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WO1999060395A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines gerichteten gasstrahls - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines gerichteten gasstrahls Download PDF

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WO1999060395A1
WO1999060395A1 PCT/EP1999/003419 EP9903419W WO9960395A1 WO 1999060395 A1 WO1999060395 A1 WO 1999060395A1 EP 9903419 W EP9903419 W EP 9903419W WO 9960395 A1 WO9960395 A1 WO 9960395A1
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WO
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gas
sample
jet
gas jet
auxiliary
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PCT/EP1999/003419
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English (en)
French (fr)
Inventor
Egmont Rohwer
Ralf Zimmermann
Hans Jörg HEGER
Ralph Dorfner
Ulrich Boesl
Antonius Kettrup
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Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
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Publication date
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Priority to EP99926325A priority patent/EP1088222A1/de
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Priority to US09/722,445 priority patent/US6390115B1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for generating a directed gas jet.
  • Molecular spectroscopic methods using supersonic molecular beam technology are particularly suitable for fast on-line analysis of gaseous samples.
  • the sample gas jet is expanded adiabatically into a vacuum, which leads to a decrease in the internal energy of the sample molecules. This decrease in internal energy is synonymous with a lower temperature.
  • the sample molecules are cooled so by the Adiaba ⁇ tables expansion. This leads to narrower energy bands, which, in contrast to uncooled samples, do not overlap for the excitation of the molecules. Since the energy required for the excitation is different for different compounds and also for the different isomers of a compound, this can be used for isomer-selective detection.
  • REMPI excitation and subsequent photoionization
  • the supersonic molecular beam is usually generated by the expansion of a continuous or pulsed gas jet through a small nozzle into a vacuum. So far, this method has mainly been used for spectroscopic questions, where sensitivity to detection is irrelevant. Since the sample gas jet expands rapidly during expansion, which leads to a sharp decrease in the sample density, the detection sensitivity that can be achieved is significantly poorer than with alternative inlet techniques, such as, for example, B. the effusive gas inlet, at which no cooling of the sample molecules takes place.
  • the aim of using the selective supersonic molecular beam technology in online analysis is therefore to improve the detection sensitivity.
  • the concentrically tapering opening of the gas jet guide to the vacuum chamber causes the sample gas jet to be additionally focused on the central axis of the auxiliary gas jet, so that there is a delayed spatial expansion of the sample gas jet during expansion ms vacuum.
  • a larger proportion of the admitted sample molecules can then be irradiated (higher sensitivity) without reducing the cross section for excitation or ionization through spatial expansion (lower power density) of the laser beam.
  • the device described by Stiller and Johnston can increase the sample gas density in the excitation or ionization volume, on the one hand, the high vacuum conditions are disturbed by the continuous gas jet to such an extent that impacts between the sample molecules or with the auxiliary gas molecules make a sensible measurement to make impossible. On the other hand, large portions of the sample that are not ionized and therefore cannot be detected are wasted between the laser pulses.
  • the supersonic molecular beam technique achieves adiabatic cooling of the sample, which significantly increases the selectivity of the method.
  • the method described by Pepich et al. thus enables a repetitive, time-limited compression of the sample in the direction of gas flow and thus an improvement in the sensitivity of detection.
  • it does not prevent the rapid spatial expansion of the sample gas which is typical of supersonic molecular beam technology, as a result of which a large part of the sample gas is outside the excitation or ionization volume when excited or ionized.
  • An expansion of the laser beam is in turn not possible due to a severe deterioration in the cross section of the ionization action.
  • the object of the invention is to provide the method and the device of e.g. Type in such a way that a maximum particle density is generated.
  • the directed gas jet is produced in that a guided sample gas jet and a directed and guided auxiliary gas jet are generated, the directed, guided auxiliary gas jet being guided by the guided sample gas jet separated, but in the same direction as this and then the auxiliary gas jet and the sample gas jet are brought together over a certain distance.
  • the lengths of the auxiliary gas, sample gas jet guidance and the distance for the merging of the two gas jets must be adapted to the respective requirements. With a longer distance (several centimeters) for bringing the two gas jets together, there is a greater mixing of sample gas and auxiliary gas than with a shorter distance (several millimeters). Depending on whether mixing is desired or is currently to be avoided, the length of the section for bringing the two gas jets together must be selected differently.
  • auxiliary gas jet in a pulsed manner, since this maintains the best possible high vacuum conditions and thus interferences from collisions of the sample molecules with one another or with the auxiliary gas molecules can be avoided.
  • the cross-section of the combined gas jet is narrowed after a certain common distance. This prevents a rapid spatial expansion of the sample in the ionization chamber and - as explained above - ionizes a larger proportion of the sample, which leads to an increase in sensitivity.
  • the sample gas jet is merged with the auxiliary gas jet along the central axis of the auxiliary gas jet, the cross-sectional constriction brings about a stronger focusing (transverse to the direction of flow) of the sample gas along the central axis of the auxiliary gas jet (higher density of sample molecules).
  • the laser beam is focused on the central axis of the auxiliary gas jet, an increase in sensitivity is achieved by the combination of increasing the laser power density at the ionization site and increasing the sample density in the ionization volume.
  • sample gas jet in a pulsed carrier gas jet, since this compresses the sample gas jet in the direction of flow of the gas jet. If this compressed sample gas pulse reaches the ionization volume, a larger proportion of the sample gas molecules is ionized with a laser pulse, which leads to a more effective use of the amount of sample admitted and thus to an increase in sensitivity.
  • a temporal correlation between the pulses of the carrier gas jet and the auxiliary gas jet is advantageously provided, a favorable position of the compressed sample gas pulse in the carrier gas pulse can thereby be selected.
  • an optimal combination of compression of the sample by the carrier gas pulse in the gas jet flow direction and compression of the sample by the auxiliary gas flow transverse to the flow direction can be achieved.
  • the sample volume can be approximated to the ionization volume in the laser beam.
  • the sample pulse can only be brought into the ionization volume at the point in time at which the laser irradiates the ionization volume and thus waste of sample molecules between the laser pulses (no ionization of sample molecules and therefore no detection ) be avoided.
