Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

EP1220285A2 - Ion source in which a UV/VUV light source is used for ionization - Google Patents

Ion source in which a UV/VUV light source is used for ionization Download PDF

Info

Publication number
EP1220285A2
EP1220285A2 EP01120299A EP01120299A EP1220285A2 EP 1220285 A2 EP1220285 A2 EP 1220285A2 EP 01120299 A EP01120299 A EP 01120299A EP 01120299 A EP01120299 A EP 01120299A EP 1220285 A2 EP1220285 A2 EP 1220285A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vuv
ionization
gas
ion source
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP01120299A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1220285A3 (en
EP1220285B1 (en
Inventor
Andreas Ulrich
Fabian Mühlberger
Ralf Dr. Zimmermann
Antonius Prof. Dr. Kettrup
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.)
Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches F
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH filed Critical Helmholtz Zentrum Muenchen Deutsches Forschungszentrum fuer Gesundheit und Umwelt GmbH
Publication of EP1220285A2 publication Critical patent/EP1220285A2/en
Publication of EP1220285A3 publication Critical patent/EP1220285A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1220285B1 publication Critical patent/EP1220285B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/162Direct photo-ionisation, e.g. single photon or multi-photon ionisation

Definitions

  • the invention relates to an ion source in the UV / VUV light is used for ionization, according to the generic term of Claim 1, and their use.
  • VUV light can be generated by so-called micro hollow cathode lamps become.
  • One or more burning at the same time Discharges in small (typically 100 ⁇ m diameter) openings in constricted in a dielectric.
  • gas discharge parameters with can scale the product of diameter and gas pressure with the arrangement in turn, because of the small diameter with high Gas pressure maintain a stable glow discharge and VUV excimer light is generated in the dense gas [1].
  • Another alternative variant for generating brilliant UV / VUV radiation is a discharge in dense noble gases between pointed metal electrodes or a pointed metal electrode and a metal surface. These varinates of the corona discharge are operated with both high frequency and direct voltage [D. E. Murnick, M. Salvermoser, private communication, Gaseous Electronics Conference “GEC” 2000, 24.-27. October, Houston, Texas, USA, accepted for publication].
  • a particularly suitable for ion sources UV / VUV light source is the electron beam pumped structure described below.
  • Vacuum ultraviolet light generation in the light source which generates the ions in the ion source by photoionization, is carried out by exciting a dense gas with an electron beam [2, 3].
  • the gas usually consists of one of the noble gases He, Ne, Ar, Kr or Xe or a noble gas and the admixture of another gas, such as hydrogen.
  • VUV generation process in a gas cell is very inefficient. Therefore, powerful and therefore very expensive, large solid-state lasers are used (mostly Nd: YAG lasers with 355 nm). In operation, high additional costs arise from flash lamps (needed to pump the laser medium) and maintenance. Farther can generally only be a single one with a solid-state laser VUV wavelength can be generated (118 nm when using 355 nm laser radiation). Tunable solid-state lasers are extreme complex and cannot be used for practical analytical tasks. Frequency tripling is a very sensitive one nonlinear process, its VUV yield with the third power the primary radiation is scaled. This leads to a high one System instability and fluctuations in VUV yield. Furthermore, there is a complex separation of the primary radiation 355 nm necessary for fragmentation by VUV absorption to prevent ions formed.
  • Deuterium lamps based on a gas discharge in a deuterium gas can also be used and if they have a window that is transparent to vacuum ultraviolet light, e.g. B consisting of MgF 2 or LiF, emit continuum radiation and the so-called Lyman and Werner molecular bands around 160 and 130 nm, respectively.
  • Deuterium lamps are commercially available from various manufacturers.
  • VUV can light with so-called dielectrically disabled Discharges are generated, with a gas discharge at least one of the electrodes with a non-conductive layer is provided. [9].
  • a gas discharge at least one of the electrodes with a non-conductive layer is provided.
  • the object of the invention is an ion source with a light source to provide high useful photon density as well indicate an advantageous use
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of the ionization region of a time-of-flight mass spectrometer with VUV Eximer lamp ionization.
  • FIG. 2 shows a section of the beam coupling and
  • FIG. 3 shows the entire mass spectrometer with the VUV Eximerlampe.
  • Figure 4 shows different options for coupling the UV / VUV light into the ionization chamber 14 or to the ionization site 23.
  • FIGS. 5 and 6 show examples Application results with the developed prototype.
  • the VUV Eximer lamp unit is e.g. via a flange to the Ionization chamber 14 coupled.
  • the upper part of the lamp serves for generating an electron beam 8 with the electron gun 1 and has a vacuum.
  • the electron tube 2 is about a getter pump 4 or a pump nozzle 5 is evacuated.
  • the Electron beam 8 is focused on the film 3.
  • the foil e.g. made of ceramic silicon nitride and separates that High vacuum of the electron tube 2 from the gas space 9.
  • the gas room 9 there is a gas mixture that is pumped over the electron beam Excimer process in the UV / VUV spectral range lights up (radiative Decay of the excimers).
  • the gas space 9 is a Getter 10 cleaned.
  • the lens 12 consists of UV / VUV transparent material (e.g. made of MgF2 or LiF) and separates the Gas space 9 from the ionization space 14 of the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS).
  • TOFMS time-of-flight mass spectrometer
  • a multimicrochannel light guide 24 or 25 can be used.
  • a multi-micro-channel light guide 24 consists of a bundle with a large number of narrow capillaries (analogous to a micro-channel plate).
  • the UV / VUV light that falls through the capillaries can reach the ionization chamber 14, which has a vacuum. If the capillaries are sufficiently long and thin, the gas flow from the gas space 9 through the multimicrochannel light guide 24 into the ionization space 14 is very low (ie the vacuum in 14 is not overloaded too much).
  • the UV / VUV light either falls directly through the clear width of the capillary or is guided through one or more total reflections through the capillaries of the multimicrochannel light guide 24.
  • a multimicrochannel light guide 25 can be used, which allows the transmitted UV / VUV light beam 22 to be focused on the ionization site 23 by a conical taper of the capillary bundle.
  • the main advantage of using multimicrochannel light guides 24 or 25 is that they can transmit VUV light with wavelengths less than 110 nm.
  • Optical lenses 12 or windows for decoupling can only be used up to approximately this wavelength due to the self-absorption of the material (LiF, MgF 2 ).
  • Other sample gas inlet techniques such as pulsed [11] or continuous supersonic molecular beams [12] can also be used.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS, without representation of the vacuum pumps, of the reflectron ion mirror and other details) with electron beam pumped Excimer-ionization.
  • TOFMS time-of-flight mass spectrometer
  • the UV / VUV light from the electron beam pumped excimer lamp 20 becomes the optical elements described above in the from the inlet needle 15 emerging effusive molecular beam focused.
  • the Voltages in the ion source (simplified here with the electrodes 18, 16 and 17) are chosen so that the ionization space is field free.
  • the by single-photon absorption of VUV photons are not formed by electrical ions Fields affected.
  • the ions formed are thus enriched at and around the ionization site 23.
  • This ion enrichment can be operated for about a few ⁇ s, then leave the Ions due to space charge effects and airspeed the particles from the effusive molecular beam again the acceptance volume of the time-of-flight mass spectrometer (i.e. the Volume that can be imaged on the ion detector 21).
  • the controlled, pulsable high-voltage supply 19 suddenly suitable Potentials applied to the electrodes 18, 16 and 17.
  • the Rising edges of the voltage pulses are usually in the range of a few ns.
  • the ions are accelerated to the detector 21. in the field-free drift space (space between aperture 17 and detector 21) the ions separate according to their mass.
  • the time-of-flight mass spectrum is on the detector 21 with suitable electronics (not shown) registered.
  • Apertures 16 and 17 can be made of perforated screens with or without nets or just consist of networks.
  • the mass resolution and sensitivity in the operation of the TOFMS with ionization described above is limited by continuously shining VUV excimer lamps, because of the continuous operation of the lamp new ions are also formed during the ion withdrawal. These "subsequently" formed ions reach the detector later than ions formed during the enrichment period Mass (i.e. there are peak broadenings and an increased background signal on).
  • VUV excimer lamp can operate through the pulsed mode the VUV excimer lamp can be avoided.
  • the electron beam 8 is pulsed (e.g. by pulsed Aperture in the electron gun or through baffles) the film 3 steered.
  • the electron density can be increased thermally without the film 3 to overload.
  • VUV light emission 22 breaks within 500 to 1000 ns together. This can be exploited to get the ions from the ion source with already significantly reduced VUV light intensity deducted.
  • FIG. 5 shows measured parameters of the VUV excimer lamp ionization TOFMS (prototype) in pulsed operation. The upper trace shows the light pulse from the excimer lamp measured with a photodetector.
  • the middle track shows that Withdrawal pulse from the ion source and the lower trace shows the ion detector signal.
  • Piperidine (85 m / z) and Toluene (92 m / z) the corresponding mass peaks are in the lower one Trace visible.
  • VUV excimer lamp ionization is that by the choice of gas in the gas space 9 different wavelengths can be adjusted.
  • the selectivity of single-photon ionization is based on that only molecules whose ionization energy can be ionized below the photon energy of the incident VUV light is. This allows the ionization to be suppressed of compounds such as oxygen, nitrogen or noble gases, which have very high ionization energies. Hence the VUV ionization very good for on-line analysis of trace compounds from air or process gases (exhaust gases) because the main components the gas mixture cannot be ionized. Farther can also be a by using different wavelengths more precise statement about the composition of the observed Peaks in the mass spectrum can be achieved. For example with photon energies of about 9 eV, an involvement of aliphatic organic compounds excluded on the mass spectrum become.
  • Table 1 shows different gases or Gas mixtures with the corresponding emission wavelengths (maximum values) given.
  • Figure 6 shows the emission profiles of the VUV excimer lamp for argon (left, top) and krypton (left, below). The ionization energies of are also shown Benzene and toluene. On the right are the related ones measured TOFMS mass spectra of a mixture of benzene (92 m / z) and toluene.
  • the argon excimer emission (top) is 128 nm (9.7 eV). Both benzene and toluene are therefore efficiently ionized.
  • the Krypton Excimer Emission (Bottom) is 150 nm (8.2 eV).
  • toluene is right in the center the emission curve, while benzene only from a "shoulder emission" is detected on the high-energy side.
  • the toluene peak is therefore orders of magnitude more intense than the benzene peak.
  • Exhaust gas was released via an on-line sampling system a motorcycle (TYPE 43F) via the inlet needle 15 into the mass spectrum admitted.
  • the lamp was operated with argon (128 nm).
  • the figure shows a 3D plot of the mass spectrometric Information (mass, time, intensity) recorded during a starting process of the motorcycle.
  • Different aromatic compounds Benzene and methylated benzenes
  • Mass spectrometer with VUV excimer lamp ionization can advantageous for fast time-resolved online analysis of Process gases or used for headspace analysis.
  • Possible Fields of application are, for example, in the food industry (Monitoring of roasting, baking, cooking or Maturation processes etc.) of the chemical industry (monitoring of Syntheses, waste streams, mineral oil processing etc.), in the monitoring of combustion processes and other production processes.
  • VUV excimer lamp ionization can also be used with other types of mass spectrometers, that don't work pulsed like TOFMS, be used.
  • FIG. 8 shows one according to the invention built-up VUV excimer lamp with optical elements for focusing of the VUV light onto the ionization region of a Quadrupole mass spectrometer.
  • the ion source 29 is generated a continuous ion beam.
  • the Andes Quadruplolstäben 27 applied alternating electric fields (from control 28) only allow ions of one mass at a time pass from the ion beam to the detector 30.
  • Quadrupole mass spectrometer By changing the alternating fields by means of the controller 28 can be Quadrupole mass spectrometer in succession on a transmission different masses and so can a mass spectrum be included. Possible fields of application of the Quadrupole mass spectrometry with VUV excimer lamp ionization are, for example, in the area of the food industry (monitoring of roasting, baking, cooking or ripening processes etc.) chemical industry (monitoring of syntheses, waste streams, mineral oil processing, etc.) during monitoring of combustion processes and other production processes.
  • GC-MS is a standard technique of organic trace analysis.
  • VUV light for ionization for mass spectrometry in gas chromatography mass spectrometry Coupling brings another level of selectivity to the Mass spectrometry.
  • Certain connections with higher levels Ionization energies can be excluded from ionization become.
  • a fragmentation-free ionization is compared achieved the standard technique of electron impact ionization (EI).
  • EI electron impact ionization
  • Different types of mass spectrometers ion trap MS, Sector field MS, Qudrupol MS, Flight time MS can be used for this Purpose.
  • FIG. 9 shows the schematic structure an ionization cell detector with the VUV excimer lamp 20 of the generic type.
  • the ionization cell i.e. the ionization space 14
  • a suitable trigger voltage is applied.
  • the sample gas passes between electrodes 31 and 32 via an inlet 15 to the ionization zone.
  • an ammeter 34 can the photocurrent (photo ion current and photo electron current) be detected.
  • Such a detector has roughly the properties of a flame ionization detector, so it responds to most organic Compounds and on some inorganic species.
  • a VUV excimer lamp ionization cell detector can be beneficial for different Applications are used. For example, he can can be used as a detector for gas chromatography.
  • a Another possible application is the use as a sensor for the Occurrence of organic compounds in gas mixtures.
  • Figure 10 shows an example of the structure of an excimer VUV lamp in which one of the two excimer light sources is used by means of an electron gun 1 36 of the generic type depending on the adjacent electric field pumped between the deflection electrodes 35 and is thus brought to light.
  • the gas spaces 9 are filled of the two excimer light sources with different gases or Gas mixtures (see Tab. 1), the photons have the generated Light of the two excimer light sources is different Photon energy.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle, bei der die Ionen durch UV/VUV-Licht ionisiert wurden und deren Verwendung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ionenquelle mit einer Lichtquelle hoher Nutzphotonendichte zur Verfügung zu stellen sowie eine vorteilhafte Verwendung anzugeben. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Lichtquelle entweder aus einer Deuteriumlape, einer Mikrohohlkathodenlampe, einer Mikrospitzenlampe, einer Gleichstromentladungslampe, einer Barriereentladungslampe oder einer elektronenstrahlbetriebenen UV/VUV Lampe mit folgenden Bauteilen, einer Elektronenkanone, einer Membran, welche den Raum der Elektronenkanone gegen einen Gasraum abschießt und durch den der Elektronenstrahl durchtritt, einem Edelgas bzw. einer edelgashaltigen Gasmischung in dem Gasraum, wobei der durch die Membran tretende Elektronenstrahl im Gasraum Licht erzeugt und optischen Bauelementen zum Abbilden des Licht-Emissionsvolumens in den Ionisationsraum besteht.The invention relates to an ion source in which the ions have been ionized by UV / VUV light and the use thereof. The object of the invention is to provide an ion source with a light source of high useful photon density and to indicate an advantageous use. This task is solved by the fact that the light source consists either of a deuterium tape, a hollow micro cathode lamp, a micro tip lamp, a direct current discharge lamp, a barrier discharge lamp or an electron beam operated UV / VUV lamp with the following components, an electron gun, a membrane, which separates the space of the electron gun against a gas space shoots and through which the electron beam passes, a noble gas or a noble gas-containing gas mixture in the gas space, the electron beam passing through the membrane generating light in the gas space and optical components for imaging the light emission volume in the ionization space.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Ionenquelle bei der UV/VUV-Licht zur Ionisation verwendet wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie deren Verwendung.The invention relates to an ion source in the UV / VUV light is used for ionization, according to the generic term of Claim 1, and their use.

