DE813228T1 - Plasma-Massenspektrometer - Google Patents
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Claims (29)
1. Massenspektrometer, umfassend:
1) eine Einrichtung zum Erzeugen von Ionen von einer in ein Plasma eingebrachten
Probe;
2) eine Düse-Skimmer-Grenzflächeneinrichtung zum Durchlassen von mindestens
einigen der Ionen aus dem Plasma entlang einer ersten Achse in eine erste evakuierte Kammer;
3) eine Blendeneinrichtung, umfassend eine Öffnung, wobei die Blendeneinrichtung
die erste evakuierte Kammer von einer zweiten evakuierten Kammer trennt;
4) eine in der ersten evakuierten Kammer angeordnete Ionenführungseinrichtung
zum Führen von Ionen von der Düse-Skimmer-Grenzflächeneinrichtung zu der Öffnung; und
5) eine Ionen-Masse/Ladung-Verhältnis-Analysiereinrichtung, die eine
Eintrittsachse aufweist und angeordnet ist, um durch die Öffnung hindurchtretende
Ionen aufzunehmen und ein Massenspektrum von denselben zu
erzeugen;
wobei das Massenspektrometer dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ionenführungseinrichtung
umfaßt:
1) einen oder mehrere mehrpolige Stabsätze, wobei der oder jeder Satz
eine Mehrzahl von langgestreckten Elektrodenstäben umfaßt, die in seitlicher Richtung in einem geringen Abstand voneinander um eine zweite
Achse herum angeordnet sind, so daß sie dazwischen einen langgestreckten
Raum begrenzen, der sich in Längsrichtung durch einen derartigen Satz erstreckt;
2) eine Einrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung zwischen Stäben,
die in dem oder jedem Satz enthalten sind, derart daß sich in den Satz eintretende Ionen in dem langgestreckten Raum durch den Stabsatz bewegen;
und
3) eine Einrichtung zum Zuführen eines Inertgas, das aus der Gruppe
ausgewählt ist, die Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Stickstoff umfaßt, in die Ionenführungseinrichtung, so daß der Partialdruck des
Inertgases in" mindestens einem Teil des langgestreckten Raumes im Inneren
des Stabsatzes bzw. der Stabsätze mindestens 10"3 Torr beträgt.
2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, bei dem Helium in die lonenführungseinrichtung
zugeführt wird.
3. Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens ein
DE/EP O 808 22 8 T
Teil der Ionenführungseinrichtung von einer Gaseinschlußeinrichtung
umgeben ist, die vollständig in der ersten evakuierten Kammer angeordnet ist und so angeordnet ist, daß sich sowohl der Einlaß als auch der Auslaß
der Ionenführungseinrichtung außerhalb von ihr befinden, und bei dem das Inertgas in sie zugeführt wird, so daß der Partialdruck des Inertgases
mindestens 10'3 Torr in mindestens einem Teil der Ionenführungseinrichtung
beträgt, während ihr Einlaß und Auslaß auf einem niedrigeren Druck gehalten werden.
4. Massenspektrometer nach Anspruch 3, bei dem eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Inertgas auf eine derartige Weise in die Gaseinschlußeinrichtung
zuzuführen, daß der höchste Partialdruck des Inertgases in dem langgestreckten Raum an einer Stelle auftritt, die sich um nicht
mehr als ungefähr die halbe Länge der Ionenführungseinrichtung vom Einlaß der Ionenführungseinrichtung befindet.
5. Massenspektrometer nach Anspruch 4, bei dem das Inertgas auf eine
derartige Weise zugeführt wird, daß der höchste Partialdruck des Inertgases in dem langgestreckten Raum an einer Stelle auftritt, die sich um
ungefähr ein Viertel der Länge der Ionenführungseinrichtung vom Einlaß der Ionenführungseinrichtung befindet.
6. Massenspektrometer nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die
Ionenführungseinrichtung einen Hexapol-Stabsatz umfaßt.
7. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die
Ionenführungseinrichtung einen Quadrupol-Stabsatz umfaßt.
8. Massenspektrometer nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die
Länge der Ionenführungseinrichtung zwischen 20 und 100 mal größer ist als der Radius des langgestreckten Raums.
9. Massenspektrometer nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die
erste Achse nicht durch die Öffnung hindurchtritt und bei dem die zweite
Achse zu der ersten Achse geneigt ist, so daß Ionen, die die Düse-Skimmer-Grenzflächeneinrichtung
verlassen, in den langgestreckten Raum in der Führungseinrichtung eintreten und durch die Ionen einschließende
Wirkung der Führungseinrichtung zu der Öffnung geführt werden.
10. Massenspektrometer nach Anspruch 9, bei dem die Eintrittsachse
relativ zu der zweiten Achse geneigt ist.
11. Massenspektrometer nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem die
Ionen-Masse/Ladung-Verhältnis-Analysiereinrichtung einen Magnetsektor-Massenanalysator
umfaßt.
12. Massenspektrometer nach Anspruch 11, bei dem der Magnetsektor-Massenanalysator
eine Mehrzahl von Ionenkollektoren umfaßt, die entlang seiner Bildbrennpunktsebene angeordnet sind, so daß Ionen mit mehreren
verschiedenen Masse/Ladung-Verhältnissen gleichzeitig nachgewiesen werden können.
13. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem der
Magnetsektor-Analysator eine Eintrittsöffnung, ein Flugrohr und ein
Detektorsystem umfaßt und bei dem die Düse-Skimmer-Grenzfläche und
Ionenführungseinrichtung auf ungefähr Erdepotential gehalten werden und die Eintrittsöffnung, das Flugrohr und das Detektorsystern auf einem
Beschleunigungspotential gehalten werden, so daß die Ionen, die in den Analysator eintreten, auf die kinetische Energie beschleunigt werden, die
für ihre Dispersion durch den Magnetsektor notwendig ist, wenn sie durch die Eintrittsöffnung hindurchtreten.
14. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der
Ionen-Masse/Ladung-Verhältnis-Analysator einen Quadrupol-Massenanalysator
umfaßt.
15. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der
Ionen-Masse/Ladung-Verhältnis-Analysator einen Laufzeit-Analysator
umfaßt.
16. Massenspektrometer nach Anspruch 15, bei dem der Laufzeit-Massenanalysator
eine orthogonale Anordnung seiner Eintrittsachse und der Achse aufweist, um die sich Ionen bewegen, während ihre Laufzeit bestimmt wird.
17. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der
Ionen-Masse/Ladung-Analysator einen Quadrupol-Ionenfallen-Analysator
umfaßt.
18. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 14 oder 17, bei dem
eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Potentialdifferenz zwischen dem
DE/EP O 808 228 Tl
Potential der zweiten Achse und dem Achsenpotential eines besagten
ßuadrupol-Massenanalysators oder dem Mittenpotential einer besagten Quadrupol-Ionenfalle aufrechtzuerhalten, wobei die Potentialdifferenz
weniger als ungefähr 1 Volt beträgt.
19. Massenspektrometer nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem eine
elektrostatische Linseneinrichtung zwischen der Düse-Skimmer-Grenzfläche
und dem Einlaß der Ionenführungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die elektrostatische Linseneinrichtung eine konische Hohlstruktur umfaßt, die
mit ihrer Spitze dem Skimmer am nächsten angeordnet ist und auf einem Potential von zwischen 600 und 1000 Volt relativ zu dem Potential der
Düse-Skimmer-Grenzfläche und der Ionenführungseinrichtung gehalten wird.
20. Verfahren zur massenspektrometrischen Analyse einer Probe, umfassend
die folgenden Schritte, die der Reihe nach ausgeführt werden:
1) Einbringen einer besagten Probe in ein Plasma, um von derselben Ionen
zu erzeugen;
2) Hindurchbewegen mindestens einiger der Ionen durch eine Düse-Skimmer-Grenzflächeneinrichtung
in eine erste evakuierte Kammer;
3) Führen mindestens einiger der Ionen, die in die erste evakuierte
Kammer eintreten, zu einer Öffnung in einer Blende, welche die erste
evakuierte Kammer von einer zweiten evakuierten Kammer trennt; und
4) Analysieren der Masse mindestens einiger der Ionen, die in die zweite
evakuierte Kammer eintreten, um ein Massenspektrum derselben zu erzeugen; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß:
1) der Schritt eines Führens der Ionen ein Hindurchbewegen der Ionen
durch eine Ionenführungseinrichtung umfaßt, umfassend einen oder mehrere mehrpolige Elektroden-Stabsätze, die eine Mehrzahl von langgestreckten
Stabelektroden umfassen, die in seitlicher Richtung in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, um dazwischen einen langgestreckten
Raum zu begrenzen, der sich in Längsrichtung durch den Satz erstreckt, und Anlegen einer Wechselspannung an die Stabelektroden; und
2) Zuführen eines Inertgases in die Führungseinrichtung, das aus der
Gruppe ausgewählt ist, die Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Stickstoff umfaßt, so daß der Partialdruck des Inertgases in mindestens
einem Teil des langgestreckten Raumes mindestens 10'3 Torr beträgt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Inertgas Helium ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, bei dem das Inertgas
5
Helium und weniger als 5% eines zusätzlichen Materials umfaßt.
Helium und weniger als 5% eines zusätzlichen Materials umfaßt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das zusätzliche Material Xenon
umfaßt.
24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das zusätzliche Material Wasserstoff umfaßt.
25. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das zusätzliche Material Wasser
umfaßt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem eine besagte
Probe eine wässrige Lösung umfaßt, die in Form eines durch einen Zerstäuber erzeugten Aerosols in das Plasma zugeführt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem der Schritt
eines Massenanalysierens der Ionen die Verwendung eines Quadrupol-Massenanalysators
mit einer Mittelachse umfaßt und der Schritt eines Führens der Ionen ein Hindurchbewegen von Ionen durch die Ionenführungseinrichtung
mit einer Mittelachse umfaßt, wobei das Verfahren weiter den Schritt eines Aufrechterhaltens einer Potentialdifferenz zwischen dem Potential
der Mittelachse der Ionenführungseinrichtung und dem Potential der Mittelachse des Quadrupol-Massenanalysators umfaßt, so daß die Transmission
von mehratomigen Ionen relativ zu derjenigen von Atomionen verringert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem der Schritt
eines Massenanalysierens der Ionen die Verwendung eines Quadrupol-Ionenfallen-Massenanalysators
mit einer Mitte umfaßt und der Schritt eines Führens der Ionen ein Hindurchbewegen von Ionen durch die Ionenführungseinrichtung
mit einer Mittelachse umfaßt, wobei das Verfahren weiter den Schritt eines Aufrechterhaltens einer Potentialdifferenz zwischen dem
Potential der Mittelachse der Ionenführungseinrichtung und dem Potential in der Mitte des Quadrupol-Ionenfallen-Massenanalysators umfaßt, so daß
die Transmission von mehratomigen Ionen relativ zu derjenigen von Atomionen verringert wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, bei dem die Potentialdifferenz
weniger als etwa 1 Volt beträgt.
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