  • the gas jet is expanded into a vacuum after a cross-sectional constriction. Due to the narrowing of the cross-section, even smaller volume flows and gas reservoir pressures are sufficient to form a supersonic molecular beam. In this supersonic molecular beam, the molecules are cooled by adiabatic expansion of the gas jet, which - as explained above - significantly increases the optical selectivity of the process.
  • a narrowing of the sample gas guide before the mouth into the auxiliary gas guide has a favorable effect on the compression of the sample gas, since when the pulsed carrier gas is admitted, the sample at the mouth into the auxiliary gas guide jams and not as is pushed into the auxiliary gas jet by a piston.
  • the build-up also leads to a slower emptying of the sample gas guide, which results in a sample gas pulse that is wider in time.
  • the narrowing causes the sample gas jet to focus on the central axis of the auxiliary gas jet.
  • the constriction of the sample gas jet and / or the combined gas jet can be implemented in different ways. Constrictions in Laval or Venturi forms proved to be advantageous. Different nozzle shapes can be combined for the mouth of the sample gas duct in the auxiliary gas duct and the mouth of the auxiliary gas duct in a vacuum.
  • a nozzle at the mouth of the auxiliary gas guide into a vacuum made of electrically non-conductive material.
  • inert materials such as quartz glass on surfaces are used for all gas ducts with which the sample gas comes into contact.
  • the object according to the invention is also achieved by a device for generating a directed gas jet, a guided sample gas jet and a directed, guided auxiliary gas jet which runs separately in the same direction from the guided sample gas jet being generated, and the sample gas jet with the auxiliary gas jet then subsequently over a specific one Route is led together.
  • the device according to the invention offers the advantage that the sample gas jet can be placed in the auxiliary gas jet in such a way that it is guided along the central axis of the auxiliary gas jet, thereby largely preventing a rapid spatial expansion of the sample gas jet during expansion and vacuum.
  • Fig. 1 shows a section through an inventive device for generating a directed gas jet. The gas feeds and the position to the ion source are not shown.
  • FIG. 2A shows a spectrum for benzene obtained with the device according to the invention from FIG. 1.
  • FIG. 2B) and FIG. 2C) show the rotation contours of the 6 ° band of benzene at two different delay times from FIG. 2A), from which the rotation temperature of the benzene sample can be determined at these delay times.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention wherein a gas jet of sample gas 11 and a gas jet of auxiliary gas 6 is embedded, consists of a central sample gas guide 7 with a feed line and an auxiliary gas guide 8 concentrically surrounding it with a feed line, the sample gas guide 7 in the auxiliary gas guide 8 ends.
  • the auxiliary gas 6 is fed through a pulse valve l 4 with a pulse valve nozzle 5 m to the supply line for the auxiliary gas 6 of the auxiliary gas guide 8.
  • the gas supply lines for auxiliary gas 6, carrier gas 3 and sample gas 11 are led through the inlet flange ms vacuum.
  • a narrowing at the end of the auxiliary gas guide 8, at which the sample gas guide 7 ends, is extremely advantageous, since even with a relatively low gas reservoir pressure and low volume flow (important for maintaining good vacuum conditions gung) can form a supersonic molecular beam during the expansion of the gas jet into a vacuum. This leads to adiabatic cooling of the sample and thus to an increase in optical selectivity during photoionization or absorption processes. Further causes the constriction at the end of the auxiliary gas ⁇ guide 8 where the sample gas channel 7 ends, a constriction of the jointly controlled gas jet and thus leads to a slower spatial expansion of the gas jet during expansion into vacuum. This results in a higher sample density in the ionization volume and therefore an increase in measuring sensitivity.
  • Compression of the sample gas 11 in the flow direction is achieved by a pulse valve 1 with a pulse valve nozzle 2 for generating a gas pulse from carrier gas 3 in the sample gas guide 7.
  • a pulse valve 1 with a pulse valve nozzle 2 for generating a gas pulse from carrier gas 3 in the sample gas guide 7.
  • the sample gas 11 can be added via an auxiliary line 10 which leads into the sample gas guide 7.
  • a programmable control unit for the two pulse valves 1 and 4 makes it possible to synchronize the pulses of carrier gas 3 and auxiliary gas 6 with one another in such a way that an optimal combination of compression of the sample gas 11 in the flow direction and transverse to the flow direction is achieved.
  • the spatial expansion of the sample gas volume can thus be approximated to the ionization volume, which is given above all by the laser beam cross section.
  • a narrowing of the sample gas guide 7 (not shown) at the confluence with the auxiliary gas guide 8 leads to a better focusing of the gas jet from sample gas 11 on the central axis 12 of the gas jet from auxiliary gas 6 and thus to an increase in the sample density along the central axis 12 of the gas jet from auxiliary gas 6.
  • the sample gas 11 is compressed by a gas pulse from carrier gas 3 in the sample gas guide 7, this causes Constriction at the inlet to the auxiliary gas conduit 8 is a ver ⁇ strengthened compression of the sample gas 11 through the damming up of the sample before the constriction.
  • the narrowing leads to a slower emptying of the sample gas guide 7.
  • the narrowing of the gas jet from sample gas 11 and / or of the combined gas jet can be implemented in various ways. Constrictions in Laval or Venturi forms have proven to be an advantageous embodiment for the device according to the invention. Different nozzle shapes can be combined for the mouth of the sample gas guide 7 into the auxiliary gas guide 8 and the mouth 9 of the auxiliary gas guide 8 into the vacuum.
  • the device according to the invention is particularly suitable as an inlet part for an ion source.
  • the compression of the sample lengthways and crossways to the gas flow direction achieves a high degree of sample utilization and thus an increased sensitivity.
  • the device according to the invention is also advantageous as an inlet part for a fluorescence or absorption spectrometer.
  • the device according to the invention is also advantageous for generating a pulsed aerosol jet due to the properties described above.
  • the device according to the invention is mounted in the vacuum chamber directly above the ion source or the optical chamber for photoexcitation in such a way that the distance to the excitation or ionization volume is just the distance necessary to achieve the maximum cooling of the sample gas in the supersonic molecular beam (typically 3-5) cm; see R. Zimmermann, HJ Heger, ER Rohwer, EW Schlag, A. Kettrup, U. Boesl: "Coupling of Gas Chro atography with Jet-REMPI Spectroscopy and Mass Spectro- scopy "; Proceedings of the 8) th Resonance Ionization Spectroscopy Symposium (RIS-96); AIP-Conference Proceedings 388; 1997; 119 - 122).