VUV - Licht kann durch sogenannte Mikrohohlkathodenlampen erzeugt werden. Dabei werden eine oder mehrere parallel brennende Entladungen in kleine (typisch 100 µm Druchmesser) Öffnungen in einem Dielektrikum eingeschnürt. Da Gasentladungsparameter mit dem Produkt aus Durchmesser und Gasdruck skalieren, kann mit der Anordnung wiederum, wegen des kleinen Durchmessers mit hohem Gasdruck eine stabile Glimmentladung aufrechterhalten und in dem dichten Gas VUV-Excimerlicht erzeugt werden [1].VUV light can be generated by so-called micro hollow cathode lamps become. One or more burning at the same time Discharges in small (typically 100 µm diameter) openings in constricted in a dielectric. Because gas discharge parameters with can scale the product of diameter and gas pressure with the arrangement in turn, because of the small diameter with high Gas pressure maintain a stable glow discharge and VUV excimer light is generated in the dense gas [1].

Eine weitere alternative Variante zur Erzeugung brillanter UV/VUV Strahlung ist eine Entladung in dichten Edelgasen zwischen spitzen Metallelektroden bzw. einer Spitzen Metallelektrode und einer Metallfläche. Diese Varinaten der Koronaentladung werden sowohl mit Hochfrequenz als auch Gleichspannung betrieben [D. E. Murnick, M. Salvermoser, priv. Mitteilung, Gaseous Electronics Conference "GEC" 2000, 24.-27. Oktober, Houston, Texas, USA, zur Veröffentlichung angenommen].Another alternative variant for generating brilliant UV / VUV radiation is a discharge in dense noble gases between pointed metal electrodes or a pointed metal electrode and a metal surface. These varinates of the corona discharge are operated with both high frequency and direct voltage [D. E. Murnick, M. Salvermoser, private communication, Gaseous Electronics Conference "GEC" 2000, 24.-27. October, Houston, Texas, USA, accepted for publication].

Eine besonders für Ionenquellen geeignete UV/VUV-Lichtquelle ist der im folgenden beschriebene elektronenstrahlgepumpte Aufbau.
Die Vakuumultraviolettlichterzeugung in der Lichtquelle, die in der Ionenquelle die Ionen durch Photoionisation erzeugt, erfolgt durch die Anregung eines dichten Gases mit einem Elektronenstrahl [2, 3]. Das Gas besteht in der Regel aus einem der Edelgase He, Ne, Ar, Kr oder Xe bzw. einem Edelgas und der Beimischung eines anderen Gases, wie zum Beispiel Wasserstoff.
A particularly suitable for ion sources UV / VUV light source is the electron beam pumped structure described below.
Vacuum ultraviolet light generation in the light source, which generates the ions in the ion source by photoionization, is carried out by exciting a dense gas with an electron beam [2, 3]. The gas usually consists of one of the noble gases He, Ne, Ar, Kr or Xe or a noble gas and the admixture of another gas, such as hydrogen.

Stand der TechnikState of the art

Massenspektrometrie mit laserbasierter VUV Einphotonenionisation wobei das VUV Licht aus UV-Laserpulsen durch Frequenzverdreifachung in einer Gaszelle erzeugt wird, und deren Einsatz für die chemische Analytik ist in der Literatur beschrieben [5-8]. Allerdings weist die laserbasierte Generation von VUV Licht einig gravierende Nachteile auf.Mass spectrometry with laser-based VUV single-photon ionization the VUV light from UV laser pulses by frequency tripling is generated in a gas cell, and their use chemical analysis is described in the literature [5-8]. However, the laser-based generation of VUV shows light some serious disadvantages.

