle flow are determined on the basis of the measurement signal, in particular a voltage signal.
  • properties of the particle stream and / or the particle source for example the temperature, charge carrier density, particle density and / or the degree of ionization of a plasma source or a plasma generated by the plasma source, can be reliably and precisely determined.
  • the at least one property of the particle source is determined on the basis of a comparison of the stored measurement signal with at least one stored reference signal.
  • the reference signal preferably characterizes a defined state of the particle source with known properties. If the measuring signal deviates from the reference signal, it is preferred to use a difference between the measurement signal and the reference signal on the basis of the defined state of the particle source with known properties on an actual state or corresponding properties of the particle stream and / or the particle source closed, estimated for example by means of extrapolation.
  • the reference signal may be present in a storage device, for example a database, for comparison with the stored measurement signal.
  • the at least one property of the particle source and / or the particle stream can be determined particularly reliably and precisely.
  • the method further comprises the following steps: determining the at least one reference signal by detecting at least one measurement signal in a defined state of the particle source with known properties or by calculating a parameterized model of the particle source and / or the extracted particle stream; and storing the at least one determined reference signal.
  • the parameters of the model may relate to the nature of the particles made available by the particle source and / or their properties, for example their charge, mass and the like.
  • these steps are carried out before the detection of the at least one measurement signal.
  • the measuring signal or the measuring probe can be calibrated easily and reliably.
  • At least one of the following signals is generated based on the at least one determined property of the particle source: a control signal for controlling the particle source; a maintenance signal relating to a recommendation or need for maintenance of the particle source; and / or an indication signal relating to the determined property of the particle source.
  • the particle source or the particle stream can be selectively converted into a predetermined state, ie predetermined properties of the particle source or the particle flow can be adjusted.
  • This makes it possible, in particular, to adjust the particle source or the particle stream, for example by Positioning extractors (samplers or skimmer cones) arranged to extract electrically charged particles from the particle source, controlling ion-optical lenses of an analyzer and / or regulating inflow rates of a gas flow of a plasma and / or carrier medium and / or regulating a power supply of the particle source, for example, a high-frequency alternating field for generating a plasma.
  • the plasma conditions in a plasma source can be set by the control signal, for example the plasma temperature, the charge carrier density, the particle density and / or the degree of ionization.
  • the particle source or the particle stream can be controlled automatically on the basis of the control signal, for example by a control device, in particular a control unit.
  • the control signal can be output to a user of the particle source or the particle stream, so that the user can control the particle source or the particle flow by means of a control signal, in particular manually.
  • a maintenance signal By means of a maintenance signal, a user of the particle source or the particle stream can be signaled that maintenance, for example adjustment and / or repair or replacement of one or more components of the particle source, is necessary for reliable use of the particle source or particle stream to enable.
  • the maintenance signal can also be transmitted to a manufacturer or distributor of the particle source or a system for analyzing components of an analyte, for example via an Internet service. This permanently enables a reliable function of the particle source.
  • an indication signal On the basis of an indication signal, a user of the particle source or of the particle stream can be informed about which properties the particle source or the particle stream has. If necessary, the user can adapt his use of the particle source or the particle flow on the basis of the indication signal to the state of the particle source or the particle stream, ie their properties, or take into account these (n) in its use. In particular, based on the hint signal allows a reproducible use of the particle source or the particle flow. The user can preferably generate a control signal or initiate its generation on the basis of the indication signal.
  • the particle source is controlled on the basis of the control signal in such a way that the difference between at least one re-detected measurement signal and at least one stored reference signal, in particular compared to the difference between the stored measurement signal and the at least one stored reference signal is reduced.
  • the reference signal preferably corresponds to a nominal value and the measuring signal or the renewed measuring signal preferably corresponds to an actual value, wherein the actual value can be regulated to the nominal value in the context of a control loop.
  • the method is repeated iteratively until the at least one again detected measurement signal substantially corresponds to the at least one stored reference signal.
  • it is evaluated how much the respectively newly acquired measurement signal has changed with respect to the stored reference signal by controlling the particle source based on the control signal in the current iteration step, and generates the control signal for the next iteration step on the basis of the evaluation.
  • a position of the particle source and / or the position of at least one extracting device extracting the particles provided by the particle source relative to the measuring probe is set.
  • the number of particles made available by the particle source per unit time and / or extracted from the particle source is set by means of the control signal and / or a spatial one Distribution of particles extracted from the particle source adjusted within the particle stream.
  • one or more positioning means such as actuators, operatively connected to the particle source and / or one or more extraction devices may be actuated from the control signal so that the particle source and / or the extraction devices can be moved relative to the measuring probe.
  • the propagation direction and / or the profile of the particle flow can be changed, in particular adjusted.
  • the inflow rate of the gas flow of the plasma and / or carrier medium or the phase of an alternating field for generating a plasma in a plasma source and / or an inflow rate of a plasma medium, for example argon can be controlled on the basis of the control signal.
  • properties of the plasma or of the plasma source and / or of an ion stream extracted from the plasma source in particular the spatial distribution of particles in the plasma of the plasma source, the degree of ionization in the plasma source and / or the temperature in the plasma source, can be adjusted reliably and in a targeted manner.
  • ions of a plasma medium for example argon ions, are preferably produced in the plasma of the particle source formed as a plasma source.
  • the analysis device in particular the mass spectrometer, and / or the particle source, in particular the plasma source, an ion-optical lens which is designed as a measuring probe of the device.
  • the analysis device in particular the mass spectrometer, and / or the particle source, in particular the plasma source, an ion-optical lens which is designed as a measuring probe of the device.
  • FIG. 1 an example of a system 100 for analysis of components of an analyte is shown.
  • the system 100 comprises a particle source 1, an extraction device 2, an analysis device 5 and a device 3 for detecting electrically charged particles with a measuring probe 4 and a control device 7.
  • a coordinate system is shown next to the particle source 1, which identifies an x-axis, a y-axis and a z-axis.
  • the particle source 1 is adapted to provide electrically charged particles.
  • the particle source 1 can be designed, for example, as a plasma source, which is set up for inductive production of a plasma by means of a high-frequency alternating field.
  • the electrically charged particles can be extracted from the particle source 1 by the extraction device 2, for example a sampler and / or skimmer cone, in the form of a particle stream 6.
  • the particle stream 6 contains, for example, ions of a plasma medium supplied to the plasma source 1 for generating the plasma, for example argon ions.
  • the electrically charged particles of the particle stream 6 move in a direction of propagation along the z-axis towards the analysis device 5, which, for example, can analyze ions of an analyte supplied to the plasma source by mass spectrometry.
  • the particle stream 6 passes through the measuring probe 4, which in the present figure is designed by way of example as a perforated diaphragm.
  • a central part of the particle stream 6 passes through a central opening 11 of the pinhole.
  • the particle stream 6 is divergent, a portion of the electrically charged particles, in particular an edge stream of the particle stream 6, strikes the pinhole.
  • the electrical charge collected by the measuring probe 4 can be detected, for example, as electrical voltage by the control device 7 or dissipated to the control device 7 and measured as an electrical current.
  • the control device 7 has a memory device 8 which is set up to measure the measurement signals M generated by the measuring probe 4, i. the electrical voltages or electrical currents corresponding information to store. One or more stored measuring signals M can then be (further) processed, in particular analyzed, by the control device 7, in particular as a series of measurements.
  • the controller 7 can determine characteristics of the particle stream 6 and / or the particle source 1 and preferably also the extraction device 2.
  • the properties of the particle source 1 relate, for example, to the state of the particle source 1 or of the plasma in the particle source 1, for example a temperature, an ion density and / or a spatial position, in particular relative to the extraction device 2, to the measuring probe 4 and / or to the analysis device 5 ,
  • the properties of the particle stream 6 relate to the spatial distribution of the electrically charged particles in the particle stream, i. the current profile, in particular along the x-axis and / or the y-axis, and / or the intensity of the particle stream 6, i. the number of electrically charged particles per unit of time passing through an area perpendicular to the direction of propagation.
  • the properties of the extraction device 2 relate, for example, to the diameter of a passage opening of a pinhole, in particular a so-called sampler or so-called skimmer cone, on which particles of the particle stream 6 can settle, so that the diameter of the passage opening decreases and fewer particles from the particle source 1 can be extracted.
  • the pinhole can be moved to different measurement positions in the xy plane, for example along the x-axis, be spent.
  • the measuring probe 4 is coupled to a positioning device 9a that can be controlled by the control device 7, for example one or more actuators.
  • a measurement signal M generated by the pinhole diaphragm can then be detected and stored in the memory device 8, the stored measurement signals M allowing conclusions about the spatial distribution of the particles in the particle flow 6.