  • the gas supplies are vacuum-tight through the vacuum chamber to the device according to the invention.
  • the gas reservoir pressure for the carrier gas 3 and the auxiliary gas 6 is typically 1-10 bar (preferably 1-3 bar), the carrier gas pressure preferably being higher than the auxiliary gas pressure.
  • the sample gas supply 10 is preferably carried out effusively via a GC capillary (inert surface).
  • the sample gas guide 7 is preferably made of quartz glass in order to avoid catalytic processes.
  • the effusively flowing sample gas 11 continuously fills the sample gas guide 7.
  • the pulse valve 4 is opened for the gas jet from auxiliary gas 4 (typical opening time 400 ⁇ s).
  • the gas jet from auxiliary gas 6 then fills the auxiliary gas guide 8.
  • the pulse valve 1 for the carrier gas jet 3 is opened by a second control unit.
  • the carrier gas 3 flows into the sample gas guide 7, compresses the sample gas 11 filling the sample gas guide 7 and pushes it downwards into the auxiliary gas guide 8 by means of a piston.
  • the position of the mouth of the sample gas guide 7 (on the central axis 12 of the auxiliary gas guide 8) makes this Gas flow direction compressed sample gas along the central axis 12 of the gas jet from auxiliary gas 6 enriched.
  • the auxiliary gas conduit 8 causes on the one hand a smaller spatial extension of the sample gas 11 (Higher sample gas density) along the central axis 12 of the gas jet from the auxiliary gas 6 and on the other a slower emptying of the sample gas channel 7 through the Accumulation of the sample gas 11 and the carrier gas 3 before the constriction.
  • the narrowing leads to a Einschnü ⁇ ren of the combined gas jet.
  • the auxiliary gas jet 6 enveloping the gas jet from sample gas 11 compresses it transversely to the direction of flow and thus brings about an additional focusing of the gas jet from sample gas 11 onto the central axis 12 of the gas jet from auxiliary gas 6. This results in a rapid spatial expansion of the gas jet from sample gas 11 during expansion prevented in a vacuum and thus a high sample gas density in the ionization volume achieved (high measuring sensitivity).
  • benzene is ideal as sample gas 11.
  • argon or helium is used as carrier gas 3 or auxiliary gas 6.
  • the sample gas 11 can be better injected into the auxiliary gas 6.
  • a sample gas pulse which is shorter in time is produced in the gas jet from auxiliary gas 6.
  • the delay time between the opening of the auxiliary gas is used for a fixed laser wavelength (excitation wave length for the Si - S 0 transition of benzene) -Pulse valve 4 and the opening of the carrier gas pulse valve 1 varies and the associated REMPI Signal (ionization yield) recorded.
  • the optimal temporal correlation between the opening of the auxiliary gas pulse valve 4 and the opening of the carrier gas pulse valve 1 results from the position of the maximum of the REMPI signal.
  • the time delay of the laser pulse compared to the gas pulses is varied with a fixed (optimal) correlation between the opening of the pulse valves 4 and 1. This results in the signal curve shown in FIG. 2A).
  • the delay time of the laser pulse compared to the opening of the auxiliary gas pulse valve 4 in microseconds and the associated REMPI signal in arbitrary units is plotted on the right in FIG. 2A).
  • a further minor signal increase is noticeable with a delay time of 850 ⁇ s.
  • 2 B) shows the rotation contour of the 6 ° band of benzene recorded in the signal maximum at a delay time of 1070 ⁇ s.
  • 2 C) shows the rotation contour of the 6 "band of benzene recorded at a delay time of 850 ⁇ s (small increase in signal).
  • the irradiated laser wavelength is plotted in nanometers and the associated REMPI signal in arbitrary units 2C), the sample can be assigned a rotation temperature of approximately 15 K at the signal maximum (delay time 1070 ⁇ s), while the rotation contour shown in FIG.
  • a rapid experiment control would therefore make it possible with the device according to the invention to determine the delay time of the laser between the individual laser pulses or after several to vary the pulse so that isomer-selective (in the signal maximum) and substance class-selective (in the small signal increase) are measured alternately.
  • This would make it possible to use a measurement to detect isomer-selective target compounds (e.g. benzo [a] pyrene from all benzopyrenes) that are particularly environmentally relevant but overlaid by several isomers and at the same time provide an overview of entire classes of substances (e.g. all PAHs in flue gas a technical incinerator).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls. Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren und die Vorrichtung so auszugestalten, dass eine maximale Teilchendichte erzeugt wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch Erzeugung eines geführten Probengasstrahls, Erzeugung eines gerichteten und geführten Hilfsgasstrahls, der vom geführten Probengasstrahl getrennt in der gleichen Richtung verläuft und Zusammenführung von Probengasstrahl und Hilfsgasstrahl über eine bestimmte Strecke und durch eine Vorrichtung, bestehend aus einer zentralen Probengasführung (7) mit Zuleitung und einer konzentrisch diese umgebende Hilfsgasführung (8) mit Zuleitung (6), wobei die Probengasführung (7) in der Hilfsgasführung (8) endet, gekennzeichnet durch ein Pulsventil (4) in der Zuleitung für das Hilfsgas.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls.
Eine schnelle On-line-Analytik für gasförmige Proben ist in vielen Bereichen der Forschung aber auch der Industrie eine Herausforderung. Sie könnte zur Erforschung, Überwachung von z.B. Rauchgasen aus Müllverbrennungsanlagen, Röstgasen bei der Kaf- feeröstung, Headspace-Analyse von Mineralölen, Bodenproben und die daraus gewonnenen Erkenntnisse als Parameter zur Prozeßsteuerung benutzt werden. Von besonderem Interesse sind dabei oft Verbindungen mit aromatischen Grundgerüst wie z. B. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) in Rauchgasen tech¬ nischer Verbrennungsanlagen. Da verschiedene Isomere der einzel¬ nen PAK unterschiedliche Umweltrelevanz bzw. Toxizität besitzen, ist es sinnvoll diese selektiv nachzuweisen.