Der VUV Erzeugungsprozeß in einer Gaszelle ist sehr ineffizient. Daher müssen leistungsstarke und damit auch sehr teure, große Festkörperlaser eingesetzt werden (meist Nd:YAG Laser mit 355 nm). Im Betrieb entstehen hohe Nebenkosten durch Blitzlampen (zum Pumpen des Lasermediums benötigt) und Wartung. Weiterhin kann mit einem Festkörperlaser im allgemeinen nur eine einzige VUV Wellenlänge erzeugt werden (118 nm bei Verwendung von 355 nm Laserstrahlung). Abstimmbare Festkörperlaser sind extrem aufwendig und für praktische analytische Aufgaben nicht einsetzbar. Die Frequenzverdreifachung ist ein sehr empfindlicher nichtlinearer Prozeß, dessen VUV-Ausbeute mit der dritten Potenz der Primärstrahlung skaliert. Dies führt zu einer hohen Instabilität des Systems und zu Schwankungen in der VUV-Ausbeute. Weiterhin ist eine aufwendige Separation der Primärstrahlung 355 nm notwendig um eine Fragmentierungen der durch VUV-Absorption gebildeten Ionen zu verhindern.The VUV generation process in a gas cell is very inefficient. Therefore, powerful and therefore very expensive, large solid-state lasers are used (mostly Nd: YAG lasers with 355 nm). In operation, high additional costs arise from flash lamps (needed to pump the laser medium) and maintenance. Farther can generally only be a single one with a solid-state laser VUV wavelength can be generated (118 nm when using 355 nm laser radiation). Tunable solid-state lasers are extreme complex and cannot be used for practical analytical tasks. Frequency tripling is a very sensitive one nonlinear process, its VUV yield with the third power the primary radiation is scaled. This leads to a high one System instability and fluctuations in VUV yield. Furthermore, there is a complex separation of the primary radiation 355 nm necessary for fragmentation by VUV absorption to prevent ions formed.

Neben der laserbasierten VUV Einphotonenionisation ist prinzipiell auch der Einsatz von konventionellen Niederdruck Emissionslampen (z.B. Quecksilberdampf-Lampe) zur Ionenerzeugung für die Massenspektrometrie möglich.In addition to the laser-based VUV single-photon ionization is in principle also the use of conventional low pressure emission lamps (e.g. mercury vapor lamp) for ion generation for mass spectrometry possible.

Außerdem können Deuteriumlampen verwendet werden, die auf einer Gasentladung in einem Deuteriumgas basieren und wenn sie mit einem für vakuumultraviolettes Licht durchlässigen Fenster, z. B bestehend aus MgF2 oder LiF versehen sind, Kontinuumsstrahlung sowie die sogenannten Lyman- und Werner-Molekülbanden um 160 bzw. 130 nm emittieren. Deuteriumlampen sind von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich.Deuterium lamps based on a gas discharge in a deuterium gas can also be used and if they have a window that is transparent to vacuum ultraviolet light, e.g. B consisting of MgF 2 or LiF, emit continuum radiation and the so-called Lyman and Werner molecular bands around 160 and 130 nm, respectively. Deuterium lamps are commercially available from various manufacturers.

Des weiteren kann VUV Licht mit sogenannter dielektrisch behinderten Entladungen erzeugt werden, wobei bei einer Gasentladung mindestens eine der Elektroden mit einer nichtleitenden Schicht versehen ist. [9]. Bei dieser Anordnung kann, zum Beispiel in dichten, kalten Edelgasen durch Anlegen einer mittelfrequenten Wechselspannung an die Elektroden Excimerlicht im VUV-Bereich erzeugt werden.Furthermore, VUV can light with so-called dielectrically disabled Discharges are generated, with a gas discharge at least one of the electrodes with a non-conductive layer is provided. [9]. With this arrangement, for example, in dense, cold noble gases by applying a medium frequency AC voltage to the electrodes excimer light in the VUV range be generated.

Diese Lampen erzeugen jedoch ein breites Spektrum an Wellenlängen (erfordert Wellenlängenseparation und bedingt eine geringe Nutzphotonendichte) und sind wenig brilliant (das bedingt beispielsweise eine schlechte Fokussierbarkeit).However, these lamps produce a wide range of wavelengths (requires wavelength separation and requires a low one Usable photon density) and are not very brilliant (for example poor focusability).

Aufgabe und BeispieleTask and examples

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ionenquelle mit einer Lichtquelle hoher Nutzphotonendichte zur Verfügung zu stellen sowie eine vorteilhafte Verwendung anzugebenThe object of the invention is an ion source with a light source to provide high useful photon density as well indicate an advantageous use

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by the features of the claims 1 and 7. The subclaims describe advantageous refinements the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1
Ionisationsraum eines Flugzeitmassenspektrometers mit elektronenstrahlgepumpter Excimer VUV-Lampe.
Figur 2
Detaildarstellung eines Teils der Excimer-VUV-Lampe mit einem Parabolspiegel zur Zusammenfassung des UV/VUV-Lichtes.
Figur 3
Übersichtsdarstellung des Flugzeitmassenspektrometers (TOFMS) mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation.
Figur 4
Optische Aufbauten zur Einkopplung des UV/VUV-Lichtes in die Ionisationsregion des Flugzeitmassenspektrometers (TOFMS).
Figur 5
Gemessene Zeitabläufe während eines Nachweiszyklus mit einem Excimer-VUV-Lampen-Ionisations Flugzeitmassenspektrometer (Prototyp). Dargestellt sind der VUV-Lichtimpuls (Kr), Abzugspannungsimpuls und das Ionendetektorsignal.
Figur 6
Wellenlängenselektivität der Massenspektrometrie mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation. Dargestellt ist das Wellenlängenspektrum der Argon bzw. Krypton Excimer-Emission sowie die korrespondierenden Excimer-VUV-Lampen-Ionisation Flugzeitmassenspektren einer Mischung aus Benzol und Toluol.
Figur 7
Mit einem Excimer-VUV-Lampen-Ionisations Flugzeitmassenspektrometer (Prototyp) durchgeführte on-line Messung von Abgas eines Motorrads während der Startphase (Excimergas: Argon)
Figur 8
Schematische Übersichtsdarstellung des Quadrupol-Massenspektrometers (QMS) mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation.
Figur 9
Schematische Übersichtsdarstellung eines Detektors für Gase auf Basis einer Ionisationskammer mit Excimer-VUV-Lampen-Ionisation und Detektion der erzeugten Ladungen.
Figur 10
Schematische Übersichtsdarstellung einer VUV-Lampe, bei der durch Ablenkung des Elektronenstrahls auf verschiedene Eximer-VUV-Lichtquellen mit unterschiedlicher Gasfüllung die Wellenlänge des emittierten Lichts verändert werden kann.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and the figures. Show:
Figure 1
Ionization space of a time-of-flight mass spectrometer with electron beam pumped Excimer VUV lamp.
Figure 2
Detail of part of the Excimer VUV lamp with a parabolic mirror to summarize the UV / VUV light.
Figure 3
Overview of the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) with excimer VUV lamp ionization.
Figure 4
Optical assemblies for coupling the UV / VUV light into the ionization region of the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS).
Figure 5
Measured timings during a detection cycle with an excimer VUV lamp ionization time-of-flight mass spectrometer (prototype). The VUV light pulse (Kr), withdrawal voltage pulse and the ion detector signal are shown.
Figure 6
Wavelength selectivity of mass spectrometry with excimer VUV lamp ionization. The wavelength spectrum of the argon or krypton excimer emission is shown as well as the corresponding excimer VUV lamp ionization time-of-flight mass spectra of a mixture of benzene and toluene.
Figure 7
On-line measurement of exhaust gas from a motorcycle during the start-up phase (excimer gas: argon) carried out with an excimer VUV lamp ionization time-of-flight mass spectrometer (prototype)
Figure 8
Schematic overview of the quadrupole mass spectrometer (QMS) with excimer VUV lamp ionization.
Figure 9
Schematic overview of a detector for gases based on an ionization chamber with excimer VUV lamp ionization and detection of the generated charges.
Figure 10
Schematic overview of a VUV lamp, in which the wavelength of the emitted light can be changed by deflecting the electron beam onto various Eximer VUV light sources with different gas fillings.

1) Flugzeitmassenspektrometer mit elektronenstrahlgepumpter UV/VUV Excimerlampe1) Time-of-flight mass spectrometer with electron beam pumped UV / VUV excimer lamp

Die Figur 1 zeigt beispielhaft die Ausgestaltung der Ionisationsregion eines Flugzeitmassenspektrometers mit VUV-Eximerlampen-Ionisation. Die Figur 2 zeigt eine Ausschnitt der Strahleinkopplung und Figur 3 das gesamte Massenspektrometer mit der VUV-Eximerlampe. Die Figur 4 zeigt unterschiedliche Möglichkeiten zur Einkopplung des UV/VUV-Lichtes in die Ionisationskammer 14 bzw. zum Ionisationsort 23. Die Figuren 5 und 6 zeigen beispielhafte Anwendungsergebnisse mit dem entwickelten Prototyp.FIG. 1 shows an example of the configuration of the ionization region of a time-of-flight mass spectrometer with VUV Eximer lamp ionization. FIG. 2 shows a section of the beam coupling and FIG. 3 shows the entire mass spectrometer with the VUV Eximerlampe. Figure 4 shows different options for coupling the UV / VUV light into the ionization chamber 14 or to the ionization site 23. FIGS. 5 and 6 show examples Application results with the developed prototype.