  • the course of the measurement signals M along the x-axis or the y-axis will be discussed in detail below FIG. 2 explained.
  • control device 7 can control the particle source 1, the extraction device 2 and / or the analysis device 5.
  • the control device 7 can for example generate a control signal S for controlling the particle source 1, by means of which a power supplied to the particle source 1, an inflow rate of plasma medium and / or an inflow rate of the carrier medium of the analyte can be regulated.
  • control device 7 can control a positioning device 9b coupled to the particle source 1 such that the particle source 1 relative to the extraction device 2, the measuring probe 4 and / or the analysis device 5, in particular along the x-axis and / or the y-axis , can be aligned.
  • the particle source 1 can use the positioning device 9b controlled by the control device 7 Way, in particular along the x-axis and / or the y-axis, are positioned so that the extracted from the particle source 1 particle stream 6 centered on the analysis device 5, in particular the inlet opening hits.
  • the extraction device 2 which is coupled to a controllable by the controller 7 positioning device 9c, taking into account the stored measurement signals M along the x-axis and / or along the y-axis method, for example, particles in the manner to extract from the particle source 1 that the particle stream 6 centered on the analysis device 5, in particular the inlet opening, meets.
  • the particle source 1 is moved relative to the measuring probe 4, wherein the measuring probe 4 and the extraction device 2, for example, a respective extraction aperture, are rigidly interconnected, whereby on the basis of the evaluation of the measurement signal M optimal positioning of the particle source 1, for example with respect to the analysis device 5, and thus the entire measuring arrangement is achievable.
  • the particle source 1 and the extraction device 2 can also be rigidly connected to one another.
  • an optimal positioning of the particle source 1, for example with respect to the analysis device 5, and thus the entire measuring arrangement can be achieved.
  • the analysis device 5, in particular one or more magnetic fields of the analysis device 5 for guiding the particle flow 6 within the analysis device 5, taking into account the stored measurement signals M can be controlled by means of the control signal generated by the control device 7 S, so that components of a in the particle 6 contained analytes can be reliably analyzed.
  • the storage device 8 is also configured to store one or more reference signals with which the measurement signals M generated by the measuring probe 4 can be compared.
  • reference signals relate, for example, to a predetermined, in particular optimized, positioning of the particle source 1 and / or the extraction device 2 relative to the analysis device 5. If the measurement signal M or signals generated do not match or do not correspond sufficiently precisely to the reference signal (s), the control device 7 generate a corresponding control signal S for controlling the particle source 1, the analysis device 5 and / or the positioning device 9b, 9c coupled to the particle source 1 or the extraction device 2 so that one or more measurement signals M generated again by the measuring probe 4 are not or only partially generated deviate less from the reference signal (s).
  • control device 7 may have a control unit 10 which has a predetermined state of the particle source 1 or of the system 100, for example a specific intensity or intensity of the particle flow 6 and / or its orientation or propagation direction relative to the analysis device 5, based on the comparison the (re) recorded measuring signals can be produced with the stored reference signals.
  • a control unit 10 which has a predetermined state of the particle source 1 or of the system 100, for example a specific intensity or intensity of the particle flow 6 and / or its orientation or propagation direction relative to the analysis device 5, based on the comparison the (re) recorded measuring signals can be produced with the stored reference signals.
  • control device 7 can also be set up to generate a maintenance signal and / or an indication signal and to transmit it to a service point or to output it to a user of the system 100.
  • Such a maintenance signal can be output, for example, or transmitted to a service point, if based on the stored measurement signals, in particular On the basis of a comparison of the stored measuring signals with the stored reference signals, it is determined that the particle source has to be maintained, for example readjusted, and / or components of the particle source or the extraction device 2 have to be exchanged or repaired. This case may arise, for example, if the number of particles provided in the particle source 1 per unit of time or the strength of the particle stream 6 is (permanently) set too high, so that a skimmer cone of the extraction device 2 is damaged, or if adds an opening of the Skimmer Cones at low levels of particle flow 6 over time.
  • the indication signal preferably provides the user with information about the state of the particle source 1 of the particle stream 6 or the system 100.
  • the indication signal may relate to the orientation of the particle source 1, the extraction device 2 and / or the analysis device 5 relative to each other. Based on the indication signal, the user may then change the relative orientation of these components of the system 100, for example, to enable reliable analysis of components of an analyte contained in the particle stream 6 in the analyzer 5.
  • FIG. 2 shows an example of a measuring probe 4, which is formed as a sector electrode with three sectors 4a, 4b, 4c, which form a central opening 11.
  • the measuring probe 4 is preferably made of a material which has a good electrical conductivity and is resistant to impinging, electrically charged particles, in particular ions.
  • a spatial extent ⁇ for example the half-width of the distribution, of the particle stream 6 is preferably larger than the central opening 11 of the sector electrode, a small portion of particles comes from the edge region of the particle stream 6 even when the z-axis, ie the direction of propagation of the particle stream 6, is aligned with a center of the central opening 11 (or vice versa) on the three sectors 4a, 4b, 4c.
  • the electrical charge deposited by the impact of the electrically charged particles of the particle stream 6 on the sectors 4a, 4b, 4c can flow away via the resistors Ra, Rb, Rc assigned to the sectors 4a, 4b, 4c and thereby as a voltage signal from one of the voltage measuring units Ua , Ub, Uc are recorded.
  • the sector electrode may also have fewer or more than three, in particular two or four, sectors.
  • the measuring probe 4 can also be designed as a so-called iris electrode (not shown), which has a central opening 11 with an adjustable diameter.
  • iris electrode not shown
  • the sensitivity of the measuring probe 4, in particular the number of particles of the particle beam 6 impinging on the iris electrode, can be regulated.
  • the measuring electrodes 4 may also be formed as a so-called corona electrode (not shown), in which a plurality of sectors are formed from metal tips arranged radially around the central opening 11.
  • the charge deposited on the metal tips can be derived individually or as groups and corresponding voltage signals can be determined.
  • FIG. 3 shows a first example of a curve V of a measurement signal M along an x-axis.
  • the measuring signal M was generated at different measuring positions along the x-axis by a measuring probe designed as an annular electrode, through which a particle stream of electrically charged particles passes.
  • the x-axis extends perpendicular to the direction of flight of the particles, ie the direction of propagation, of the particle flow along the z-axis (see FIG. 1 ).
  • the measuring probe For detecting the profile V of the measuring signal M, the measuring probe is moved along the x-axis in different measuring positions, so that in each measuring position a different sized part of particles from the particle flow hits the measuring probe.
  • the minimum M min of the curve V corresponds to the center of the particle flow.
  • This measurement signal M M min is detected when the particle stream passes substantially centrally through the annular electrode and only particles from an edge region of the particle flow on the probe hit (see FIG. 2 ), ie the probe was moved along the x-axis so far that the center of the particle flow is at the center of a central opening of the annular electrode.
  • a control signal can be generated for example relatively controlled based on which a particle and / or an extraction device in such a way
  • the orientation of the particle stream may also be based on a comparison of one or more measurement signals M with one or more stored reference signals (not shown).
  • the reference signal (s) is recorded if it is ensured that the particle stream passes centrally through the annular electrode.
  • the spatial distance of the measuring positions along the x-axis is preferably between 0.1 mm and 1 mm.
  • the course V for the orientation of the particle source or the extraction device relative to the measuring probe, in particular to a predetermined position of the measuring probe is determined more than once.
  • the spatial distance of the measurement positions along the x-axis is selected to be smaller, in particular between 0.05 mm and 0.1 mm.
  • the position of the measuring probe on the y or x axis is kept constant in each case.
  • the position of the measuring probe on the y or x axis is preferably selected as the position of the respective minimum M min on the y or x axis.
  • FIG. 4 shows a second example of progressions U of a measurement signal M along an x-axis as a function of second measurement positions along a z-axis.
  • the measuring signal M was generated at different first measuring positions along the x-axis by a measuring probe designed as an annular electrode, through which a particle stream of electrically charged particles passes.
  • the x-axis extends perpendicular to the direction of flight of the particles, ie the direction of propagation, of the particle flow along the z-axis (see FIG. 1 ).
  • the illustrated curves U of the measuring signal M are characteristic of a state of a particle source from which the particle stream has been extracted.
  • the illustrated curves U of the measuring signal M are, for example, characteristic of a thermal state of a plasma of a particle source designed as a plasma source, in particular of the charge carrier density distribution within the plasma.
  • the state of the particle source can be determined.
  • the reference signal in particular the one or more courses of the reference signal, in a predetermined, i. known or defined, state of the particle source, in which the particle source, for example, operated at a predetermined power and / or a plasma or carrier medium of an analyte is introduced at a predetermined inflow rate in the particle source determined.