Für eine schnelle On-line-Analytik bei gasförmigen Proben eignen sich besonders molekülspektroskopische Verfahren unter Verwendung der Überschall-Molekularstrahl-Technik. Dabei wird der Probengasstrahl adiabatisch in ein Vakuum expandiert, was zu einer Abnahme der inneren Energie der Probenmoleküle führt. Diese Abnahme der inneren Energie ist gleichbedeutend mit einer geringeren Temperatur. Die Probenmoleküle werden also durch die adiaba¬ tische Expansion gekühlt. Dies führt zu schmaleren Energiebanden, die im Gegensatz zu ungekühlten Proben nicht überlappen, für die Anregung der Moleküle. Da die zur Anregung benötigte Energie bei verschiedenen Verbindungen und auch bei den verschiedenen Isomeren einer Verbindung unterschiedlich ist, kann diese zum isomerenselektiven Nachweis verwendet werden. Beispielsweise durch die Anregung und anschließende Photoionisation (REMPI) mittels eines schmalbandigen Lasers wird so eine sehr hohe optische Selektivität bis hin zur Isomerenselektivität erreicht. Üblicherweise wird der Überschall-Molekularstrahl durch die Expansion eines kontinuierlichen oder auch gepulsten Gasstrahls durch eine kleine Düse in ein Vakuum erzeugt. Diese Methode wird bisher vor allem für spektroskopische Fragestellungen verwendet, wo Nachweisempfindlichkeiten keine Rolle spielen. Da sich der Probengasstrahl bei der Expansion schnell ausdehnt, was zu einer starken Abnahme der Probendichte führt, ist die erreichbare Nachweisempfindlichkeit deutlich schlechter als bei alternativen Einlaßtechniken, wie z. B. dem effusiven Gaseinlaß, bei dem keine Kühlung der Probenmoleküle stattfindet. Ziel für den Einsatz der selektiven Überschall-Molekularstrahl-Technik in der On-line-Analytik ist deshalb eine Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit.
Ein Vorschlag dafür ist in dem Artikel von S. W. Stiller und M. V. Johnston: "Supersonic Jet Spectroscopy with a Capillary Gas Chromatographie Inlet", Anal. Che . 1987, 59, 567 - 572, beschrieben. Stiller und Johnston entwickelten eine Kopplung von Gaschromatographie (GC) und laserinduzierter Fluoreszenzspektro- skopie (LIF) mit Überschall-Molekularstrahl-Technik (Jet) . Sie benutzten dazu eine Anordnung, bei der eine GC-Kapillare mittig in die konzentrische Führung eines Hilfsgasstrahls ragt. Das über die GC-Kapillare zugeführte Probengas wird in den Kern (Mittelachse) des Hilfsgasstrahls zugegeben. Durch eine sich verjüngende Öffnung werden Hilfsgasstrahl und der im Hilfsgasstrahl entlang der Mittelachse fokussierte Probengasstrahl in ein Vakuum kontinuierlich expandiert, wobei sich ein kontinuierlicher Überschall-Molekularstrahl ausbildet.
Die adiabatische Expansion des Gasstrahls in das Vakuum führt zu einer Kühlung der Hilfsgas- und der Probengasmoleküle. Durch die adiabatische Kühlung entstehen schärfer definierte Banden für die angeregten Zustände der Moleküle. Bei einer scharf definierten Energie (Laserwellenlänge) können dann nur bestimmte Probenmoleküle angeregt werden, was zu einer hohen optischen Selektivität führt. Durch die hohe optische Selektivität können die Probengasmolekule teilweise sogar isomerenselektiv detektiert werden.
Die sich konzentrisch verjungende Öffnung der Gasstrahlfuhrung zur Vakuumkammer hin bewirkt eine zusatzliche Fokussierung des Probengasstrahls auf die Mittelachse des Hilfsgasstrahls, so daß es bei der Expansion ms Vakuum zu einer verzögerten raumlichen Ausdehnung des Probengasstrahls kommt. Bei der nachfolgenden Ionisation oder Fluoreszenzanregung kann dann ein größerer Anteil der eingelassenen Probenmolekule bestrahlt werden (höhere Empfindlichkeit) , ohne den Wirkungsquerschnitt für die Anregung bzw. die Ionisation durch eine raumliche Aufweitung (geringere Leistungsdichte) des Laserstrahls zu verringern.
Zwar kann durch die von Stiller und Johnston beschriebene Vorrichtung die Probengasdichte im Anregungs- bzw. Ionisationsvolumen erhöht werden, aber durch den kontinuierlichen Gasstrahl werden zum einen die Hochvakuumbedingungen so stark gestört, daß Stoße zwischen den Probenmolekulen bzw. mit den Hilfsgasmoleku- len eine sinnvolle Messung unmöglich machen. Zum anderen werden zwischen den Laserpulsen große Anteile der Probe, die nicht ionisiert und damit nicht nachgewiesen werden, verschwendet.
Eine andere Vorrichtung zur Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit bei Anwendung der Uberschall-Molekularstrahl-Technik beschreiben B. V. Pepich, J. B. Callis, J. D. Sheldon Danielson und M. Gouterman m dem Artikel: "Pulsed free jet expansion System for high-resolution fluorescence spectroscopy of capillary gas Chromatographie effluents", Rev. Sei. Instrum. 57 (5), 1986, 878 - 887. Pepich et al. stellen darin eine GC-Uberschallmoleku- larstrahl-Kopplung für die laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie vor. Durch den gepulsten Einlaß wird u.a. eine erste Erhöhung der zur Analyse herangezogenen Probenmenge gegenüber dem effusiven Einlaß erreicht. Um den GC-Fluß durch den gepulsten Einlaß nicht zu unterbrechen, schlagt Pepich vor, die Probe ef- fusiv in eine Vorkammer einzulassen. In diese Vorkammer schießt ein gepulstes Tragergas, das gleichzeitig den für die Expansi- onskuhlung notigen Gasfluß bereitstellt. Dieses Tragergas ko - primiert dabei das Probengas in der Vorkammer und schiebt es einem Kolben gleich durch eine kleine Öffnung nach unten in eine optische Kammer, wo die Fluoreszenzanregung stattfindet. Durch die pulsierte Kompression und Injektion des Probengases in die optische Kammer kann bei der nachfolgenden Laseranregung eine größere Anzahl von Probenmolekülen erfaßt werden (Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit) . Das Ventilöffnen und der Laserpuls müssen dabei zeitlich aufeinander abgestimmt werden, um wirklich den Bereich des komprimierten Probengases im Gaspuls zu treffen.