Die VUV-Eximerlampeneinheit ist z.B. über eine Flansch an den Ionisationsraum 14 gekoppelt. Der obere Teil der Lampe dient zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 8 mit der Elektronenkanone 1 und weist ein Vakuum auf. Die Elektronenröhre 2 wird über eine Getterpumpe 4 bzw. einen Pumpstutzen 5 evakuiert. Der Elektronenstrahl 8 wird auf die Folie 3 fokussiert. Die Folie besteht z.B. aus keramischen Siliziumnitrid und trennt das Hochvakuum der Elektronenröhre 2 vom Gasraum 9 ab. Im Gasraum 9 befindet sich eine Gasmischung, die über den elektronenstrahlgepumten Excimerprozeß im UV/VUV Spektralbereich leuchtet (radiativer Zerfall der Excimere). Der Gasraum 9 wird über einen Getter 10 gereinigt. Im Gasraum 9 befindet sich ein geeignet beschichteter Parabolspiegel 11, der das im Lumineszenzvolumen 13 gebildete UV/VUV-Licht zu einem parallelen Strahlbündel zusammenfaßt und diesen auf die Linse 12 wirft. Dieser Aufbau ermöglicht eine gute Ausnutzung des 360 Grad Abstrahlungsraumwinkels. Eine reflektierende Beschichtung der zum Gasraum 9 gerichteten Seite der Folie 3 kann die Ausbeute der UV/VUV-Nutzstrahlung weiter verbessern. Die Linse 12 besteht aus UV/VUV transparentem Material (z.B. aus MgF2 oder LiF) und trennt den Gasraum 9 vom Ionisationsraum 14 des Flugzeitmassenspektrometers (TOFMS). Die Linse 14 fokussiert das UV/VUV-Licht auf den Ionisationsort 23. Bei Verwendung eines Nadeleinlasses 15 befindet sich der Ionisationsort 23 hinter der Einlaßnadel 15 (im aus dem Analysengas gebildeten Molekularstrahl) zwischen den Elektroden 18 und 16 des TOFMS.The VUV Eximer lamp unit is e.g. via a flange to the Ionization chamber 14 coupled. The upper part of the lamp serves for generating an electron beam 8 with the electron gun 1 and has a vacuum. The electron tube 2 is about a getter pump 4 or a pump nozzle 5 is evacuated. The Electron beam 8 is focused on the film 3. The foil e.g. made of ceramic silicon nitride and separates that High vacuum of the electron tube 2 from the gas space 9. In the gas room 9 there is a gas mixture that is pumped over the electron beam Excimer process in the UV / VUV spectral range lights up (radiative Decay of the excimers). The gas space 9 is a Getter 10 cleaned. There is a suitable one in the gas space 9 coated parabolic mirror 11, which in the luminescent volume 13 formed UV / VUV light combined into a parallel beam and throws it on the lens 12. This structure enables a good use of the 360 degree radiation solid angle. A reflective coating of those facing gas space 9 Side of slide 3 can be the yield of UV / VUV useful radiation continue to improve. The lens 12 consists of UV / VUV transparent material (e.g. made of MgF2 or LiF) and separates the Gas space 9 from the ionization space 14 of the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS). The lens 14 focuses the UV / VUV light on the Ionization site 23. When using a needle inlet 15 is located the ionization site 23 behind the inlet needle 15 (in molecular beam formed from the analysis gas) between the Electrodes 18 and 16 of the TOFMS.

Alternativ zur Linse 12 kann ein Multimikrokanallichtleiter 24 oder 25 eingesetzt werden. Ein Multimikrokanallichtleiter 24 besteht aus einem Bündel mit sehr vielen engen Kapillaren (analog zu einer Mikrokanalplatte). Das UV/VUV Licht, das durch die Kapillaren fällt, kann in den Ionisationsraum 14 gelangen der ein Vakuum aufweist. Sind die Kapillaren hinreichend lang und dünn, so ist der Gasfluß aus dem Gasraum 9 durch den Multimikrokanallichtleiter 24 in den Ionisationsraum 14 sehr gering (d.h. das Vakuum in 14 wird nicht zu stark belastet). Das UV/VUV-Licht fällt entweder direkt durch die lichte Weite der Kapillare oder wird durch eine oder mehrere Totalreflektionen durch die Kapillaren des Multimikrokanallichtleiters 24 geleitet. Weiterhin kann ein Multimikrokanallichtleiter 25 eingesetzt werden, der durch eine konische Verjüngung der Kapillarenbündel eine Fokussierung des transmittierten UV/VUV Lichtstrahls 22 auf den Ionisationsort 23 erlaubt. Hauptvorteil des Einsatzes von Multimikrokanallichtleitern 24 oder 25 ist, das diese VUV-Licht mit Wellenlängen kleiner als 110 nm transmittieren können. Optische Linsen 12 oder Fenster zur Auskopplung können aufgrund der einsetzenden Eigenabsorption des Materials (LiF, MgF2) nur bis zu etwa dieser Wellenlänge eingesetzt werden.As an alternative to the lens 12, a multimicrochannel light guide 24 or 25 can be used. A multi-micro-channel light guide 24 consists of a bundle with a large number of narrow capillaries (analogous to a micro-channel plate). The UV / VUV light that falls through the capillaries can reach the ionization chamber 14, which has a vacuum. If the capillaries are sufficiently long and thin, the gas flow from the gas space 9 through the multimicrochannel light guide 24 into the ionization space 14 is very low (ie the vacuum in 14 is not overloaded too much). The UV / VUV light either falls directly through the clear width of the capillary or is guided through one or more total reflections through the capillaries of the multimicrochannel light guide 24. Furthermore, a multimicrochannel light guide 25 can be used, which allows the transmitted UV / VUV light beam 22 to be focused on the ionization site 23 by a conical taper of the capillary bundle. The main advantage of using multimicrochannel light guides 24 or 25 is that they can transmit VUV light with wavelengths less than 110 nm. Optical lenses 12 or windows for decoupling can only be used up to approximately this wavelength due to the self-absorption of the material (LiF, MgF 2 ).

Das gesamte optische System zur Einkopplung der UV/VUV-Strahlung in die Ionisationskammer 14 besteht im vorgestellten Beispiel aus dem Parabolspiegel 11 und der Linse 12 oder einem Multimikrokanallichtleiter 24 oder 25. Weiterhin ist auch eine Kombination einer Linse 12 oder eines Multimikrokanallichtleiter 25 mit einem Hohllichtwellenleiter 26, welcher das UV/VUV-Licht über Totalreflektionen direkt zum Ionisationsort 25 führt, möglich.The entire optical system for coupling UV / VUV radiation in the ionization chamber 14 in the example presented from the parabolic mirror 11 and the lens 12 or one Multimicrochannel light guide 24 or 25 Combination of a lens 12 or a multimicrochannel light guide 25 with a hollow light waveguide 26, which the UV / VUV light via total reflections directly to ionization site 25 leads, possible.

Wichtig ist bei der Ausgestaltung der Einkopplung der UV/VUV-Strahlung in die Ionisationskammer 14, daß eine hohe Strahldichte am Ionisationsort 23 erreicht wird.It is important when designing the coupling of UV / VUV radiation in the ionization chamber 14 that a high radiance is reached at the ionization site 23.

Im in Figuren 1 dargestellten Beispiel erfolgt der Einlaß des Analysengases in das Massenspektrometer effusiv über eine Einlaßnadel 15 [10]. Weitere Probengaseinlaßtechniken, wie z.B. gepulste [11] oder kontinuierliche Überschallmolekularstrahlen [12] können ebenfalls angewendet werden.In the example shown in FIG. 1, the inlet of the Analysis gas into the mass spectrometer effusively via an inlet needle 15 [10]. Other sample gas inlet techniques, such as pulsed [11] or continuous supersonic molecular beams [12] can also be used.

Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flugzeitmassesnspektrometers (TOFMS, ohne Darstellung der Vakuumpumpen, des Reflektron-Ionenspiegels und anderer Detaills) mit elektronenstrahlgepumpter Excimerlampen-Ionisation. Das UV/VUV-Licht aus der elektronenstrahlgepumpter Excimerlampe 20 wird durch die oben beschrieben optischen Elemente in den aus der Einlaßnadel 15 austretenden effusiven Molekularstrahl fokussiert. Die Spannungen in der Ionenquelle (hier vereinfacht mit den Elektoden18,16 und 17 dargestellt) sind dabei so gewählt, daß der Ionisationsraum feldfrei ist. Die durch Einphotonenabsorption von VUV-Photonen gebildeten Ionen werden also nicht durch elektrische Felder beeinflußt. Somit reicheren sich die gebildeten Ionen am und um den Ionisationsort 23 an. Diese Ionenanreicherung kann für etwa einige µs betrieben werden, danach verlassen die Ionen aufgrund von Raumladungseffekten und der Eigengeschwindigkeit der Teilchen aus dem effusiven Molekularstrahl wieder das Akzeptanzvolumen des Flugzeitmassenspektrometers (d. h. das Volumen, das auf den Ionendetektor 21 abgebildet werden kann). Zum Nachweis der angereicherten Ionen werden über die gesteuerte, pulsbare Hochspannungsversorgung 19 schlagartig geeigneten Potentiale an die Elektroden 18, 16 und 17 angelegt. Die Anstiegsflanken der Spannungspulse liegen meist im Bereich von einigen ns. Die Ionen werden zum Detektor 21 beschleunigt. Im feldfreien Driftraum (Raum zwischen Blende 17 und Detektor 21) trennen sich die Ionen entsprechend ihren Masse auf. Das Flugzeitmassenspektrum wird am Detektor 21 mit einer geeigneten Elektronik (nicht dargestellt) registriert. Die Blenden 16 und 17 können aus Lochblenden mit oder ohne Netzen oder auch nur aus Netzen bestehen. Die Massenauflösung und Empfindlichkeit in der oben beschrieben Betriebsweise des TOFMS mit Ionisation durch kontinuierliche strahlende VUV-Excimer Lampen ist begrenzt, da aufgrund der kontinuierlichen Betriebsweise der Lampe auch während des Ionenabzuges neue Ionen gebildet werden. Diese "nachträglich" gebildet Ionen erreichen den Detektor später als während der Anreicherungszeit gebildete Ionen gleicher Masse (d.h. es treten Peak-Verbreiterungen und ein erhöhtes Untergrundsignal auf).FIG. 3 shows a schematic illustration of a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS, without representation of the vacuum pumps, of the reflectron ion mirror and other details) with electron beam pumped Excimer-ionization. The UV / VUV light from the electron beam pumped excimer lamp 20 becomes the optical elements described above in the from the inlet needle 15 emerging effusive molecular beam focused. The Voltages in the ion source (simplified here with the electrodes 18, 16 and 17) are chosen so that the ionization space is field free. The by single-photon absorption of VUV photons are not formed by electrical ions Fields affected. The ions formed are thus enriched at and around the ionization site 23. This ion enrichment can be operated for about a few µs, then leave the Ions due to space charge effects and airspeed the particles from the effusive molecular beam again the acceptance volume of the time-of-flight mass spectrometer (i.e. the Volume that can be imaged on the ion detector 21). To detect the enriched ions, the controlled, pulsable high-voltage supply 19 suddenly suitable Potentials applied to the electrodes 18, 16 and 17. The Rising edges of the voltage pulses are usually in the range of a few ns. The ions are accelerated to the detector 21. in the field-free drift space (space between aperture 17 and detector 21) the ions separate according to their mass. The time-of-flight mass spectrum is on the detector 21 with suitable electronics (not shown) registered. Apertures 16 and 17 can be made of perforated screens with or without nets or just consist of networks. The mass resolution and sensitivity in the operation of the TOFMS with ionization described above is limited by continuously shining VUV excimer lamps, because of the continuous operation of the lamp new ions are also formed during the ion withdrawal. These "subsequently" formed ions reach the detector later than ions formed during the enrichment period Mass (i.e. there are peak broadenings and an increased background signal on).