  • the state of the particle source can be changed in such a way that the difference between the measuring signal M or the curves U of the measuring signal M and the reference signal or Reduced the courses of the reference signal and the current state of the particle source is thereby adapted to the predetermined state.
  • the particle source When the particle source is operated for an extended period of time, it may precipitate particles contained in the particle stream, in particular ions of an analyte contained in the particle stream, at openings of the extraction device, for example a sampler or skimmer cone, i. an aperture, so that the transmissivity of the extraction device decreases.
  • the measurement signal M can preferably also be detected as a function of time and compared with a reference value, which preferably corresponds to the measurement signal M detected at the beginning, to changes in the intensity of the particle stream, that is, the number of units extracted per unit time from the particle source electrically charged particles.
  • a maintenance signal and / or an indication signal are generated, based on which the need for maintenance, in particular cleaning, the particle source or the extraction device is displayed.
  • a period of time after which the measurement signal threshold value is expected to be reached or undershot estimated and optionally output to a user.
  • the devices and methods described above may preferably be operated in the context of any type of particle streams containing electrically charged particles.
  • particle flows occur, for example, in particle accelerators, ion sources, extraterrestrial measurements and / or ion drives, which can be monitored and / or controlled by the devices and / or methods described above.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms, insbesondere eines aus einem Plasma einer Plasmaquelle extrahierten lonenstroms oder eines aus einer Elektronenquelle extrahierten Elektronenstrahls, sowie ein System zum Analysieren von Komponenten eines Analyten. Dabei wird wenigstens eines von einer Messsonde erzeugtes Messsignal erfasst, wobei die Messsonde derart in dem aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchenstrom angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil von Teilchen des Teilchenstroms auf die Messsonde trifft und/oder die Messsonde passiert und das dabei erzeugte Messsignal durch die Anzahl der auftreffenden bzw. passierenden Teilchen charakterisiert ist. Zudem wird das wenigstens eine erfasste Messsignal gespeichert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms sowie ein System zur Analyse von ionisierten Komponenten eines Analyten mit einer solchen Vorrichtung.
  • Verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Analysemethoden bedienen sich eines Teilchenstroms von elektrisch geladenen Teilchen, welche aus einer Teilchenquelle extrahiert werden. Zur Durchführung von Spurenanalysen sind beispielsweise Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS) bekannt. Dabei wird in einer Plasmaquelle durch Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes ein Plasma eines Plasmamediums erzeugt, in welches ein Trägermedium eingeführt wird. Im Messbetrieb trägt das Trägermedium einen Analyten, beispielsweise durch Laserablation erzeugte Partikel eines Festkörpers. Die Bestandteile des Analyten, insbesondere einzelne Atome und/oder deren Isotope, sind im Plasma ionisierbar und können über Lochblenden, sogenannte Sampler oder Skimmer Cones, aus dem Plasma als lonenstrahl herausgeführt und anschließend in einem Massenspektrometer analysiert werden.
  • Die Ergebnisse einer solchen massenspektrometrischen Analyse und/oder deren Zuverlässigkeit hängen bzw. hängt dabei von den Plasmabedingungen in der Plasmaquelle ab. Es ist beispielsweise bekannt, dass das Verhältnis der Anzahl von Detektionssignalen unterschiedlicher Spurenelemente zueinander bei einer hohen Plasmatemperatur temperaturunabhängig ist, während bei niedrigen Plasmatemperaturen eine Temperaturabhängigkeit der relativen Verhältnisse der Elemente beobachtet wurde.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms zu verbessern, insbesondere eine gezielte Analyse von Eigenschaften der Teilchenquelle und/oder des Teilchenstroms zu erleichtern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms sowie ein System zur Analyse von ionisierten Komponenten eines Analyten mit einer solchen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren betrifft das Erfassen elektrisch geladener Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms, insbesondere eines aus einem Plasma einer Plasmaquelle extrahierten lonenstroms oder eines aus einer Elektronenquelle extrahierten Elektronenstrahls, mit den Schritten: Erfassen wenigstens eines von einer Messsonde erzeugten Messsignals, wobei die Messsonde derart in dem aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchenstrom angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil von Teilchen des Teilchenstroms auf die Messsonde trifft und/oder die Messsonde passiert und das dabei erzeugte Messsignal durch die Anzahl der auftreffenden bzw. passierenden Teilchen charakterisiert ist; und Speichern des wenigstens einen erfassten Messsignals.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms, insbesondere eines aus einem Plasma einer Plasmaquelle oder eines aus einer Elektronenquelle extrahierten Elektronenstrahls, weist eine Messsonde auf, welche derart in oder an dem aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchenstrom angeordnet und/oder derart ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil von Teilchen des Teilchenstroms auf die Messsonde trifft und/oder die Messsonde passiert. Die Messsonde ist vorzugsweise dazu eingerichtet, wenigstens ein durch die Anzahl der auftreffenden bzw. passierenden Teilchen charakterisiertes Messsignal zu erzeugen. Die Vorrichtung weist zudem eine Speicherungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, das von der Messsonde erzeugtes Messsignal zu speichern.
  • Ein erfindungsgemäßes System zur Analyse von ionisierten Komponenten eines Analyten weist eine Plasmaquelle zur Erzeugung eines induktiv gekoppelten Plasmas, aus welchem ein lonenstrom extrahierbar ist, auf. Das System weist zudem eine erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Analysevorrichtung, insbesondere ein Massenspektrometer, welches derart in dem lonenstrom angeordnet ist, dass Ionen des lonenstroms analysiert werden können, auf.
  • Ein Aspekt der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der aus der Teilchenquelle herausgeführte Teilchenstrom Informationen über die Eigenschaften der Teilchenquelle und/oder des Teilchenstroms enthält. Eine Analyse des Teilchenstroms, insbesondere das Erfassen einer Teilchendichte, kann ein Maß für verschiedene physikalische Eigenschaften der Teilchenquelle, insbesondere einer Plasmatemperatur, einer Ladungsträgerdichte, einer Partikeldichte, eines lonisationsgrads und/oder die räumliche Verteilung der Teilchen im Teilchenstrom, liefern. Dies gilt insbesondere in einem stabilen Betrieb der Teilchenquelle, in welchem beispielsweise ein Plasma einer Plasmaquelle in einen stationären Zustand übergeht bzw. übergegangen ist und die physikalischen Eigenschaften eine für diesen stationären Zustand charakteristische räumliche Verteilung aufweisen. Diese kann beispielsweise im Wesentlichen von einer mittels eines hochfrequenten Wechselfeldes eingespeisten Leistung, einem Plasma-, einem Trägermedium und/oder deren Zuflussraten bestimmt werden.
  • Der aus der Teilchenquelle austretende Teilchenstrom, insbesondere dessen Profil und/oder Verlauf, kann durch geeignete Messgrößen, etwa ein elektrisches Potenzial, einen elektrischen Strom, eine elektrische Kapazität und/oder dergleichen, charakterisiert werden. Dadurch sind Eigenschaften des Teilchenstroms und/oder der Teilchenquelle zuverlässig ermittelbar, insbesondere berechen- oder zumindest abschätzbar. Dies ermöglicht unter anderem eine gezielte Steuerung der Teilchenquelle und/oder eine Änderung bzw. Anpassung von Betriebsparametern der Teilchenquelle. Insbesondere kann eine mittels des hochfrequenten Wechselfeldes eingespeiste Leistung in eine Plasmaquelle, ein verwendetes Plasma- und/oder Trägermedium und/oder deren Zuflussraten an gewünschte Plasmabedingungen angepasst werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ermöglichen die ermittelten Eigenschaften des Teilchenstroms und/oder der Teilchenquelle eine Definition eines Zustands des Teilchenstroms und/oder der Teilchenquelle, so dass beispielsweise Messungen an einem Analyten mittels des Teilchenstroms in diesem definierten Zustand vergleichbar und/oder reproduzierbar werden. Zusätzlich wird so auch ein Test oder eine Eichung der Teilchenquelle bzw. eines Systems mit einer Teilchenquelle und/oder einer Analysevorrichtung ermöglicht.
  • Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine zuverlässige Erfassung von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms, insbesondere eine präzise Analyse der Eigenschaften des Teilchenstroms und/oder der Teilchenquelle.