Durch die Überschall-Molekularstrahl-Technik wird eine adiabatische Kühlung der Probe erreicht, wodurch sich die Selektivität der Methode erheblich steigern läßt.
Der von Pepich et al . gewählte Aufbau ermöglicht also eine repe- titive, zeitlich begrenzte Kompression der Probe in Gasflußrichtung und dadurch eine Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit. Er verhindert allerdings nicht das für die Überschall-Molekularstrahl-Technik typische schnelle räumliche Ausdehnen des Probengases, wodurch ein großer Teil des Probengases bei der Anregung oder Ionisation außerhalb des Anregungs- bzw. Ionisationsvolumens ist. Eine Aufweitung des Laserstrahls ist wiederum wegen einer starken Verschlechterung des Ionisationswirkungsquer- schnitts nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren und die Vorrichtung der e.g. Art so auszugestalten, daß eine maximale Teilchendichte erzeugt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale 1 bis 9. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und die Ansprüche 15 bis 17 nennen vorteilhalfte Verwendungen der Vorrichtung.
Der gerichtete Gasstrahl kommt nach dem erfindungsgemäßen Konzept dadurch zustande, daß ein geführter Probengasstrahl und ein gerichteter und geführter Hilfsgasstrahl erzeugt werden, wobei der gerichtete, geführte Hilfsgasstrahl vom geführten Proben- gasstrahl getrennt, aber in gleicher Richtung wie dieser verläuft und anschließend der Hil sgasstrahl und der Probengasstrahl über eine bestimmte Strecke zusammengeführt werden. Die Längen der Hilfsgas-, Probengasstrahlführung und der Strecke für die Zusammenführung beider Gasstrahlen muß dabei den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Bei einer längeren Strecke (mehrere Zentimeter) für die Zusammenführung beider Gasstrahlen ko rαt es zu einer stärkeren Durchmischung von Probengas und Hilfsgas als bei einer kürzeren Strecke (mehrere Millimeter) . Je nach dem ob eine Durchmischung erwünscht ist oder gerade vermieden werden soll, muß die Länge der Strecke für die Zusammenführung beider Gasstrahlen verschieden gewählt werden.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von Vorteil, den Hilfsgasstrahl gepulst zu erzeugen, da dadurch möglichst gute Hochvakuumbedingungen aufrechterhalten und so Störeinflüsse durch Stöße der Probenmoleküle untereinander oder mit den Hilfs- gasmolekülen vermieden werden können.
Günstig ist es, wenn nach einer bestimmten gemeinsamen Strecke der zusammengeführte Gasstrahl in seinem Querschnitt verengt wird. Dadurch wird ein schnelles räumliches Ausdehnen der Probe in der Ionisationskammer vermieden und - wie oben ausgeführt - ein größerer Anteil der Probe ionisiert wird, was zu einer Empfindlichkeitssteigerung führt. Falls der Probengasstrahl mit dem Hilfsgasstrahl entlang der Mittelachse des Hilfsgasstrahls zusammengeführt wird, bewirkt die Querschnittsverengung eine stärkere Fokussierung (quer zur Flußrichtung) des Probengases entlang der Mittelachse des Hilfsgasstrahls (höhere Dichte an Probenmolekülen) . Bei einer Fokussierung des Laserstrahls auf die Mittelachse des Hilfsgasstrahls wird durch die Kombination aus Erhöhung der Laserleistungsdichte am Ionisationsort und Erhöhung der Probendichte im Ionisationsvolumen eine Empfindlichkeitssteigerung erreicht.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin das Einbetten des Probengasstrahls in einen gepulsten Trägergasstrahl, da dadurch der Probengasstrahl in Flußrichtung des Gasstrahls komprimiert wird. Gelangt dieser komprimierte Probengaspuls in das Ionisationsvolumen, so wird mit einem Laserpuls ein größerer Anteil der Probengasmoleküle ionisiert, was zu einer effektiveren Ausnutzung der eingelassenen Probenmenge und damit zu einer Empfindlichkeitssteigerung führt.
Ist vorteilhafterweise vorgesehen eine zeitliche Korrelation zwischen den Pulsen des Trägergasstrahls und des Hilfsgasstrahls einzustellen, kann dadurch eine günstige Position des komprimierten Probengaspulses im Trägergaspuls gewählt werden. So kann eine optimale Kombination von Kompression der Probe durch den Trägergaspuls in Gasstrahl-Flußrichtung und Kompression der Probe durch den Hilfsgasstrom quer zur Flußrichtung erreicht werden. Dadurch kann das Probenvolumen dem Ionisationsvolumen im Laserstrahl angenähert werden. Bei einer zusätzlichen zeitlichen Korrelation der Gaspulse mit dem Laserpuls kann der Probenpuls immer nur zu dem Zeitpunkt, zu dem der Laser das Ionisationsvolumen bestrahlt, in das Ionisationsvolumen gebracht werden und so eine Verschwendung von Probenmolekülen zwischen den Laserpulsen (keine Ionisation von Probenmolekülen und damit kein Nachweis) vermieden werden. Dies führt zu einer maximalen Ausnutzung der eingelassenen Probenmenge und damit zu einer erheblichen Empfindlichkeitssteigerung gegenüber herkömmlichen gepulsten Überschal1-Molekularstrahl-Einlaßtechniken.
Vorteilhaft ist es, wenn nach einer Querschnittsverengung der Gasstrahl in ein Vakuum entspannt wird. Durch die Querschnittsverengung reichen schon kleinere Volumenströme und Gas-Reservoirdrücke aus, um einen Überschall-Molekularstrahl auszubilden. In diesem Überschall-Molekularstrahl findet durch adiabatische Expansion des Gasstrahls eine Kühlung der Moleküle statt, was - wie oben ausgeführt - die optische Selektivität des Verfahrens erheblich steigert.