Die oben beschriebenen Nachteile der kontinuierlichen Arbeitsweise der VUV-Excimer-Lampe können durch den gepulsten Betrieb der VUV-Excimer-Lampe vermieden werden.The disadvantages of continuous operation described above The VUV excimer lamp can operate through the pulsed mode the VUV excimer lamp can be avoided.

Dabei wird der Elektronenstrahl 8 gepulst (z. B. durch gepulste Blenden in der Elektronenkanone oder durch Ablenkplatten) auf die Folie 3 gelenkt. Bei einem gepulsten Betrieb der Lampe 20 kann die Elektronendichte erhöht werden ohne die Folie 3 thermisch zu überlasten. Wenn der Elektronenstrahl 8 abgestellt wird, bricht die VUV-Lichtemission 22 innerhalb 500 bis 1000 ns zusammen. Dies kann ausgenutzt werden um die Ionen aus der Ionenquelle bei bereits signifikant reduzierter VUV-Lichtintensität abzuziehen. Die Figur 5 zeigt gemessene Parameter des VUV-Excimer-Lampen-Ionisations TOFMS (Prototyp) im gepulsten Betrieb. Die obere Spur zeigt den Lichtimpuls der Excimer-Lampe gemessen mit einem Photodetektor. Die mittlere Spur zeigt den Abzugsimpuls der Ionenquelle und die untere Spur zeigt das Ionendetektorsignal. Eingelassen wurden Piperidin (85 m/z) und Toluol (92 m/z), die entsprechenden Massenpeaks sind in der unteren Spur sichtbar.The electron beam 8 is pulsed (e.g. by pulsed Aperture in the electron gun or through baffles) the film 3 steered. In the case of pulsed operation of the lamp 20 the electron density can be increased thermally without the film 3 to overload. When the electron beam 8 is turned off VUV light emission 22 breaks within 500 to 1000 ns together. This can be exploited to get the ions from the ion source with already significantly reduced VUV light intensity deducted. FIG. 5 shows measured parameters of the VUV excimer lamp ionization TOFMS (prototype) in pulsed operation. The upper trace shows the light pulse from the excimer lamp measured with a photodetector. The middle track shows that Withdrawal pulse from the ion source and the lower trace shows the ion detector signal. Piperidine (85 m / z) and Toluene (92 m / z), the corresponding mass peaks are in the lower one Trace visible.

Ein wichtiger Vorteil der VUV-Excimer-Lampen-Ionisation ist, daß durch die Wahl des Gases im Gasraum 9 verschiedene Wellenlängen eingestellt werden können.An important advantage of VUV excimer lamp ionization is that that by the choice of gas in the gas space 9 different wavelengths can be adjusted.

Die Selektivität der Einphotonenionisation liegt darin begründet, daß nur Moleküle ionisiert werden können, deren Ionisationsenergie unterhalb der Photonenenergie des eingestrahlten VUV-Lichtes liegt. Das erlaubt die Unterdrückung der Ionisation von Verbindungen wie Sauerstoff, Stickstoff oder von Edelgasen, die sehr hohe Ionisationsenergien aufweisen. Daher ist die VUV-Ionisation sehr gut zur on-line Analyse von Spurenverbindungen aus Luft oder Prozeßgasen (Abgasen) geeignet, da die Hauptbestandteile der Gasmischung nicht ionisiert werden. Weiterhin kann durch den Einsatz unterschiedlicher Wellenlängen auch eine genauere Aussage über die Zusammensetzung der beobachteten Peaks im Massesnspektrum erzielt werden. Beispielsweise kann bei Photonenenergien von etwa 9 eV eine Beteiligung von aliphatischen organischen Verbindungen am Massesnspektrum ausgeschlossen werden. In der Tabelle 1 sind verschieden Gase bzw. Gasmischungen mit den entsprechenden Emissionswellenlängen (Maximalwerte) gegeben. Die Figur 6 zeigt die Emissionsprofile der VUV-Excimer-Lampe für Argon (links, oben) und Krypton (links, unten). Eingezeichnet sind auch die Ionisationsenergien von Benzol und Toluol. Auf der rechten Seite sind die zugehörigen gemessenen TOFMS Massenspektren einer Mischung aus Benzol (92 m/z) und Toluol dargestellt. Die Argon-Excimeremission (oben) liegt bei 128 nm (9,7 eV). Sowohl Benzol und Toluol werden daher effizient ionisiert. Die Krypton-Excimeremission (unten) liegt bei 150 nm (8,2 eV). Hier liegt Toluol direkt im Zentrum der Emissionskurve, während Benzol nur von einer "Schulteremission" auf der hochenergetischen Seite erfaßt wird. Im Massenspektrum ist daher der Toluolpeak um Größenordnungen intensiver als der Benzolpeak.The selectivity of single-photon ionization is based on that only molecules whose ionization energy can be ionized below the photon energy of the incident VUV light is. This allows the ionization to be suppressed of compounds such as oxygen, nitrogen or noble gases, which have very high ionization energies. Hence the VUV ionization very good for on-line analysis of trace compounds from air or process gases (exhaust gases) because the main components the gas mixture cannot be ionized. Farther can also be a by using different wavelengths more precise statement about the composition of the observed Peaks in the mass spectrum can be achieved. For example with photon energies of about 9 eV, an involvement of aliphatic organic compounds excluded on the mass spectrum become. Table 1 shows different gases or Gas mixtures with the corresponding emission wavelengths (maximum values) given. Figure 6 shows the emission profiles of the VUV excimer lamp for argon (left, top) and krypton (left, below). The ionization energies of are also shown Benzene and toluene. On the right are the related ones measured TOFMS mass spectra of a mixture of benzene (92 m / z) and toluene. The argon excimer emission (top) is 128 nm (9.7 eV). Both benzene and toluene are therefore efficiently ionized. The Krypton Excimer Emission (Bottom) is 150 nm (8.2 eV). Here, toluene is right in the center the emission curve, while benzene only from a "shoulder emission" is detected on the high-energy side. In the mass spectrum the toluene peak is therefore orders of magnitude more intense than the benzene peak.