  • Die erfassten elektrisch geladenen Teilchen des Teilchenstroms entsprechen vorzugsweise den in einem Plasma einer Plasmaquelle erzeugten Ionen eines Plasmamediums, beispielsweise Argonionen.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird wenigstens eine Eigenschaft der Teilchenquelle auf Basis des wenigstens einen gespeicherten Messsignals ermittelt. Vorzugsweise wird dabei anhand des Messsignals, insbesondere eines Spannungssignals, die Intensität des Teilchenstroms und/oder die räumliche Verteilung der Teilchen im Teilchenstrom ermittelt. Dadurch lassen sich Eigenschaften des Teilchenstroms und/oder der Teilchenquelle, beispielsweise die Temperatur, Ladungsträgerdichte, Partikeldichte und/oder der lonisationsgrad einer Plasmaquelle bzw. eines von der Plasmaquelle erzeugten Plasmas zuverlässig und präzise bestimmen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die wenigstens eine Eigenschaft der Teilchenquelle anhand eines Vergleichs des gespeicherten Messsignals mit wenigstens einem gespeicherten Referenzsignal ermittelt. Vorzugsweise charakterisiert das Referenzsignal einen definierten Zustand der Teilchenquelle mit bekannten Eigenschaften. Weicht das Messsignal von dem Referenzsignal ab, wird bevorzugt anhand einer Differenz zwischen dem Messesignal und dem Referenzsignal auf Grundlage des definierten Zustands der Teilchenquelle mit bekannten Eigenschaften auf einen tatsächlichen Zustand bzw. entsprechende Eigenschaften des Teilchenstroms und/oder der Teilchenquelle geschlossen, beispielsweise anhand einer Extrapolation abgeschätzt. Dabei kann das Referenzsignal zum Vergleich mit dem gespeicherten Messsignal in einer Speicherungseinrichtung, beispielsweise einer Datenbank, vorliegen.
  • Durch die Berücksichtigung des Referenzsignals kann die wenigstens eine Eigenschaft der Teilchenquelle und/oder des Teilchenstroms besonders zuverlässig und präzise bestimmt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf: Ermitteln des wenigstens einen Referenzsignals durch Erfassen von wenigstens einem Messsignal in einem definierten Zustand der Teilchenquelle mit bekannten Eigenschaften oder durch Berechnen eines parametrisierten Modells der Teilchenquelle und/oder des extrahierten Teilchenstroms; und Speichern des wenigstens einen ermittelten Referenzsignals. Dabei können sich die Parameter des Modells auf die Art der von der Teilchenquelle zur Verfügung gestellten Teilchen und/oder deren Eigenschaften, beispielsweise deren Ladung, Masse und dergleichen, beziehen. Bevorzugt werden diese Schritte vor dem Erfassen des wenigstens einen Messsignals ausgeführt. Dadurch kann das Messsignal bzw. die Messsonde einfach und zuverlässig geeicht werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird wenigstens eines der folgenden Signale auf Basis der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft der Teilchenquelle erzeugt: ein Steuerungssignal zur Steuerung der Teilchenquelle; ein Wartungssignal, welches eine Empfehlung oder eine Notwendigkeit zur Wartung der Teilchenquelle betrifft; und/oder ein Hinweissignal, welches die ermittelte Eigenschaft der Teilchenquelle betrifft.
  • Anhand eines Steuerungssignals kann die Teilchenquelle bzw. der Teilchenstrom gezielt in einen vorgegebenen Zustand überführt werden, d.h. vorgegebene Eigenschaften der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms eingestellt werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Teilchenquelle bzw. den Teilchenstrom zu justieren, beispielsweise durch Positionieren von zum Extrahieren von elektrisch geladenen Teilchen aus der Teilchenquelle eingerichteten Extraktionsvorrichtungen (Samplern oder Skimmer Cones), Steuern von ionenoptischen Linsen einer Analysevorrichtung und/oder Regulieren von Zuflussraten eines Gasflusses eines Plasma- und/oder Trägermediums und/oder Regulieren einer Leistungszufuhr der Teilchenquelle, beispielsweise eines Hochfrequenzwechselfelds zur Erzeugung eines Plasmas. Insbesondere können durch das Steuerungssignal die Plasmabedingungen in einer Plasmaquelle eingestellt werden, beispielsweise die Plasmatemperatur, die Ladungsträgerdichte, die Partikeldichte und/oder der lonisationsgrad.
  • Dabei kann die Teilchenquelle bzw. der Teilchenstrom anhand des Steuerungssignals automatisch, beispielsweise von einer Steuerungseinrichtung, insbesondere einer Regelungseinheit, gesteuert werden. Alternativ kann das Steuerungssignal einem Benutzer der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms ausgegeben werden, so dass der Benutzer die Teilchenquelle bzw. den Teilchenstrom anhand Steuerungssignals, insbesondere manuell, steuern kann.
  • Anhand eines Wartungssignals kann einem Benutzer der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms signalisiert werden, dass eine Wartung, beispielsweise eine Justage und/oder eine Reparatur bzw. ein Austausch einer oder mehrerer Komponenten der Teilchenquelle notwendig ist, um eine zuverlässige Nutzung der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Wartungssignal auch an einen Hersteller oder Vertreiber der Teilchenquelle bzw. eines Systems zur Analyse von Komponenten eines Analyten übermittelt werden, beispielsweise über einen Internetdienst. Dadurch wird eine zuverlässige Funktion der Teilchenquelle dauerhaft ermöglicht.
  • Anhand eines Hinweissignal kann ein Benutzer der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms darüber informiert werden, welche Eigenschaften die Teilchenquelle bzw. der Teilchenstrom aufweist. Gegebenenfalls kann der Benutzer seine Benutzung der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms anhand des Hinweissignals an den Zustand der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms, d.h. deren Eigenschaften, anpassen bzw. diese(n) bei seiner Benutzung berücksichtigen. Insbesondere wird anhand des Hinweissignals eine reproduzierbare Benutzung der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms ermöglicht. Vorzugsweise kann der Benutzer anhand des Hinweissignals ein Steuerungssignal erzeugen bzw. dessen Erzeugung veranlassen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Teilchenquelle anhand des Steuerungssignals in der Weise gesteuert, dass die Differenz zwischen wenigstens einem erneut erfassten Messsignal und wenigstens einem gespeicherten Referenzsignal, insbesondere gegenüber der Differenz zwischen dem gespeicherten Messsignal und dem wenigstens einen gespeicherten Referenzsignal, verringert wird. Das Referenzsignal entspricht dabei bevorzugt einem Sollwert und das Messsignal bzw. das erneute Messsignal entspricht dabei bevorzugt einem Istwert, wobei der Istwert auf den Sollwert im Rahmen eines Regelkreises geregelt werden kann. Dadurch wird eine einfache und zuverlässige Anpassung des tatsächlichen bzw. aktuellen Zustands der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms mit entsprechenden Eigenschaften an einen definierten und/oder vorgegebenen Zustand, in welchem die Teilchenquelle und/oder der Teilchenstrom definierte und/oder vorgegebene Eigenschaften aufweist, ermöglicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird das Verfahren iterativ wiederholt, bis das wenigstens eine erneut erfasste Messsignal dem wenigstens einen gespeicherten Referenzsignal im Wesentlichen entspricht. Vorzugsweise wird dabei in jedem Iterationsschritt des Verfahrens bewertet, wie stark sich das jeweils erneut erfasste Messsignal gegenüber dem gespeicherten Referenzsignal durch Steuerung der Teilchenquelle anhand des Steuerungssignals im aktuellen Iterationsschritt geändert hat, und das Steuerungssignal für den nächsten Iterationsschritt auf Basis der Bewertung erzeugt. Dadurch wird eine zuverlässige Überführung des aktuellen Zustands der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms in den definierten und/oder vorgegebenen Zustand ermöglicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird anhand des Steuerungssignals eine Position der Teilchenquelle und/oder die Position mindestens einer die von der Teilchenquelle zur Verfügung gestellten Teilchen extrahierenden Extraktionsvorrichtung relativ zur Messsonde eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich wird anhand des Steuerungssignals die Anzahl der pro Zeiteinheit von der Teilchenquelle zur Verfügung gestellten und/oder aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchen eingestellt und/oder eine räumliche Verteilung der aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchen innerhalb des Teilchenstroms eingestellt.
  • Vorzugsweise kann bzw. können anhand des Steuerungssignals eine oder mehrere Positioniereinrichtungen, beispielsweise Aktoren, welche mit der Teilchenquelle und/oder einer oder mehreren Extraktionsvorrichtungen wirkverbunden sind, betätigt werden, so dass die Teilchenquelle und/oder die Extraktionsvorrichtungen relativ zur Messsonde bewegt werden können. Dadurch kann insbesondere die Ausbreitungsrichtung und/oder das Profil des Teilchenstroms geändert, insbesondere eingestellt, werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann anhand des Steuerungssignals die Zuflussrate des Gasflusses des Plasma- und/oder Trägermediums oder die Phase eines Wechselfelds zur Erzeugung eines Plasmas in einer Plasmaquelle und/oder eine Zuflussrate eines Plasmamediums, beispielsweise Argon, gesteuert werden. Dadurch können Eigenschaften des Plasmas bzw. der Plasmaquelle und/oder eines aus der Plasmaquelle extrahierten lonenstroms, insbesondere die räumliche Verteilung von Teilchen im Plasma der Plasmaquelle, der lonisationsgrad in der Plasmaquelle und/oder die Temperatur in der Plasmaquelle, zuverlässig und gezielt eingestellt werden.
