DE10042394B4 - Ion source for ion mobility spectrometer with optical and Teilchenstrahlun gsionisation - Google Patents
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Abstract
Ionenquelle für Ionenmobilitätsspektrometer mit optischer und Teilchenstrahlungsionisation, wobei als Ionisationsquellen sowohl ein Alpha- oder Betastrahler als auch eine UV-Lichtquelle eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle aus einem Ionisationsraum (3) besteht, der durch ein Ausgangsfenster (2) abgeschlossen wird, durch das UV-Strahlung einer optischen Ionisationsquelle in den Ionisationsraum (3) gelangt und auf der Fenstertläche des Ausgangsfensters (2) ein Gitter (4) aufgebracht ist, wobei das Gitter (4) als Teilchenstrahlungsionisationsquelle ausgebildet ist.ion source for ion mobility spectrometer with optical and particle radiation ionization, using as ionization sources both an alpha or Beta emitters as well as a UV light source are used, thereby characterized in that the ion source consists of an ionization space (3) is completed by an output window (2), through the UV radiation of an optical ionization source in the ionization space (3) and on the window surface of the output window (2) Grid (4) is applied, wherein the grid (4) as Teilchenstrahlungsionisationsquelle is trained.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen für Ionenmobilitätsspektrometer, welche zum empfindlichen Nachweis von Gasspuren in Luft, insbesondere in der Prozeßanalytik, der Sicherheitstechnik und dem Umweltschutz eingesetzt werden kann.The The invention relates to a device for generating ions for ion mobility spectrometers, which for the sensitive detection of traces of air in air, especially in the process analysis, safety technology and environmental protection.
Eine
Ionenquelle für
Ionenmobilitätsspektrometer
mit optischer und Teilchenstrahlungsionisation, bei der als Anregungsquelle
sowohl ein Alpha- oder Betastrahler als auch eine UV-Lichtquelle
vorhanden sind, ist aus der
Eine
radioaktive Ionenquelle zur Erzeugung von niederenergetischer Alpha-
oder Betastrahlung ist gemäß
Eine
UV-Lichtquelle für
ein Ionenmobilitätsspektrometer
wird in der
Bei
einem aus der
Die Ionisation in Ionisationsspektrometern erfolgt:
- (1) durch Ladungstransfer zwischen Clusterionen der Luft und dem Analyten, wobei die Luftclusterionen durch Bestrahlen von Luft mit Alpha- oder Betateilchen eines radioaktiven Nuklids (z. B. Tritium) gebildet werden, oder
- (2) durch Photoionisation des Analyten infolge Photonenstrahlung im UV-Bereich.
- (1) by charge transfer between cluster ions of the air and the analyte, wherein the air cluster ions are formed by irradiating air with alpha or beta particles of a radioactive nuclide (eg tritium), or
- (2) by photoionization of the analyte due to photon radiation in the UV range.
Die
Betaionisation (
- – Der Konzentrationsbereich ist für viele Substanzen nach oben begrenzt und nur zu einem kleinen Teil linear.
- – Substanzen wie z.B.: Benzol, Arsin oder Phosphin können im Driftspektrum nicht oder nur schwer von den Clusterionen der Luft unterschieden und folglich nicht nachgewiesen werden.
- – Eine Reihe von organischen Molekülen wie z.B. Alkane und Alkene werden mit nur geringer Empfindlichkeit angezeigt.
- - The concentration range is limited for many substances and only to a small extent linear.
- - Substances such as: benzene, arsine or phosphine can not or only with difficulty be distinguished from the cluster ions of the air in the drift spectrum and therefore can not be detected.
- - A number of organic molecules such as alkanes and alkenes are displayed with only low sensitivity.
Die Photoionisation wird in Photoionisationsdetektoren (PID) zum unspezifischen Nachweis von Spurengasmolekülen angewendet. Sie ermöglicht in einem weiten Konzentrationsbereich den Nachweis von Molekülen, die mit Betaionisation nur bei geringer Empfindlichkeit nachgewiesen werden können. Die Nachteile der Photoionisation bestehen in:
- – Negative Ionen werden kaum gebildet, da in Luft die Konzentration freier Elektronen nur gering ist. Damit können halogenierte Kohlenwasserstoffe nur bedingt nachgewiesen werden.
- – Im Spektrum fehlt ein ständiger Reaktionsionenpeak (RIP), der zur internen Kalibrierung genutzt werden kann.
- - Negative ions are hardly formed, since in air the concentration of free electrons is only small. This halogenated hydrocarbons can be detected only conditionally.
- - The spectrum lacks a constant reaction peak (RIP), which can be used for internal calibration.
Es war also Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet.It It was therefore an object of the invention to provide a device which the Disadvantages of the known prior art avoids.