Eine Verengung der Probengasführung vor der Mündung in die Hilfsgasführung wirkt sich zum einen günstig für die Komprimierung des Probengases aus, da sich beim Einlassen des gepulsten Trägergases die Probe an der Mündung in die Hilfsgasführung staut und nicht wie durch einen Kolben in den Hilfsgasstrahl geschoben wird. Durch das Aufstauen kommt es jedoch auch zu einem langsameren Leeren der Probengasführung, wodurch ein zeitlich breiterer Probengaspuls entsteht. Zum anderen bewirkt die Verengung eine Fokussierung des Probengasstrahls auf die Mittelachse des Hilfsgasstrahls.
Die Verengung des Probengasstrahls und/oder des zusammengeführten Gasstrahls kann verschiedenartig ausgeführt sein. Vorteilhaft erwiesen sich Verengungen in Laval- oder Venturi-Formen. Es können dabei verschiedene Düsenformen für die Mündung der Probengasführung in die Hilfsgasführung und die Mündung der Hilfsgasführung ins Vakuum kombiniert werden.
Es kann auch von Vorteil sein, eine Düse an der Mündung der Hilfsgasführung ins Vakuum aus elektrisch nicht leitendem Material zu benutzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen werden, daß inerte Materialien wie zum Beispiel Quarzglas an Oberflächen für alle Gasführungen, mit denen das Probengas in Kontakt kommt, verwendet werden. Dadurch können katalytische Prozesse, die zu einer Umwandlung der Pro- benzusamrαensetzung führen, vermieden werden.
Außerdem ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren so zu verwirklichen, daß die gesamte Probengaszuführung bis hin zum Auslaß in die Vakuumkammer heizbar ist, so daß Memory-Effekte durch Auskondensieren von Probenbestandteilen in der Probengasführung und -Zuleitung verhindert wird.
Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls gelöst, wobei ein geführter Probengasstrahl und ein gerichteter, geführter Hilfsgasstrahl, der vom geführten Probengasstrahl getrennt in der gleichen Richtung verläuft, erzeugt wird und der Probengasstrahl mit dem Hilfsgasstrahl anschließend über eine bestimmte Strecke gemeinsam geführt wird. Die erfmdungsgemaße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß der Probengasstrahl im Hilfsgasstrahl so plaziert werden kann, daß er entlang der Mittelachse des Hilfsgasstrahls gefuhrt w rd und dadurch eine schnelle raumliche Ausdehnung des Probengasstrahl bei der Expansion n ein Vakuum weitgehend verhindert wird.
Die Erfindung wird im folgendem anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels mit Hilfe der Figuren naher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfmdungsgemaße Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls. Die Gaszufuh- rungen und die Lage zur Ionenquelle sind dabei nicht mit dargestellt.
Fig. 2 A) zeigt ein mit der erf dungsgemaßen Vorrichtung aus Fig. 1 erhaltenes Spektrum für Benzol.
In Fig. 2 B) und Fig. 2 C) sind die Rotationskonturen der 6°- Bande von Benzol zu zwei verschiedenen Verzogerungszeiten aus Fig. 2 A) dargestellt, woraus sich die Rotationstemperatur der Benzolprobe zu diesen Verzogerungszeiten bestimmen laßt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erf dungsgemaßen Vorrichtung, wobei ein Gasstrahl aus Probengas 11 einen Gasstrahl aus Hilfsgas 6 eingebettet wird, besteht aus einer zentralen Probengasfuhrung 7 mit Zuleitung und einer konzentrisch diese umgebende Hilfsgasführung 8 mit Zuleitung, wobei die Probengas- fuhrung 7 in der Hilfsgasführung 8 endet. Das Hilfsgas 6 wird dabei durch ein Pulsvent l 4 mit Pulsventilduse 5 m der Zuleitung f r das Hilfsgas 6 der Hilfsgasführung 8 zugeführt. Die Gaszuleitungen für Hilfsgas 6, Tragergas 3 und Probengas 11 werden durch den Einlaßflansch ms Vakuum gefuhrt.
Eine Verengung an dem Ende der Hilfsgasführung 8, an dem die Probengasfuhrung 7 endet, ist äußerst vorteilhaft, da sich so schon bei relativ niedrigem Gas-Reservoirdruck und geringem Volumenstrom (wichtig für die Aufrechterhaltung guter Vakuumbedin- gungen) ein Überschall-Molekularstrahl bei der Expansion des Gasstrahls ins Vakuum ausbilden kann. Dadurch kommt es zur adiabatischen Kühlung der Probe und so zu einer Erhöhung der optischen Selektivität bei Photoionisation oder Absorptionsprozessen. Weiterhin bewirkt die Verengung an dem Ende der Hilfsgas¬ führung 8, an dem die Probengasführung 7 endet, ein Einschnüren des gemeinsam geführten Gasstrahls und führt somit zu einem langsameren räumlichen Ausdehnen des Gasstrahls bei der Expansion ins Vakuum. Dadurch wird eine höhere Probendichte im Ionisationsvolumen und deshalb eine Steigerung der Meßempfindlichkeit erreicht.
Eine Kompression des Probengases 11 in Flußrichtung wird durch ein Pulsventil 1 mit Pulsventildüse 2 zur Erzeugung eines Gaspulses aus Trägergas 3 in der Probengasführung 7 erreicht. Durch die Kompression des Probengases 11 kann die Dichte der Probengasmoleküle im Bestrahlungsvolumen des Laserstrahls und dadurch die Meßempfindlichkeit erhöht werden. Um hierbei den Probenfluß nicht zu unterbrechen, kann die Zugabe des Probengases 11 über eine Hilfsleitung 10, die in die Probengasführung 7 mündet, erfolgen.
Durch eine programmierbare Ansteuereinheit für die beiden Pulsventile 1 und 4 ist es möglich, die Pulse von Trägergas 3 und Hilfsgas 6 zeitlich so aufeinander abzustimmen, daß eine optimale Kombination von Kompression des Probengases 11 in Flußrichtung und quer zur Flußrichtung erreicht wird. So kann die räumliche Ausdehnung des Probengasvolumens dem Ionisationsvolumen, das vor allem durch den Laserstrahlquerschnitt gegeben ist, angenähert werden.