  • Die vorangehend beschriebene Justage der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms kann vorteilhaft ohne den Einsatz und Verbrauch eines Analyten bzw. eines Trägermediums durchgeführt werden. Als elektrisch geladene Teilchen des Teilchenstroms dienen dabei bevorzugt in dem Plasma der als Plasmaquelle ausgebildeten Teilchenquelle erzeugten Ionen eines Plasmamediums, beispielsweise Argonionen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Analysevorrichtung, insbesondere das Massenspektrometer, und/oder die Teilchenquelle, insbesondere die Plasmaquelle, eine ionenoptische Linse auf welche als Messsonde der Vorrichtung ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, eine Komponente oder mehrere Komponenten eines bereits vorhandenen Systems mit einer Teilchenquelle und/oder einer Analysevorrichtung zur Erfassung von elektrisch geladenen Teilchen des aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms zu verwenden. Insbesondere kann ein solches System einfach um eine Vorrichtung zur Erfassung von elektrisch geladenen Teilchen des aus der Teilchenquelle extrahierten Teilchenstroms erweitert werden.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
    • Fig. 1
    ein Beispiel eines Systems zur Analyse von Komponenten eines Analyten;
    Fig. 2
    ein Beispiel einer Messsonde;
    Fig. 3
    ein erstes Beispiel eines Verlaufs eines Messsignals; und
    Fig. 4
    ein zweites Beispiel von Verläufen eines Messsignals.
  • In Figur 1 ist ein Beispiel eines Systems 100 zur Analyse von Komponenten eines Analyten dargestellt. Das System 100 weist eine Teilchenquelle 1, eine Extraktionsvorrichtung 2, eine Analysevorrichtung 5 und eine Vorrichtung 3 zum Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen mit einer Messsonde 4 und einer Steuerungseinrichtung 7 auf. Zum besseren Verständnis von Richtungsangaben ist neben der Teilchenquelle 1 ein Koordinatensystem eingezeichnet, welches eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse ausweist.
  • Die Teilchenquelle 1 ist dazu eingerichtet, elektrisch geladene Teilchen zur Verfügung zu stellen. Die Teilchenquelle 1 kann beispielsweise als Plasmaquelle ausgebildet sein, welche zur induktiven Erzeugung eines Plasmas mittels eines hochfrequenten Wechselfelds eingerichtet ist. Die elektrisch geladenen Teilchen können von der Extraktionsvorrichtung 2, beispielsweise einem Sampler und/oder Skimmer Cone, in Form eines Teilchenstroms 6 aus der Teilchenquelle 1 extrahiert werden. Der Teilchenstrom 6 enthält beispielsweise Ionen eines der Plasmaquelle 1 zur Erzeugung des Plasmas zugeführten Plasmamediums, etwa Argonionen. Eigenschaften des Teilchenstroms 6, beispielsweise die Stärke bzw. Intensität des Teilchenstroms 6, d.h. die Anzahl der pro Zeiteinheit extrahierten elektrisch geladenen Teilchen, hängt dabei von den Bedingungen, insbesondere Plasmabedingungen, am Ort der Extraktion der Teilchen, d.h. dem Zustand der Teilchenquelle 1, ab. Zusätzlich können die Eigenschaften des Teilchenstroms 6 aber auch von der Extraktionsvorrichtung 2, insbesondere deren Position relativ zur Teilchenquelle 1, abhängen.
  • Die elektrisch geladenen Teilchen des Teilchenstroms 6 bewegen sich in einer Ausbreitungsrichtung entlang der z-Achse auf die Analysevorrichtung 5 zu, welche beispielsweise Ionen eines der Plasmaquelle zugeführten Analyten massenspektroskopisch analysieren kann. Dabei passiert der Teilchenstrom 6 die Messsonde 4, welche in der vorliegenden Figur beispielhaft als Lochblende ausgebildet ist. Ein zentraler Teil des Teilchenstroms 6 führt durch eine zentrale Öffnung 11 der Lochblende hindurch. Da der Teilchenstrom 6 jedoch divergent ist, trifft ein Teil der elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere ein Randstrom des Teilchenstroms 6, auf die Lochblende. Die dabei von der Messsonde 4 gesammelte elektrische Ladung kann beispielsweise als elektrische Spannung von der Steuerungseinrichtung 7 erfasst bzw. an die Steuerungseinrichtung 7 abgeführt und als elektrischer Strom gemessen werden.
  • Die Steuerungseinrichtung 7 weist eine Speichereinrichtung 8 auf, welche dazu eingerichtet ist, die von der Messsonde 4 erzeugten Messsignale M, d.h. den elektrischen Spannungen oder elektrischen Strömen entsprechende Informationen, zu speichern. Ein oder mehrere gespeicherte Messsignale M können dann von der Steuerungseinrichtung 7, insbesondere als Meßreihe, (weiter)verarbeitet, insbesondere analysiert, werden.
  • Anhand des einen oder der mehreren gespeicherten Messsignale M kann die Steuerungseinrichtung 7 Eigenschaften des Teilchenstroms 6 und/oder der Teilchenquelle 1 und vorzugsweise auch der Extraktionsvorrichtung 2 ermitteln. Dabei betreffen die Eigenschaften der Teilchenquelle 1 beispielsweise den Zustand der Teilchenquelle 1 bzw. des Plasmas in der Teilchenquelle 1, etwa eine Temperatur, eine lonendichte und/oder eine räumliche Position, insbesondere relativ zur Extraktionsvorrichtung 2, zur Messsonde 4 und/oder zur Analysevorrichtung 5.
  • Die Eigenschaften des Teilchenstroms 6 betreffen beispielsweise die räumliche Verteilung der elektrisch geladenen Teilchen im Teilchenstrom, d.h. das Stromprofil, insbesondere entlang der x-Achse und/oder der y-Achse, und/oder die Intensität des Teilchenstroms 6, d.h. die Anzahl der pro Zeiteinheit durch eine Fläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung hindurchtretenden elektrisch geladenen Teilchen.
  • Die Eigenschaften der Extraktionsvorrichtung 2 betreffen beispielsweise den Durchmesser einer Durchtrittsöffnung einer Lochblende, insbesondere eines sog. Samplers oder sog. Skimmer Cones, an welcher sich Teilchen des Teilchenstroms 6 absetzten können, so dass sich der Durchmesser der Durchtrittsöffnung verringert und weniger Teilchen aus der Teilchenquelle 1 extrahiert werden können.
  • Um eine räumliche Verteilung der elektrisch geladenen Teilchen im Teilchenstrom 6 in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Teilchenstroms 6, d.h. in der x-y-Ebene, zu ermitteln, kann die Lochblende in verschiedene Messpositionen in der x-y-Ebene, beispielsweise entlang der x-Achse, verbracht werden. Dazu ist die Messsonde 4 mit einer von der Steuerungseinrichtung 7 steuerbaren Positioniereinrichtung 9a, beispielsweise einem oder mehreren Aktoren, gekoppelt. In jeder der Messpositionen kann dann ein von der Lochblende erzeugtes Messsignal M erfasst und in der Speichereinrichtung 8 gespeichert werden, wobei die gespeicherten Messsignale M Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung der Teilchen im Teilchenstrom 6 erlauben. Der Verlauf der Messsignale M entlang der x-Achse bzw. der y-Achse wird weiter unten ausführlich in Zusammenhang mit Figur 2 erläutert.
  • Basierend auf den ermittelten Eigenschaften von Teilchenquelle 1, Extraktionsvorrichtung 2 und/oder Teilchenstrom 6 kann die Steuerungseinrichtung 7 die Teilchenquelle 1, die Extraktionsvorrichtung 2 und/oder die Analysevorrichtung 5 steuern.
  • Die Steuerungseinrichtung 7 kann beispielsweise ein Steuersignal S zur Steuerung der Teilchenquelle 1 generieren, anhand dessen eine der Teilchenquelle 1 zugeführte Leistung, eine Zuflussrate Plasmamediums und/oder eine Zuflussrate Trägermediums des Analyten geregelt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung 7 eine mit der Teilchenquelle 1 gekoppelten Positioniereinrichtung 9b derart steuern, dass die Teilchenquelle 1 relativ zur Extraktionsvorrichtung 2, der Messsonde 4 und/oder der Analysevorrichtung 5, insbesondere entlang der x-Achse und/oder der y-Achse, ausgerichtet werden kann.