Aufgrund der relativ breiten Emissionsspektren (Figur 6, links) ist die Selektivität nur mittelmäßig. Mit monochromatischerer Strahlung ließe sich eine höhere Selektivität erzielen. Dies Kann auf mehrere Wege erreicht werden. Durch Zugabe bestimmter Gase kann die Emission auf eine schmalbandige Emissionslinie übertragen werden. Beispielsweise kann mit einer Mischung aus Wasserstoff und Neon eine schmalbandige Emission auf 121,57 nm erzielt werden (siehe Tabelle 1). Alternativ kann aus dem breitbandigen Emissionspektrum ein schmaler Bereich heasugeschnitten werden. Dies ist z. B. durch Filter/Spiegel mit dichroidischer Beschichtung (Interferenzfilter) möglich. Die Figur 7 zeigt eine erste Anwendungsmessung mit dem entwickelten Prototyp eines Flugzeitmassenspektrometers mit VUV-Excimer-Lampen-Ionisation. Über ein On-line Probenahmesystem wurde Abgas eine Motorrads (TYP 43F) über die Einlaßnadel 15 in das Massesnspektrum eingelassen. Die Lampe wurde mit Argon betrieben (128 nm). Die Figur zeigt einen 3D Plot der massenspektrometrischen Information (Masse, Zeit, Intensität) aufgenommen während eines Startvorgangs des Motorrads. Verschieden aromatische Verbindungen (Benzol und methylierte Benzole) zeigen einen hochdynamischen, fluktuierenden Zeitverlauf aufgrund der instationären Verbrennungsbedingungen während der Startphase des Motors. Massenspektrometer mit VUV-Excimer-Lampen-Ionisation können vorteilhaft zur schnellen zeitaufgelösten on-line Analyse von Prozeßgasen oder zur Headspaceanalyse eingesetzt werden. Mögliche Anwendungsfelder liegen beispielsweise im Bereich der Lebensmittelindustrie (Überwachung von Röst-, Back- Koch- oder Reifevorgängen etc.) der chemischen Industrie (Überwachung von Synthesen, Abfallstoffstömen, der Mineralölverarbeitung etc.), bei der Überwachung von Verbrennungsprozessen und anderen Produktionsvorgängen.Due to the relatively broad emission spectra (Figure 6, left) the selectivity is only mediocre. With more monochromatic Radiation could be achieved with a higher selectivity. This Can be reached in several ways. By adding certain Gases can emit on a narrow-band emission line be transmitted. For example, with a mixture of Hydrogen and neon have a narrow-band emission at 121.57 nm can be achieved (see Table 1). Alternatively, from the broadband emission spectrum cut a narrow range become. This is e.g. B. by filter / mirror with dichroic coating (interference filter) possible. The Figure 7 shows a first application measurement with the developed Prototype of a time-of-flight mass spectrometer with VUV excimer lamp ionization. Exhaust gas was released via an on-line sampling system a motorcycle (TYPE 43F) via the inlet needle 15 into the mass spectrum admitted. The lamp was operated with argon (128 nm). The figure shows a 3D plot of the mass spectrometric Information (mass, time, intensity) recorded during a starting process of the motorcycle. Different aromatic compounds (Benzene and methylated benzenes) show a highly dynamic, fluctuating time course due to the transient Combustion conditions during the starting phase of the engine. Mass spectrometer with VUV excimer lamp ionization can advantageous for fast time-resolved online analysis of Process gases or used for headspace analysis. Possible Fields of application are, for example, in the food industry (Monitoring of roasting, baking, cooking or Maturation processes etc.) of the chemical industry (monitoring of Syntheses, waste streams, mineral oil processing etc.), in the monitoring of combustion processes and other production processes.

2) Quadrupol-Massenspektrometer mit elektronenstrahlgepumpter UV/VUV Excimerlampe2) Quadrupole mass spectrometer with electron beam pumped UV / VUV excimer lamp

Die VUV-Excimer-Lampen-Ionisation kann auch mit anderen Massenspektrometer-Typen, die nicht gepulst wie das TOFMS arbeiten, eingesetzt werden. Die Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäß aufgebauten VUV-Excimer-Lampe mit optischen Elementen zur Fokussierung des VUV-Lichtes auf die Ionisationsregion eines Quadrupol-Massenspektrometers. Hier wird die VUV-Excimer-Lampe 20 vorteilhaft kontinuierlich betrieben. Die Ionenquelle 29 erzeugt einen kontinuierlichen Ionenstrahl. Die an den Quadruplolstäben 27 anliegenden elektrischen Wechselfelder (von der Steuerung 28 erzeugt) lassen nur jeweils Ionen einer Masse aus dem Ionenstrahl zum Detektor 30 passieren. Durch Verändern der Wechselfelder mittels der Steuerung 28 läßt sich das Quadrupol-Massenspektrometer nacheinander auf eine Transmission verschiedener Massen einstellen und so kann eine Massesnspektrum aufgenommen werden. Mögliche Anwendungsfelder der Quadrupolmassenspektrometrie mit VUV-Excimer Lampen Ionisation liegen beispielsweise im Bereich der Lebensmittelindustrie (Überwachung von Röst-, Back- Koch- oder Reifevorgängen etc.) der chemischen Industrie (Überwachung von Synthesen, Abfallstoffstömen, der Mineralölverarbeitung etc.), bei der Überwachung von Verbrennungsprozessen und anderen Produktionsvorgängen.VUV excimer lamp ionization can also be used with other types of mass spectrometers, that don't work pulsed like TOFMS, be used. FIG. 8 shows one according to the invention built-up VUV excimer lamp with optical elements for focusing of the VUV light onto the ionization region of a Quadrupole mass spectrometer. Here is the VUV excimer lamp 20 advantageously operated continuously. The ion source 29 is generated a continuous ion beam. The Andes Quadruplolstäben 27 applied alternating electric fields (from control 28) only allow ions of one mass at a time pass from the ion beam to the detector 30. By changing the alternating fields by means of the controller 28 can be Quadrupole mass spectrometer in succession on a transmission different masses and so can a mass spectrum be included. Possible fields of application of the Quadrupole mass spectrometry with VUV excimer lamp ionization are, for example, in the area of the food industry (monitoring of roasting, baking, cooking or ripening processes etc.) chemical industry (monitoring of syntheses, waste streams, mineral oil processing, etc.) during monitoring of combustion processes and other production processes.

3) Elektronenstrahlgepumpter Excimerlampen-Ionisation für Massenspektrometer in einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) Kopplung3) Electron beam pumped excimer lamp ionization for mass spectrometers in gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) coupling

GC-MS ist eine Standardtechnik der organischen Spurenanalyse. Die Verwendung von VUV Licht zur Ionisation für die Massenspektrometrie in einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie Kopplung bringt eine weitere Selektivitätsstufe in die Massenspektrometrie. Bestimmte Verbindungen mit höherliegenden Ionisationsenergien können von der Ionisation ausgeschlossen werden. Außerdem wird eine fragmentfreiere Ionisation im Vergleich zur Standardtechnik Elektronenstoßionisation (EI) erzielt. Verschiedene Massenspektrometer-Typen (Ionenfallen-MS, Sektorfeld-MS, Qudrupol-MS, Flugzeit-MS) können für diesen Zweck eingesetzt werden.GC-MS is a standard technique of organic trace analysis. The use of VUV light for ionization for mass spectrometry in gas chromatography mass spectrometry Coupling brings another level of selectivity to the Mass spectrometry. Certain connections with higher levels Ionization energies can be excluded from ionization become. In addition, a fragmentation-free ionization is compared achieved the standard technique of electron impact ionization (EI). Different types of mass spectrometers (ion trap MS, Sector field MS, Qudrupol MS, Flight time MS) can be used for this Purpose.

4) Elektronenstrahlgepumpte UV/VUV Excimerlampe für Ionisationszellendetektoren4) Electron beam pumped UV / VUV excimer lamp for ionization cell detectors

Zur Bestimmung ob organische Verbindungen (und/oder anorganische Verbindungen mit niedriger Ionisationsschwelle) in einer Luftprobe vorkommen benötigt man nicht unbedingt ein Massenspektrometer. Es reicht aus, in einem Ionisationsraum durch Einstrahlung des VUV Lichtes Ionen und Elektronen zu erzeugen und diese beispielsweise über den Ladungsfluß mittels eines Amperemeters 34 oder an einem Widerstand mittels eines Oszilloskops nachzuweisen. Die Figur 9 zeigt den schematischen Aufbau eines Ionisationszellendetektors mit der VUV-Excimer-Lampe 20 der gattungsgemäßen Art. In der Ionisationszelle (d. h. dem Ionisationsraum 14) befinden sich die Elektroden 31 und 32. Zwischen den Elektroden 31 und 32 ist über eine Spannungsversorgung 33 eine geeignete Abzugsspannung angelegt. Das Probengas gelangt über einen Einlaß 15 zwischen die Elektroden 31 und 32 zur Ionisationszone. Beispielsweise über ein Amperemeter 34 kann der Photostrom (Photoionenstrom und Photoelektronenstrom) nachgewiesen werden.To determine whether organic compounds (and / or inorganic Compounds with a low ionization threshold) in one Air sample, you don't necessarily need a mass spectrometer. It is sufficient to pass through in an ionization space Irradiation of the VUV light to generate ions and electrons and this, for example, via the charge flow using an ammeter 34 or on a resistor using an oscilloscope demonstrated. Figure 9 shows the schematic structure an ionization cell detector with the VUV excimer lamp 20 of the generic type. In the ionization cell (i.e. the ionization space 14) are the electrodes 31 and 32. Between the electrodes 31 and 32 is via a voltage supply 33 a suitable trigger voltage is applied. The sample gas passes between electrodes 31 and 32 via an inlet 15 to the ionization zone. For example via an ammeter 34 can the photocurrent (photo ion current and photo electron current) be detected.

Ein solcher Detektor hat in etwa die Eigenschaften eines Flammenionisationsdetektors, er reagiert also auf die meisten organischen Verbindungen und auf einige anorganische Spezies. Durch die unterschiedliche Wellenlängen, die mit verschiedenen Gasfüllungen/optischen Systemen bereitgestellt werden können, kann eine gewisse Selektivität erreicht werden. Ein VUV-Excimer-Lampen-Ionisationszellendetektor kann damit vorteilhaft für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann er als Detektor für ein Gaschromatographie eingesetzt werden. Eine andere mögliche Anwendung ist der Einsatz als Sensor für das Auftreten organischer Verbindungen in Gasgemischen.Such a detector has roughly the properties of a flame ionization detector, so it responds to most organic Compounds and on some inorganic species. By the different wavelengths with different gas fillings / optical Systems can be provided a certain selectivity can be achieved. A VUV excimer lamp ionization cell detector can be beneficial for different Applications are used. For example, he can can be used as a detector for gas chromatography. A Another possible application is the use as a sensor for the Occurrence of organic compounds in gas mixtures.

5) Multilampen-Aufbau mit einer Elektronenkanone für MS und Zähler5) Multi-lamp construction with an electron gun for MS and counter

Figur 10 zeigt beispielhaft den Aufbau einer Excimer-VUV-Lampe bei der mittels einer Elek-tronenkanone 1 eine der zwei Excimer-Lichtquellen 36 der gattungsgemäßen Art je nach anliegendem elektrischen Feld zwischen den Ablenkelektroden 35 gepumpt und somit zum leuchten gebracht wird. Befüllt man die Gasräume 9 der beiden Excimer-Lichtquellen mit verschiedenen Gasen oder Gasgemischen (vgl. Tab. 1), so haben die Photonen des erzeugten Lichtes der beiden Excimer-Lichtquellen eine unterschiedliche Photonenenergie.Figure 10 shows an example of the structure of an excimer VUV lamp in which one of the two excimer light sources is used by means of an electron gun 1 36 of the generic type depending on the adjacent electric field pumped between the deflection electrodes 35 and is thus brought to light. The gas spaces 9 are filled of the two excimer light sources with different gases or Gas mixtures (see Tab. 1), the photons have the generated Light of the two excimer light sources is different Photon energy.