Eine (nicht eingezeichnete) Verengung der Probengasführung 7 an der Einmündung in die Hilfsgasführung 8 führt zu einer besseren Fokussierung des Gasstrahls aus Probengas 11 auf die Mittelachse 12 des Gasstrahls aus Hilfsgas 6 und somit zu einer Erhöhung der Probendichte entlang der Mittelachse 12 des Gasstrahls aus Hilfsgas 6. Bei einer Kompression des Probengases 11 durch einen Gaspuls aus Trägergas 3 in der Probengasführung 7 bewirkt die Verengung an der Einmündung in die Hilfsgasführung 8 eine ver¬ stärkte Kompression des Probengases 11 durch das Aufstauen der Probe vor der Verengung. Außerdem kommt es durch die Verengung zu einem verlangsamte Leeren der Probengasführung 7.
Die Verengung des Gasstrahls aus Probengas 11 und/oder des zusammengeführten Gasstrahls kann verschiedenartig ausgeführt sein. Als vorteilhafte Ausgestaltung für die erfindungsgemäße Vorrichtung erwiesen sich Verengungen in Laval- oder Venturi- Formen. Es können dabei verschiedene Düsenformen für die Mündung der Probengasführung 7 in die Hilfsgasführung 8 und die Mündung 9 der Hilfsgasführung 8 ins Vakuum kombiniert werden.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Einlaßteil für eine Ionenquelle. Durch die Kompression der Probe längs und quer zur Gas-Flußrichtung wird ein hoher Probenausnutzungsgrad und damit eine gesteigerte Meßempfindlichkeit erreicht.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Einlaßteil für ein Fluoreszenz- oder Absorptionsspektrometer .
Auch für die Erzeugung eines gepulsten Aerosolstrahls ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften von Vorteil.
Mittels der beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahl wird das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Vakuumkammer direkt über der Ionenquelle bzw. der optischen Kammer zur Photoanregung so angebracht, daß der Abstand zum Anregungs- bzw. Ionisationsvolumen gerade dem nötigen Abstand zum Erreichen der maximalen Kühlung des Probengases im Überschall-Molekularstrahl (typischerweise 3 - 5 cm; siehe R. Zimmermann, H.J. Heger, E.R. Rohwer, E.W. Schlag, A. Kettrup, U. Boesl: "Coupling of Gas Chro atography with Jet-REMPI Spectroscopy and Mass Spectro- scopy"; Proceedings of the 8 ) th Resonance Ionization Spectroscopy Symposium (RIS-96) ; AIP-Conference Proceedings 388; 1997; 119 - 122) entspricht.
Die GasZuführungen erfolgen vakuumdicht durch die Vakuumkammer hin zur erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Gas-Reservoirdruck für das Trägergas 3 und das Hilfsgas 6 liegt typischerweise bei 1 - 10 bar (vorzugsweise 1 - 3 bar) , wobei der Trägergasdruck vorzugsweise höher als der Hilfsgasdruck ist.
Die ProbengasZuführung 10 erfolgt vorzugsweise effusiv über eine GC-Kapillare (inerte Oberfläche) . Die Probengasführung 7 besteht vorzugsweise aus Quarzglas, um katalytische Prozesse zu vermeiden. Das effusiv einströmende Probengas 11 füllt kontinuierlich die Probengasführung 7. Durch eine Ansteuereinheit geregelt wird das Pulsventil 4 für den Gasstrahl aus Hilfsgas 4 geöffnet (typische Öffnungszeit 400 μs) . Der Gasstrahl aus Hilfsgas 6 füllt daraufhin die Hilfsgasführung 8. Mit einer zeitlichen Verzögerung (typisch 300 μs) wird das Pulsventil 1 für den Träger- gasstrahl 3 durch eine zweite Ansteuereinheit geöffnet. Das Trägergas 3 strömt in die Probengasführung 7, komprimiert das die Probengasführung 7 füllende Probengas 11 und schiebt es einem Kolben gleich nach unten in die Hilfsgasführung 8. Durch die Lage der Mündung der Probengasführung 7 (auf der Mittelachse 12 der Hilfsgasführung 8) wird das in Gasflußrichtung komprimierte Probengasll entlang der Mittelachse 12 des Gasstrahls aus Hilfsgas 6 angereichert.
Eine (nicht eingezeichnete) Verengung der Mundung der Probengas¬ führung 7 die Hilfsgasführung 8 bewirkt zum einen eine kleinere raumliche Ausdehnung des Probengases 11 (höhere Probengasdichte) entlang der Mittelachse 12 des Gasstrahls aus Hilfsgas 6 und zum anderen eine verlangsamte Leerung der Probengasführung 7 durch das Aufstauen des Probengases 11 und des Tragergases 3 vor der Verengung.
Eine Verengung der Mundung der Hilfsgasführung 8 ms Vakuum, z. B. durch eine Düse mit konischer Einlage 9, fuhrt zum einen zur notigen Druckdifferenz für die Ausbildung eines Uberschall- Molekularstrahls, der eine adiabatische Kühlung der Probenmoleküle bewirkt. Zum anderen fuhrt die Verengung zu einem Einschnü¬ ren des zusammengeführten Gasstrahls. Dadurch komprimiert der den Gasstrahl aus Probengas 11 umhüllende Hilfsgasstrahl 6 diesen quer zur Flußrichtung und bewirkt so eine zusatzliche Fokussierung des Gasstrahls aus Probengas 11 auf die Mittelachse 12 des Gasstrahls aus Hilfsgas 6. Dadurch wird ein schnelles räumliches Ausdehnen des Gasstrahls aus Probengas 11 bei der Expansion ins Vakuum verhindert und so eine hohe Probengasdichte im Ionisationsvolumen erreicht (hohe Meßempfindlichkeit) .
Zur Überprüfung der Kuhlungseigenschaften im Überschall-Molekularstrahl eignet sich Benzol als Probengas 11 hervorragend. Um eine gute Kühlung zu erreichen, wird Argon oder Helium als Tragergas 3 bzw. Hilfsgas 6 verwendet.
Ist der Tragergasdruck großer als der Hilfsgasdruck, kann das Probengas 11 besser in das Hilfsgas 6 eingeschossen werden. Es entsteht so ein zeitlich kürzerer Probengaspuls im Gasstrahl aus Hilfsgas 6.