  • Wird beispielsweise anhand des einen oder der mehreren gespeicherten Messsignale M festgestellt, dass der Teilchenstrom 6 nicht oder nur ungenügend genau auf die Analysevorrichtung 5, insbesondere eine Einlassöffnung der Analysevorrichtung 5, trifft, kann die Teilchenquelle 1 mittels der von der Steuerungseinrichtung 7 gesteuerten Positioniereinrichtung 9b der Weise, insbesondere entlang der x-Achse und/oder der y-Achse, positioniert werden, dass der aus der Teilchenquelle 1 extrahierte Teilchenstrom 6 zentriert auf die Analysevorrichtung 5, insbesondere deren Einlassöffnung, trifft.
  • Alternativ oder zusätzlich kann auch die Extraktionsvorrichtung 2, welche mit einer von der Steuerungseinrichtung 7 steuerbaren Positioniereinrichtung 9c gekoppelt ist, unter Berücksichtigung der gespeicherten Messsignale M entlang der x-Achse und/oder entlang der y-Achse Verfahren werden, um beispielsweise Teilchen in der Weise aus der Teilchenquelle 1 zu extrahieren, dass der Teilchenstrom 6 zentriert auf die Analysevorrichtung 5, insbesondere deren Einlassöffnung, trifft.
  • Bevorzugt wird die Teilchenquelle 1 relativ zur Messsonde 4 bewegt, wobei die Messsonde 4 und die Extraktionsvorrichtung 2, beispielsweise eine jeweilige Extraktionsblende, starr miteinander verbunden sind, wodurch anhand der Auswertung des Messsignals M eine optimale Positionierung der Teilchenquelle 1, etwa in Bezug auf die Analysevorrichtung 5, und damit der gesamten Messanordnung erreichbar ist.
  • Alternativ können aber auch die Teilchenquelle 1 und die Extraktionsvorrichtung 2, beispielsweise eine jeweilige Extraktionsblende, starr miteinander verbunden sein. Auch hierbei ist durch Auswertung des Messsignals M und einer entsprechenden Bewegung der Teilchenquelle 1 eine optimale Positionierung der Teilchenquelle 1, etwa in Bezug auf die Analysevorrichtung 5, und damit der gesamten Messanordnung erreichbar.
  • Ebenso kann auch die Analysevorrichtung 5, insbesondere ein oder mehrere Magnetfelder der Analysevorrichtung 5 zur Führung des Teilchenstroms 6 innerhalb der Analysevorrichtung 5, unter Berücksichtigung der gespeicherten Messsignale M anhand des von der Steuerungseinrichtung 7 erzeugten Steuerungssignals S gesteuert werden, so dass Komponenten eines im Teilchenstrom 6 enthaltenen Analyten zuverlässig analysiert werden können.
  • Vorzugsweise ist die Speicherungseinrichtung 8 auch dazu eingerichtet, ein oder mehrere Referenzsignale zu speichern, mit denen die von der Messsonde 4 erzeugten Messsignale M verglichen werden können. Solche Referenzsignale beziehen sich beispielsweise auf eine vorgegebene, insbesondere optimierte, Positionierung der Teilchenquelle 1 und/oder der Extraktionsvorrichtung 2 relativ zur Analysevorrichtung 5. Stimmen das oder die erzeugten Messsignale M nicht oder nicht ausreichend genau mit dem oder den Referenzsignalen überein, kann die Steuerungseinrichtung 7 ein entsprechendes Steuerungssignal S zur Steuerung der Teilchenquelle 1, der Analysevorrichtung 5 und/oder der mit der Teilchenquelle 1 bzw. der Extraktionsvorrichtung 2 gekoppelten Positioniereinrichtung 9b, 9c erzeugen, so dass ein oder mehrere erneut von der Messsonde 4 erzeugte Messsignale M nicht oder nur noch weniger stark von dem oder den Referenzsignalen abweichen.
  • Dazu kann die Steuerungseinrichtung 7 eine Regeleinheit 10 aufweisen, welche einen vorgegebenen Zustand der Teilchenquelle 1 bzw. des Systems 100, beispielsweise eine bestimmte Stärke bzw. Intensität des Teilchenstroms 6 und/oder dessen Ausrichtung bzw. Ausbreitungsrichtung relativ zur Analysevorrichtung 5, basierend auf dem Vergleich der (erneut) erfassten Messsignale mit den gespeicherten Referenzsignalen herstellen kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung 7 auch dazu eingerichtet sein, ein Wartungssignal und/oder ein Hinweissignal zu erzeugen und an eine Servicestelle zu übermitteln bzw. einem Benutzer des Systems 100 auszugeben.
  • Ein solches Wartungssignal kann beispielsweise ausgegeben werden oder an eine Servicestelle übermittelt werden, wenn anhand der gespeicherten Messsignale, insbesondere anhand eines Vergleichs der gespeicherten Messsignale mit den gespeicherten Referenzsignalen, ermittelt wird, dass die Teilchenquelle gewartet, beispielsweise neu justiert, und/oder Komponenten der Teilchenquelle bzw. der Extraktionsvorrichtung 2 ausgetauscht bzw. repariert werden müssen. Dieser Fall kann sich etwa ergeben, wenn die Anzahl der in der Teilchenquelle 1 pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellten Teilchen bzw. die Stärke des Teilchenstroms 6 (dauerhaft) zu hoch gewählt wird, so dass ein Skimmer Cone der Extraktionsvorrichtung 2 beschädigt wird, oder wenn sich eine Öffnung des Skimmer Cones bei geringen Stärken des Teilchenstroms 6 mit der Zeit zusetzt.
  • Das Hinweissignal liefert dem Benutzer in bevorzugter Weise Informationen über den Zustand der Teilchenquelle 1 des Teilchenstroms 6 bzw. des Systems 100. Beispielsweise kann das Hinweissignal die Ausrichtung der Teilchenquelle 1, der Extraktionsvorrichtung 2 und/oder der Analysevorrichtung 5 relativ zueinander betreffen. Auf Basis des Hinweissignals kann der Benutzer dann die relative Ausrichtung dieser Komponenten des Systems 100 ändern, beispielsweise um eine zuverlässige Analyse von im Teilchenstrom 6 enthaltenen Komponenten eines Analyten in der Analysevorrichtung 5 zu ermöglichen.
  • Figur 2 zeigt ein Beispiel einer Messsonde 4, welche als Sektorelektrode mit drei Sektoren 4a, 4b, 4c, die eine zentrale Öffnung 11 bilden, ausgebildet ist. Die Messsonde 4 ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, welches eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und beständig gegenüber auftreffenden, elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere Ionen, ist.
  • Elektrisch geladene Teilchen eines die Sektorelektrode passierenden Teilchenstroms 6 weisen in der Ebene der Sektorlektrode, insbesondere entlang der in Figur 1 eingezeichneten x- und y-Achse, eine im Wesentlichen gaußförmige Verteilung auf. In Figur 2 ist die Verteilung entlang der x-Achse beispielhaft dargestellt, wobei das Maximum der Verteilung, d.h. der Ort der höchsten Teilchendichte innerhalb des Teilchenstroms 6 in x- und y-Richtung, auf der z-Achse, entlang der sich der Teilchenstrom 6 ausbreitet (siehe Figur 1), liegt. Da eine räumliche Ausdehnung σ, beispielsweise die Halbwertsbreite der Verteilung, des Teilchenstroms 6 vorzugsweise größer ist als die zentrale Öffnung 11 der Sektorelektrode, trifft ein kleiner Teil von Teilchen aus dem Randbereich des Teilchenstroms 6 auch bei Ausrichtung der z-Achse, d.h. der Ausbreitungsrichtung des Teilchenstroms 6, auf einen Mittelpunkt der zentralen Öffnung 11 (oder umgekehrt) auf die drei Sektoren 4a, 4b, 4c.
  • Die dabei durch das Auftreffen der elektrisch geladenen Teilchen des Teilchenstroms 6 auf den Sektoren 4a, 4b, 4c deponierte elektrische Ladung kann über die den Sektoren 4a, 4b, 4c zugeordneten Widerstände Ra, Rb, Rc abfließen und dabei als Spannungssignal von einem der Spannungsmesseinheiten Ua, Ub, Uc erfasst werden.