Bedingt durch das Ionisationspotential lassen sich somit bei der Analyse eines komplexen Probengases mittels Lichtstrahl von der einen oder anderen Lichtquelle Substanzen im Massenspektrum ein- oder ausblenden. Ebenso können durch geeignete Wahl des Gas oder Gasgemisches und somit der Photonenenergie isobare Verbindungen getrennt voneinander nachgewiesen werden. Due to the ionization potential, the analysis of a complex sample gas using a light beam from one or the other light source substances in the mass spectrum show or hide. Likewise, by appropriate choice of the Gas or gas mixture and thus the photon energy isobaric Connections can be detected separately.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektronenkanoneelectron gun
22
Raum der Elektronenkanone (Vakuum)Electron gun room (vacuum)
33
Membran (z.B. 1x1 mm2, Dicke =300 nm aus SiNx-Keramik)Membrane (e.g. 1x1 mm 2 , thickness = 300 nm made of SiNx ceramic)
44
Getter-PumpeGetter pump
55
Ventil zum AbpumpenPump valve
66
Gaseinlaßgas inlet
77
Gasauslaßgas outlet
88th
Elektronenstrahlelectron beam
99
Gasraum (z.B. Gefüllt mit 500 mbar Argon)Gas space (e.g. filled with 500 mbar argon)
1010
Getter-PatroneGetter cartridge
1111
Reflektor (z.B. Aluminium Parabolspiegel mit MgF2 Beschich tung)Reflector (e.g. aluminum parabolic mirror with MgF 2 coating)
1212
Linse (z.B. aus MgF2)Lens (e.g. made of MgF 2 )
1313
UV/VUV-Licht emittierendes GasvolumenVolume of gas emitting UV / VUV light
1414
Ionisationskammerionization chamber
1515
GaseinlaßnadelGas inlet needle
1616
erste Abzugselektrodefirst trigger electrode
1717
zweite Abzugselektrodesecond trigger electrode
1818
Repeller-ElektrodeRepeller electrode
1919
pulsbare Spannungsversorgung für die Elektroden 16,17 und 18 und Steuerungpulsable power supply for electrodes 16, 17 and 18 and control
2020
gesamte UV/VUV Lichtquelleentire UV / VUV light source
2121
Detektordetector
2222
UV/VUV-StrahlUV / VUV beam
2323
Ionisationsortionization
2424
nicht fokussierender Multimikrokanallichtleiternon-focusing multimicro channel light guide
2525
fokussierender Multimikrokanallichtleiterfocusing multimicro-channel light guide
2626
HohllichtwellenleiterHollow fiber
2727
QuardrupolstäbeQuardrupolstäbe
2828
Steuerung des QuardrupolionenfiltersControl of the quadrupole ion filter
2929
kontinuierliche Ionenquelle für das Quadrupol-MassenspektrometerContinuous ion source for the quadrupole mass spectrometer
3030
Ionendetektorion detector
3131
Elektrode des Meßkondensators (positive Spannung, Photelektronenfänger) Electrode of the measuring capacitor (positive voltage, Photelektronenfänger)
3232
Elektrode des Meßkondensators (negative Spannung, Photoio nenfänger)Electrode of the measuring capacitor (negative voltage, photoio nenfänger)
3333
Spannungsversorgungpower supply
3434
Elektrometerelectrometer
3535
Ablenkelektrodendeflection
3636
UV/VUV LichtquelleUV / VUV light source
Tabelletable

Gas bzw. GasmischungGas or gas mixture Angeregte SpeziesExcited species Wellenlängewavelength Bandbreitebandwidth HeHe He2*Hey 2 * 60 nm /80 nm60 nm / 80 nm Nene Ne2*Ne 2 * 83 nm83 nm breitbandigbroadband ArAr Ar2*Ar 2 * 128 nm128 nm breitbandigbroadband KrKr Kr2*Kr 2 * 150 nm150 nm breitbandigbroadband XeXe Xe2*Xe 2 * 172 nm172 nm breitbandigbroadband Ne/H2 Ne / H 2 H*H* 121,57 nm121.57 nm schmalbandignarrow band Ar/Xe
Kr/Xe
Ar / Xe
Kr / Xe
Xe*Xe * 147 nm147 nm schmalbandignarrow band
Ar/O2 Ar / O 2 O*O* 130 nm130 nm schmalbandignarrow band Ne/Ar/KrNe / Ar / Kr Kr*Kr * 124 nm124 nm schmalbandignarrow band Ar/F2
Ne/F2
Ar / F 2
Ne / F 2
F2*F 2 * 157 nm157 nm schmalbandignarrow band
Ar/F2 Ar / F 2 ArF*ArF * 193 nm193 nm schmalbandignarrow band

Literaturverzeichnis:Bibliography:

  • [1] El-Habachi, A., K. Schoenbach; Appl. Phys. Lett. 72, 22 (1998)[1] El-Habachi, A., K. Schoenbach; Appl. Phys. Lett. 72, 22 (1998)
  • [2] Wieser, J., D.E. Murnick, A. Ulrich, H.A. Huggins, A. Liddle, W.L. Brown; Rev. Sci. Instrum. 68(3), 1360-1364 (1997)[2] Wieser, J., DE Murnick, A. Ulrich, HA Huggins, A. Liddle, WL Brown; Rev. Sci. Instrum. 68 (3), 1360-1364 (1997)
  • [3] Salvermoser, M., D.E. Murnick; Journal of Applied Physics 88(1), 453-459 (2000)[3] Salvermoser, M., DE Murnick; Journal of Applied Physics 88 (1), 453-459 (2000)
  • [4] Wieser, J., M. Salvermoser, L.H. Shaw, A. Ulrich, D.E. Murick, H. Dahi; 31, 4589-4597 (1998)[4] Wieser, J., M. Salvermoser, LH Shaw, A. Ulrich, DE Murick, H. Dahi; 31, 4589-4597 (1998)
  • [5] Butcher, D.J., D.E. Goeringer, G.B. Hurst; Anal. Chem. 71(2), 489-496 (1999)[5] Butcher, DJ, DE Goeringer, GB Hurst; Anal. Chem. 71 (2), 489-496 (1999)
  • [6] Becker, C.H.; Fresen. J. Anal. Chem. 341, 3-6 (1991)[6] Becker, CH; Fresen. J. Anal. Chem. 341, 3-6 (1991)
  • [7] Van Bramer, S.E., M.V. Johnston; J. Am. Soc. Mass Spectr. 1, 419-426 (1990)[7] Van Bramer, SE, MV Johnston; J. Am. Soc. Mass Spectr. 1 , 419-426 (1990)
  • [8] Shi, Y.J., X.K. Hu, D.M. Mao, S.S. Dimov, R.H. Lipson; Anal. Chem. 70, 4534-4539 (1998)[8] Shi, YJ, XK Hu, DM Mao, SS Dimov, RH Lipson; Anal. Chem. 70, 4534-4539 (1998)
  • [9] Gellert, B.B., U. Kogelschatz; Applied Physics B 52, 14 (1991)[9] Gellert, BB, U. Kogelschatz; Applied Physics B 52 , 14 (1991)
  • [10] Heger, H.J., R. Zimmermann, R. Dorfner, M. Beckmann, H. Griebel, A. Kettrup, U. Boesl; Anal. Chem. 71, 46-57 (1999)[10] Heger, HJ, R. Zimmermann, R. Dorfner, M. Beckmann, H. Griebel, A. Kettrup, U. Boesl; Anal. Chem. 71, 46-57 (1999)
  • [11] Pepich, B.V., J.B. Callis, J.D.S. Danielson, M. Gouterman; Rev. Sci. Instrum. 57, 878-887 (1986)[11] Pepich, BV, JB Callis, JDS Danielson, M. Gouterman; Rev. Sci. Instrum. 57 , 878-887 (1986)
  • [12] Fricke, J.; Phys. Unserer Zeit 1, 21-27 (1973)[12] Fricke, J .; Phys. Our time 1, 21-27 (1973)
  • Claims (11)