Um eine optimale zeitliche Korrelation zwischen dem Offnen des Hilfsgas-Pulsventils 4 und dem Offnen des Tragergas-Pulsventils 1 zu finden, wird bei fester Laserwellenlange (Anregungswellen- lange für den Si - S0 - Übergang von Benzol) die Verzogerungszeit zwischen dem Offnen des Hilfsgas-Pulsventils 4 und dem Offnen des Tragergas-Pulsventils 1 variiert und das dazugehörige REMPI- Signal (Ionisationsausbeute) aufgezeichnet. Aus der Lage des Maximums des REMPI-Signals ergibt sich die optimale zeitliche Korrelation zwischen dem Offnen des Hilfsgas-Pulsventils 4 und dem Offnen des Tragergas-Pulsventils 1.
Für die optimale zeitliche Korrelation des Laserpulses zur Ionisation und den beiden Gaspulsen 6, 3 wird bei fester (optimaler) Korrelation zwischen dem Offnen der Pulsventile 4 und 1 die zeitliche Verzögerung des Laserpulses gegenüber den Gaspulsen variiert. Dabei ergibt sich der in Fig. 2 A) dargestellte Signalverlauf. Nach rechts ist in Fig. 2 A) die Verzogerungszeit des Laserpulses gegenüber dem Offnen des Hilfsgas-Pulsventils 4 in Mikrosekunden und nach oben das dazugehörige REMPI-Signal in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Neben dem eigentlichen Signalmaximum bei 1070 μs, das durch den komprimierten Probengaspuls entsteht, fallt bei einer Verzogerungszeit von 850 μs eine weitere kleinere Signaluberhohung auf. Fig. 2 B) zeigt die im Signalmaximum bei 1070 μs Verzogerungszeit aufgenommene Rotationskontur der 6°- Bande von Benzol. Fig. 2 C) zeigt die bei 850 μs Verzogerungszeit (kleine Signaluberhohung) aufgenommene Rotationskontur der 6" -Bande von Benzol. In beiden Abbildungen ist nach rechts die eingestrahlte Laserwellenlange in Nanometer und nach oben das dazugehörige REMPI-Signal m willkürlichen Einheiten aufgetragen. Aufgrund der Rotationskontur in Fig. 2C) laßt sich der Probe im Signalmaximum (Verzogerungszeit 1070 μs) eine Rotationstemperatur von ca. 15 K zuordnen, wahrend die in Fig. 2 B) gezeigte Rotationskontur der einer ungekuhlten Probe entspricht. Rotationstemperaturen von wenigen Kelvin, wie bei einer Verzogerungszeit von 1070 μs, erlauben m vielen Fallen einen isomerenselektiven Nachweis einzelner Zielverbindungen, wahrend bei höheren Rotationstemperaturen (Fig. 2B) die Molekülbanden so stark überlappen, daß meist ganze Substanzklassen nachgewiesen werden.
Durch eine schnelle Experimentsteuerung wäre es also mit der er- findungsgemaßen Vorrichtung möglich, die Verzogerungszeit des Lasers zwischen den einzelnen Laserpulsen oder nach mehreren La- serpulsen so zu variieren, daß abwechselnd isomerenselektiv (im Signalmaximum) und substanzklassenselektiv (in der kleinen Signalüberhöhung) gemessen wird. Dadurch wäre es möglich mit einer Messung besonders umweltrelevante, aber durch mehrere Isomere einer Verbindung überlagerte Zielverbindungen (z. B. Benzo [a]pyren aus allen Benzpyrenen) isomerenselektiv nachzuweisen und gleichzeitig einen Überblick über ganze Substanzklassen (z. B. alle PAK im Rauchgas einer technischen Verbrennungsanläge) zu bekommen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugung eines geführten Probengasstrahls, b) Erzeugung eines gerichteten und geführten Hilfsgasstrahls, der vom geführten Probengasstrahl getrennt in der gleichen Richtung verläuft und c) Zusammenführung von Probengasstrahl und Hilfsgasstrahl über eine bestimmte Strecke.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgasstrahl gepulst erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer bestimmten gemeinsamen Strecke der zusammengeführte Gasstrahl in seinem Querschnitt verengt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Probengasstrahl in einem gepulsten Träger¬ gasstrahl eingebettet wird, wodurch der Probengasstrahl kom¬ primiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitliche Korrelation zwischen den Pulsen des Trägergasstrahls und des Hilfsgasstrahls eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß nach der Querschnittsverengung das Gas entspannt wird, wobei das Gas adiabatisch gekühlt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Probengasstrahl vor der Vereinigung mit dem Hilfsgasstrahl verengt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verengung der Gasstrahlen Laval- oder Ven- turidüsen verwendet werden.
9. Vorrichtung zur Erzeugung eines gerichteten Gasstrahls, wobei ein Probengasstrahl (11) in einem Hilfsgasstrahl (6) eingebettet ist, bestehend aus einer zentralen Probengasführung
(7) mit Zuleitung und einer konzentrisch diese umgebende Hilfsgasführung (8) mit Zuleitung, wobei die Probengasführung (7) in der Hilfsgasführung (8) endet, gekennzeichnet durch ein Pulsventil (4) in der Zuleitung für das Hilfsgas (6) .
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 gekennzeichnet durch eine Verengung an dem Ende der Hilfsgasführung (8), an dem die Probengasführung (7) endet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 gekennzeichnet durch eine Hilfsleitung (10) zur Zugabe des Probengases (11) in die Probengasführung (7) und ein Pulsventil (1) zur Erzeugung eines Gaspulses aus Trägergas (3) in der Probengasführung (7), wobei durch den Gaspuls aus Trägergas (3) das Probengas (11) komprimiert wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 gekennzeichnet durch eine programmierbare Ansteuereinheit der Pulsventile
(1, 4) zur Veränderung der zeitlichen Abstimmung der Pulse von Trägergas (3) und Hilfsgas (6) aufeinander.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 gekennzeichnet durch eine Verengung der Probengasführung (7) an der Einmündung in die Hilfsgasführung (8) .
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung von Probengasführung (7) und/oder Hilfsgasführung (8) durch Laval- oder Venturidüsen realisiert sind.
15. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14 als Einlaßteil für eine Ionenquelle.
16. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 als Einlaßteil für ein Fluoreszenz- oder Absorptionsspektro- meter .
17. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 zur Erzeugung eines gepulsten Aerosolstrahls .
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