  • Verschiebt sich die die Ausbreitungsrichtung des Teilchenstroms 6 bzw. die z-Achse relativ zum Mittelpunkt der zentralen Öffnung 11, trifft eine erhöhte Anzahl von Teilchen aus dem Teilchenstrom 6 auf einen der Sektoren 4a, 4b, 4c, so dass die entsprechende Spannungsmesseinheit Ua, Ub, Uc ein erhöhtes Spannungssignal erfasst. Dadurch kann die Richtung der Verlagerung der z-Achse bzw. der Ausbreitungsrichtung des Teilchenstroms 6, insbesondere entlang der x- und/oder y-Achse, relativ zum Mittelpunkt der zentralen Öffnung 11 bestimmt werden.
  • Alternativ kann die Sektorelektrode auch weniger oder mehr als drei, insbesondere zwei oder vier, Sektoren aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann die Messsonde 4 auch als sog. Iriselektrode (nicht dargestellt) ausgebildet sein, welche eine zentrale Öffnung 11 mit einem einstellbaren Durchmesser aufweist. Dadurch kann die Empfindlichkeit der Messsonde 4, insbesondere die Anzahl der auf die Iriselektrode auftreffenden Teilchen des Teilchenstrahls 6, reguliert werden.
  • In einer anderen, bevorzugten Ausführung kann die Messelektroden 4 auch als sog. Koronaelektrode (nicht dargestellt) ausgebildet sein, bei welcher mehrere Sektoren aus radial um die zentrale Öffnung 11 angeordneten Metallspitzen gebildet werden. Die auf den Metallspitzen deponierte Ladung kann einzelnen oder Gruppen abgeleitet und entsprechende Spannungssignale ermittelt werden.
  • Figur 3 zeigt ein erstes Beispiel eines Verlaufs V eines Messsignals M entlang einer x-Achse. Das Messsignal M wurde an verschiedenen Messpositionen entlang der x-Achse von einer als ringförmige Elektrode ausgebildeten Messsonde, durch die ein Teilchenstrom elektrisch geladener Teilchen verläuft, erzeugt. Die x-Achse erstreckt sich dabei senkrecht zur Flugrichtung der Teilchen, d.h. der Ausbreitungsrichtung, des Teilchenstroms entlang der z-Achse (siehe Figur 1).
  • Der Verlauf V des Messsignals M, etwa eines Spannungssignals, erlaubt sowohl Rückschlüsse auf die Verteilung der Teilchen innerhalb des Teilchenstroms als auch auf die Position des Zentrums des Teilchenstrahls relativ zu einer vorgegebenen Position x = 0 der Messsonde.
  • Zum Erfassen des Verlaufs V des Messsignals M wird die Messsonde entlang der x-Achse in unterschiedliche Messpositionen verfahren, so dass in jeder Messposition ein unterschiedlich großer Teil von Teilchen aus dem Teilchenstrom auf die Messsonde trifft. Das Minimum Mmin des Verlaufs V entspricht dabei dem Zentrum des Teilchenstroms. Dieses Messsignal M = Mmin wird erfasst, wenn der Teilchenstrom im Wesentlichen zentral durch die ringförmige Elektrode hindurch tritt und nur Teilchen aus einem Randbereich des Teilchenstroms auf die Messsonde treffen (siehe Figur 2), d.h. die Messsonde entlang der x-Achse so weit verfahren wurde, dass das Zentrum des Teilchenstroms im Mittelpunkt einer zentralen Öffnung der ringförmigen Elektrode liegt.
  • Das Minimum Mmin liegt entlang der x-Achse zwischen zwei Maxmima Mmax, wobei das Messsignal M = Mmax erfasst wird, wenn Teilchen aus dem Zentrum des Teilchenstroms auf die ringförmige Elektrode treffen.
  • Basierend auf der Ermittlung des zwischen den Maxima Mmax liegenden Minimums Mmin und der Lage des Minimums Mmin relativ zur vorgegebenen Position x = 0 der ringförmigen Elektrode kann beispielsweise ein Steuerungssignal erzeugt werden, anhand dessen eine Teilchenquelle und/oder eine Extraktionsvorrichtung derart gesteuert, insbesondere entlang der x-Achse verfahren, wird, dass der Teilchenstrom zentral durch die ringförmige Elektrode tritt, d.h. das Minimum Mmin bei x = 0 liegt. Alternativ kann auch die ringförmige Elektrode derart ausgerichtet werden, dass der Teilchenstrom zentral durch die ringförmige Elektrode tritt, d.h. das Minimum Mmin bei x = 0 liegt.
  • Vorzugsweise kann die Ausrichtung des Teilchenstroms auch basierend auf einem Vergleich von einem oder mehreren Messsignalen M mit einem oder mehreren gespeicherten Referenzsignalen (nicht dargestellt) erfolgen. Zu diesem Zweck wird das bzw. werden die Referenzsignale aufgenommen, wenn sichergestellt ist, dass der Teilchenstrom zentral durch die ringförmige Elektrode tritt.
  • Der räumliche Abstand der Messpositionen entlang der x-Achse beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm. In einer bevorzugten Ausführung wird der Verlauf V zur Ausrichtung der Teilchenquelle bzw. der Extraktionsvorrichtung relativ zur Messsonde, insbesondere zu einer vorgegebenen Position der Messsonde, mehr als einmal bestimmt. Insbesondere wird bei einer zweiten oder einer folgenden Bestimmung des Verlaufs V der räumliche Abstand der Messepositionen entlang der x-Achse kleiner gewählt, insbesondere zwischen 0,05 mm und 0,1 mm.
  • Analog zu dem in Figur 3 dargestellten Verlauf V des Messsignals M entlang einer x-Achse kann auch der Verlauf des Messsignals M entlang einer senkrecht auf der x-Achse stehenden y-Achse (siehe Figur 1) ermittelt und entsprechend die Ausrichtung der Teilchenquelle bzw. des Teilchenstroms entlang der y-Achse gesteuert werden. Bei der Ermittlung des Verlaufs V des Messsignals M entlang der x- oder y-Achse wird jeweils die Position der Messsonde auf der y- bzw. x-Achse konstant gehalten. Bevorzugt wird die Position der Messsonde auf der y- oder x-Achse als die Position des jeweiligen Minimums Mmin auf der y- bzw. x-Achse gewählt.
  • Figur 4 zeigt ein zweites Beispiel von Verläufen U eines Messsignals M entlang einer x-Achse in Abhängigkeit von zweiten Messpositionen entlang einer z-Achse. Für jeden Verlauf wurde das Messsignal M dabei an verschiedenen ersten Messpositionen entlang der x-Achse von einer als ringförmige Elektrode ausgebildeten Messsonde, durch die ein Teilchenstrom elektrisch geladener Teilchen verläuft, erzeugt. Die x-Achse erstreckt sich dabei senkrecht zur Flugrichtung der Teilchen, d.h. der Ausbreitungsrichtung, des Teilchenstroms entlang der z-Achse (siehe Figur 1).
  • In dem Beispiel ist die ringförmige Elektrode an dem Minimum Mmin der Verläufe U ausgerichtet, so dass das Minimum Mmin bei x = 0 liegt.
  • Die dargestellten Verläufe U des Messsignals M, insbesondere die Form der Verläufe U und die relative Tiefe der Minima Mmin, d.h. die Differenzen zwischen den Werten des Messsignals M am Ort der Minima Mmin und jeweils einem anderen, für die Verläufe U charakteristischen Wert des Messsignals M, beispielsweise eine Mittelwert, sind charakteristisch für einen Zustand einer Teilchenquelle, aus der der Teilchenstrom extrahiert wurde. Die dargestellten Verläufe U des Messsignals M sind beispielsweise charakteristisch für einen thermischen Zustand eines Plasmas einer als Plasmaquelle ausgebildeten Teilchenquelle, insbesondere der Ladungsträgerdichteverteilung innerhalb des Plasmas.
  • Anhand eines Vergleichs der Verläufe U des Messsignals M mit einem Referenzsignal, insbesondere einem oder mehreren Verläufen des Referenzsignals, kann der Zustand der Teilchenquelle ermittelt werden. Dazu wird das Referenzsignal, insbesondere der eine oder die mehreren Verläufe des Referenzsignals, in einem vorgegebenen, d.h. bekannten bzw. definierten, Zustand der Teilchenquelle, in dem die Teilchenquelle beispielsweise bei einer vorgegebene Leistung betrieben und/oder ein Plasma- bzw. Trägermedium eines Analyten mit einer vorgegebenen Zuflussrate in die Teilchenquelle eingeleitet wird, ermittelt.
  • Durch eine Änderung der Betriebsparameter der Teilchenquelle, beispielsweise der vorstehend genannten Leistungszufuhr und/oder der Zuflussraten, kann der Zustand der Teilchenquelle in der Weise geändert werden, dass sich die Differenz zwischen dem Messsignal M oder den Verläufen U des Messsignals M und dem Referenzsignal bzw. den Verläufen des Referenzsignals verringert und der aktuelle Zustand der Teilchenquelle dadurch an den vorgegebenen Zustand angepasst wird.