Dazu wurde erfindungsgemäß eine Ionenquelle mit den Merkmalen der Patentansprüche entwickelt, die sowohl eine Alpha- oder Betaquelle als auch eine UV-Quelle als Anregungsquellen enthält.To has been an ion source according to the invention developed with the features of the claims, both an alpha or beta source as well as a UV source as excitation sources contains.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:following the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments:
Es zeigen:It demonstrate:
Ein Ionenmobobilitätsspektrometer besteht üblicherweise aus einer Anregungsvorrichtung (Ionisationsquelle), an die sich der Ionisationsraum anschließt, in dem die im Trägergas enthaltenen nachzuweisenden Gasspurenmoleküle ionisiert werden. Dieser Ionisationsraum ist gegenüber der anschließenden Driftstrecke durch ein Gitter abgeschlossen, welches als Shutter für den Driftprozeß wirkt.One Ionenmobobilitätsspektrometer usually exists from an excitation device (Ionisationsquelle), to which the ionization space connects, in which in the carrier gas be detected detected trace gas molecules are ionized. This Ionization space is opposite the subsequent Drift path completed by a grid, which serves as a shutter for the Drift process works.
In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach
Eine
UV-Lampe (
A UV lamp (
Betateilchen
ionisieren das Trägergas
(Luft) entlang des Gitters (
Ein
weiteres Gitter (
Die
der Ionenquelle zugewandte Seite des Gitters (
Nach
Vorteilhafterweise
ist bei dieser Anordnung auch möglich,
die UV-Lampe an dezentraler Stelle der Gesamtvorrichtung zu positionieren
und die UV-Quanten durch eine Lichtleiteranordnung (
Die Vorteile dieser Anordnung sind:
- – Photonen ionisieren alle organischen Komponenten des Gases, deren Ionisierungspotentiale unter der UV-Energie der Lampe (10,6 eV) liegen und ermöglichen einen breiten Bereich des quantitativen Nachweises.
- – Alpha- oder Betateilchen erzeugen negative Sauerstoff- und Wasserclusterionen, die den empfindlichen Nachweis halogenierter Kohlenwasserstoffe ermöglichen.
- – Die Palette nachweisbarer Substanzen wird um solch wichtige wie Benzol, Phosphin, Arsin, Toluol u.a. erweitert.
- – Durch die Auswahl einer geringen Aktivität der Strahlenquelle entsteht ein positiver Clusterionenpeak RIP, dessen Driftzeit gemessen und als Bezugszeit für alle nachzuweisenden Substanzen genutzt werden kann.
- – Der nutzbare Meßbereich wird um mehr als eine Größenordnung erweitert.
- - Photons ionize all organic components of the gas whose ionization potentials are below the UV energy of the lamp (10.6 eV) and allow a wide range of quantitative detection.
- - Alpha or beta particles produce negative oxygen and water cluster ions that allow sensitive detection of halogenated hydrocarbons.
- - The range of detectable substances is extended to such important as benzene, phosphine, arsine, toluene and others.
- - By selecting a low activity of the radiation source creates a positive cluster ion peak RIP, whose drift time can be measured and used as reference time for all substances to be detected.
- - The usable measuring range is extended by more than an order of magnitude.
Die Aktivität der Teilchenstrahlungsquelle(n) wird so dimensioniert, daß der durch Photoionisation gebildete Peak von Benzolionen nicht vom Reaktionsionenpeak RIP überdeckt ist. Das ist der Fall, wenn Quellen im Bereich von Freigrenzenaktivitäten eingesetzt werden.The activity the particle radiation source (s) is dimensioned so that by Photoionization formed peak of benzene ions not from the reaction ion peak RIP covered is. That is the case when sources are used in the area of exemption activities become.
Bei einer Freigrenzenaktivität A von 5 × 106 s–1 zum Beispiel und einer mittleren Energie <ε> der ionisierenden Betateilchen von 5,5 keV sowie einem mittleren Ionisierungsaufwand für ein Ladungsträgerpaar in Luft ω von 30 eV entsteht ein Signalstrom I von etwa 37 pA: wobei e die Elementarladung, g der Geometriefaktor mit g = 0,5 und a die Absorption in der dünnen Schicht mit a = 0,5 sind.For example, with a free-limiting activity A of 5 × 10 6 s -1 and a mean energy <ε> of the ionizing beta particles of 5.5 keV and a mean ionization effort for a charge carrier pair in air ω of 30 eV, a signal current I of approximately 37 pA arises : where e is the elementary charge, g is the geometric factor with g = 0.5 and a is the absorption in the thin layer with a = 0.5.
Bei einem RIP von ca. 37 pA kann Benzol gut dargestellt werden.at Benzene can be displayed well in a RIP of approx. 37 pA.
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