  • Die Ermittlung der in Figur 4 dargestellten Verläufe U des Messsignals M, der Vergleich des Messsignals M oder der Verläufe U des Messsignals M mit dem Referenzsignal bzw. den Verläufen des Referenzsignals und die Änderung der Betriebsparameter kann iterativ wiederholt werden, bis die Teilchenquelle in den vorgegebenen, insbesondere einen zur Verwendung der Teilchenquelle optimalen, Zustand überführt wurde.
  • Wird die Teilchenquelle für einen längeren Zeitraum betrieben, kann es zum Niederschlag von in dem Teilchenstrom enthaltenen Teilchen, insbesondere Ionen eines im Teilchenstrom enthaltenen Analyten, an Öffnungen der Extraktionsvorrichtung, beispielsweise eines Samplers oder eines Skimmer Cones, d.h. einer Blende, kommen, so dass die Transmissivität der Extraktionsvorrichtung abnimmt. In einer weiteren Ausführung kann daher das Messsignal M bevorzugt auch zeitabhängig erfasst und mit einem Referenzwert, welcher bevorzugt dem zu Beginn erfassten Messsignal M entspricht, verglichen werden, um Änderungen in der Intensität des Teilchenstroms, das heißt die Anzahl der pro Zeiteinheit aus der Teilchenquelle extrahierten elektrisch geladenen Teilchen, zu identifizieren. Vorzugsweise kann bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorgegebenen Messsignalschwellenwerts, welcher beispielsweise einem Transmissionsverlust von 20 % oder mehr entspricht, ein Wartungssignal und/oder ein Hinweissignal erzeugt werden, anhand dessen die Notwendigkeit einer Wartung, insbesondere Reinigung, der Teilchenquelle bzw. der Extraktionsvorrichtung angezeigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann anhand einer Änderungsrate des erfassten Messsignals M, insbesondere in Bezug auf das Referenzsignal, eine Zeitdauer, nach deren Ablauf der Messsignalschwellenwert voraussichtlich erreicht oder unterschritten wird, abgeschätzt und gegebenenfalls an einen Benutzer ausgegeben werden. Dadurch können Messungen rechtzeitig beendet werden bzw. deren Ende oder Unterbrechungen geplant werden, so dass im weiterführenden Messbetrieb geringe Transmissionen und einen damit einhergehende Verlust an Datenqualität vermieden werden können.
  • Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können vorzugsweise im Kontext von jeder Art von Teilchenströmen, die elektrisch geladenen Teilchen enthalten, betrieben bzw. angewendet werden. Solche Teilchenströme treten beispielsweise bei Teilchenbeschleunigern, lonenquellen, extraterrestrischen Messungen und/oder lonenantrieben auf, welche durch die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und/oder Verfahren Überwacht und/oder gesteuert werden können.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Teilchenquelle
    2
    Extraktionsvorrichtung
    3
    Vorrichtung zum Erfassen elektrisch geladener Teilchen
    4
    Messsonde
    4a, 4b, 4c
    Sektoren
    5
    Analysevorrichtung
    6
    Teilchenstrom
    7
    Steuerungseinrichtung
    8
    Speicherungseinrichtung
    9a, 9b, 9c
    Positioniereinrichtungen
    10
    Regeleinheit
    11
    zentrale Öffnung
    Ra, Rb, Rc
    Widerstände
    Ua, Ub, Uc
    Spannungsmesseinheiten
    V
    Verlauf des Messignals
    U
    Verlauf des Messignals
    M
    Messignal
    Mmin
    Minimum
    Mmax
    Maximum
    S
    Steuerungssignal

Claims (11)

  1. Verfahren zum Erfassen elektrisch geladener Teilchen eines aus einer Teilchenquelle (1) extrahierten Teilchenstroms (6), insbesondere eines aus einem Plasma einer Plasmaquelle extrahierten lonenstroms oder eines aus einer Elektronenquelle extrahierten Elektronenstrahls, mit den Schritten:
    - Erfassen wenigstens eines von einer Messsonde (4) erzeugten Messsignals (M), wobei die Messsonde (4) derart in dem aus der Teilchenquelle (1) extrahierten Teilchenstrom (6) angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil von Teilchen des Teilchenstroms (6) auf die Messsonde (4) trifft und/oder die Messsonde (4) passiert und das dabei erzeugte Messsignal (M) durch die Anzahl der auftreffenden bzw. passierenden Teilchen charakterisiert ist; und
    - Speichern des wenigstens einen erfassten Messsignals (M).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Eigenschaft der Teilchenquelle (1) auf Basis des wenigstens einen gespeicherten Messsignals (M) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Eigenschaft der Teilchenquelle (M) anhand eines Vergleichs des gespeicherten Messsignals (M) mit wenigstens einem gespeicherten Referenzsignal ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, des Weiteren aufweisend die folgenden Schritte:
    - Ermitteln des wenigstens einen Referenzsignals durch Erfassen von wenigstens einem Messsignal (M) in einem definierten Zustand der Teilchenquelle (1) mit bekannten Eigenschaften oder durch Berechnen eines parametrisierten Modells der Teilchenquelle (1) und/oder des extrahierten Teilchenstroms (6); und
    - Speichern des wenigstens einen ermittelten Referenzsignals.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei wenigstens eines der folgenden Signale auf Basis der wenigstens einen ermittelten Eigenschaft der Teilchenquelle (1) erzeugt wird:
    - ein Steuerungssignal zur Steuerung der Teilchenquelle (1);
    - ein Wartungssignal, welches eine Empfehlung oder eine Notwendigkeit zur Wartung der Teilchenquelle (1) betrifft; und/oder
    - ein Hinweissignal, welches die ermittelte Eigenschaft der Teilchenquelle (1) betrifft.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Teilchenquelle (1) anhand des Steuerungssignals in der Weise gesteuert wird, dass die Differenz zwischen wenigstens einem erneut erfassten Messsignal (M) und wenigstens einem gespeicherten Referenzsignal verringert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren iterativ wiederholt wird, bis das wenigstens eine erneut erfasste Messsignal (M) dem wenigstens einen gespeicherten Referenzsignal im Wesentlichen entspricht.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei anhand des Steuerungssignals
    - eine Position der Teilchenquelle (1) und/oder die Position mindestens einer die von der Teilchenquelle (1) zur Verfügung gestellten Teilchen extrahierenden Extraktionsvorrichtung (2) relativ zur Messsonde (4) eingestellt wird; und/oder
    - die Anzahl der pro Zeiteinheit von der Teilchenquelle (1) zur Verfügung gestellten und/oder aus der Teilchenquelle (1) extrahierten Teilchen eingestellt wird; und/oder
    - eine räumliche Verteilung der aus der Teilchenquelle (1) extrahierten Teilchen innerhalb des Teilchenstroms (6) eingestellt wird.
  9. Vorrichtung (3) zum Erfassen von elektrisch geladenen Teilchen eines aus einer Teilchenquelle (1) extrahierten Teilchenstroms (6), insbesondere eines aus einem Plasma einer Plasmaquelle oder eines aus einer Elektronenquelle extrahierten Elektronenstrahls, mit:
    - einer Messsonde (4), welche derart in oder an dem aus der Teilchenquelle (1) extrahierten Teilchenstrom (6) angeordnet und/oder derart ausgebildet ist, dass wenigstens ein Teil von Teilchen des Teilchenstroms (6) auf die Messsonde (4) trifft und/oder die Messsonde (4) passiert, und welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein durch die Anzahl der auftreffenden bzw. passierenden Teilchen charakterisiertes Messsignal (M) zu erzeugen; und
    - eine Speicherungseinrichtung (8), welche dazu eingerichtet ist, das von der Messsonde (4) erzeugtes Messsignal (M) zu speichern.
  10. System zur Analyse von ionisierten Komponenten eines Analyten mit:
    - einer Plasmaquelle zur Erzeugung eines induktiv gekoppelten Plasmas, aus welchem ein lonenstrom extrahierbar ist;
    - einer Vorrichtung (3) nach Anspruch 9; und
    - einer Analysevorrichtung (5), insbesondere einem Massenspektrometer, welche derart in dem lonenstrom angeordnet ist, dass Ionen des lonenstroms analysiert werden können.
  11. System nach Anspruch 10, wobei die Analysevorrichtung (5) und/oder die Plasmaquelle eine ionenoptische Linse aufweist, welche die Messsonde (4) der Vorrichtung (3) bildet.
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