    Ionenquelle bei der UV/VUV-Licht zur Ionisation verwendet wird,
    bestehend aus einem Ionsiationsraum und einer UV/VUV-Excimer Lichtquelle, wobei die Ionen mit Hilfe von Licht aus einem Probengas erzeugt werden,
    dadurch gekennzeichnet daß die Lichtquelle entweder aus einer Deuteriumlape, einer Mikrohohlkathodenlampe, einer Mikrospitzenlampe, einer Gleichstromentladungslampe, einer Barriereentladungslampe oder einer elektronenstrahlbetriebenen UV/VUV Lampe mit folgenden Bauteilen: a) einer Elektronenkanone (1), b) einer Membran (3), welche den Raum (2) der Elektronenkanone (1) gegen einen Gasraum (9) abschießt und durch den der Elektronenstrahl (8) durchtritt, c) einem Edelgas bzw. einer edelgashaltigen Gasmischung in dem Gasraum (9), wobei der durch die Membran (3) tretende Elektronenstrahl (8) im Gasraum (9) Licht (22) erzeugt und d) optischen Bauelementen (11, 12) zum Abbilden des Licht-Emissionsvolumens in den Ionisationsraum (14) besteht.
    Ion source where UV / VUV light is used for ionization,
    consisting of an ionization room and a UV / VUV excimer light source, the ions being generated with the help of light from a sample gas,
    characterized in that the light source consists either of a deuterium tape, a hollow micro cathode lamp, a micro tip lamp, a direct current discharge lamp, a barrier discharge lamp or an electron beam-operated UV / VUV lamp with the following components: a) an electron gun (1), b) a membrane (3) which shoots the space (2) of the electron gun (1) against a gas space (9) and through which the electron beam (8) passes, c) an inert gas or an inert gas-containing gas mixture in the gas space (9), the electron beam (8) passing through the membrane (3) generating light (22) in the gas space (9) and d) optical components (11, 12) for imaging the light emission volume in the ionization space (14).
    Ionenquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Getter-Pumpe (4) im Raum der Elektronenkanone (1).Ion source according to claim 1, characterized by a getter pump (4) in the space of the electron gun (1). Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gas Ein- und Auslaß (6, 7).Ion source according to claim 1 or 2, characterized by gas inlet and outlet (6, 7). Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Getterpatrone (10) welche mit dem Gasraum (9) verbunden ist. Ion source according to one of Claims 1 to 3, characterized by a getter cartridge (10) which is connected to the gas space (9). Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eine Elektrode zum Pulsen des Elektronenstrahls (8) der Elektronenkanone (1).Ion source according to one of claims 1 to 4, characterized by at least one electrode for pulsing the electron beam (8) of the electron gun (1). Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Bauelemente (11, 12) ein lichtsammelnder Reflektor und eine Sammellinse oder ein optisches Fenster sind.Ion source according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the optical components (11, 12) are a light-collecting reflector and a collecting lens or an optical window. Verwendung der Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Erzeugung von Ionen die in einem Ionennachweisgerät nachgewiesen werden.Use of the ion source according to one of claims 1 to 6, to generate ions in an ion detector be detected. Verwendung der Ionenquelle nach dem Anspruch 7, wobei das Ionennachweisgerät ein Massenspektrometer istUse of the ion source according to claim 7, wherein the Ion detection device is a mass spectrometer Verwendung der Ionenquelle gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Massenspektrometer ein Flugzeitmassenspektrometer (TOFMS) verwendet wird.Use of the ion source according to claim 8, characterized in that a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) is used as the mass spectrometer. Verwendung der Ionenquelle gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Massenspektrometer ein Quadrupolmassenspektrometer verwendet wird.Use of the ion source according to claim 8, characterized in that a quadrupole mass spectrometer is used as the mass spectrometer. Verwendung der Ionenquelle gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisationsraum zusätzlich mit einem Laser bestrahlt wird um Ionen über einen REMPI (resonance enhanced multi-photon ionisation) Prozeß zu erzeugen.Use of the ion source according to claim 9, characterized in that the ionization space is additionally irradiated with a laser in order to generate ions by means of a REMPI (resonance enhanced multi-photon ionization) process.
    EP01120299.1A 2000-09-09 2001-08-24 Ion source in which a UV/VUV light source is used for ionization Expired - Lifetime EP1220285B1 (en)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE2000144655 DE10044655A1 (en) 2000-09-09 2000-09-09 Ion source using UV/VUV light for ionisation has light source provided with electron gun separated by membrane from gas space in which light is generated by electron beam
    DE10044655 2000-09-09

    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
    EP1220285A2 true EP1220285A2 (en) 2002-07-03
    EP1220285A3 EP1220285A3 (en) 2005-03-16
    EP1220285B1 EP1220285B1 (en) 2014-08-20

    Family

    ID=7655651

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP01120299.1A Expired - Lifetime EP1220285B1 (en) 2000-09-09 2001-08-24 Ion source in which a UV/VUV light source is used for ionization

    Country Status (2)

    Country Link
    EP (1) EP1220285B1 (en)
    DE (1) DE10044655A1 (en)

    Cited By (2)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CN102103971B (en) * 2009-12-18 2012-11-07 中国科学院大连化学物理研究所 Hollow cathode discharge vacuum ultraviolet light ionization source inside minitype mass spectrograph
    CN111929354A (en) * 2020-07-02 2020-11-13 东华理工大学 Rare earth ore sample ionization analytical instrument in order

    Families Citing this family (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE10236344B4 (en) * 2002-08-08 2007-03-29 Bruker Daltonik Gmbh Ionize to atmospheric pressure for mass spectrometric analysis
    DE102005039269B4 (en) * 2005-08-19 2011-04-14 Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum Für Gesundheit Und Umwelt (Gmbh) Method and apparatus for the mass spectrometric detection of compounds
    US8721836B2 (en) 2008-04-22 2014-05-13 Micron Technology, Inc. Plasma processing with preionized and predissociated tuning gases and associated systems and methods
    DE102012209324A1 (en) * 2012-06-01 2013-12-05 Helmholtz Zentrum München Optical fiber device for an ionization device and method for ionizing atoms and / or molecules
    CZ2015815A3 (en) 2015-11-16 2017-03-15 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně A device for generating UV radiation and the method of generating this radiation
    CN107014892B (en) * 2017-05-15 2019-06-18 清华大学 A kind of micron order spatial discrimination mass spectrum imaging system based on VUV LASER

    Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0578953A1 (en) * 1992-07-06 1994-01-19 Heraeus Noblelight GmbH High power emitting device
    EP0585487A1 (en) * 1990-05-11 1994-03-09 Mine Safety Appliances Company Apparatus and process for photoionization and detection
    EP0921393A2 (en) * 1997-12-06 1999-06-09 GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH Method for detecting substances or classes of substances using REMPI-TOFMS
    US6052401A (en) * 1996-06-12 2000-04-18 Rutgers, The State University Electron beam irradiation of gases and light source using the same

    Family Cites Families (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE19820626C2 (en) * 1998-05-08 2000-09-07 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Method and device for the detection of sample molecules

    Patent Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0585487A1 (en) * 1990-05-11 1994-03-09 Mine Safety Appliances Company Apparatus and process for photoionization and detection
    EP0578953A1 (en) * 1992-07-06 1994-01-19 Heraeus Noblelight GmbH High power emitting device
    US6052401A (en) * 1996-06-12 2000-04-18 Rutgers, The State University Electron beam irradiation of gases and light source using the same
    EP0921393A2 (en) * 1997-12-06 1999-06-09 GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH Method for detecting substances or classes of substances using REMPI-TOFMS

    Non-Patent Citations (7)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Title
    BOBELDIJK M ET AL: "TESTING THE PERFORMANCE OF A VUV PHOTOIONIZATION SOURCE ON A DOUBLE FOCUSSING MASS SPECTROMETER USING ALKANES AND THIOPHENES" INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY AND ION PROCESSES, ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, Bd. 110, Nr. 3, 2. Dezember 1991 (1991-12-02), Seiten 179-194, XP000247041 ISSN: 0168-1176 *
    EL-HABACHI AHMED ET AL: "Emission of excimer radiation from direct current, high-pressure hollow cathode discharges" APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 72, Nr. 1, 5. Januar 1998 (1998-01-05), Seiten 22-24, XP012019726 ISSN: 0003-6951 *
    GELLERT B ET AL: "GENERATION OF EXCIMER EMISSION IN DIELECTRIC BARRIER DISCHARGES" APPLIED PHYSICS B. PHOTOPHYSICS AND CHEMISTRY, SPRINGER VERLAG. HEIDELBERG, DE, Bd. B52, Nr. 1, Januar 1991 (1991-01), Seiten 14-21, XP000209199 *
    GENUIT W. ET AL.: "SELECTIVE ION SOURCE FOR TRACE GAS ANALSIS" INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY AND ION PHYSICS, Bd. 51, 1983, Seiten 207-213, XP009042676 AMSTERDAM *
    GONTHIEZ T ET AL: "VUV laser photoionization of laser-stimulated desorbed species" APPLIED PHYSICS A: MATERIALS SCIENCE AND PROCESSING, SPRINGER VERLAG, BERLIN, DE, Bd. A69, suppl, 19. Juli 1999 (1999-07-19), Seiten 171-173, XP002175581 ISSN: 0947-8396 *
    SALVERMOSER M ET AL: "Energy flow and excimer yields in continuous wave rare gas–halogen systems" JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 88, Nr. 1, 1. Juli 2000 (2000-07-01), Seiten 453-459, XP012050818 ISSN: 0021-8979 *
    WIESER J ET AL: "VACUUM ULTRAVIOLET RARE GAS EXCIMER LIGHT SOURCE" REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 68, Nr. 3, März 1997 (1997-03), Seiten 1360-1364, XP000685060 ISSN: 0034-6748 *

    Cited By (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CN102103971B (en) * 2009-12-18 2012-11-07 中国科学院大连化学物理研究所 Hollow cathode discharge vacuum ultraviolet light ionization source inside minitype mass spectrograph
    CN111929354A (en) * 2020-07-02 2020-11-13 东华理工大学 Rare earth ore sample ionization analytical instrument in order
    CN111929354B (en) * 2020-07-02 2021-09-17 东华理工大学 Rare earth ore sample ionization analytical instrument in order

    Also Published As

    Publication number Publication date
    EP1220285A3 (en) 2005-03-16
    DE10044655A1 (en) 2002-04-04
    EP1220285B1 (en) 2014-08-20

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    EP1297554B1 (en) Atmospheric pressure photoionizer for mass spectrometry
    EP1557667B1 (en) Gas analysis method and ionisation detector for carrying out said method
    EP2428796B1 (en) Method and device for identifying and ionising gases by means of UV-radiation and electrons
    DE102006050136B4 (en) Method and device for generating positive and / or negative ionized gas analytes for gas analysis
    DE3920566A1 (en) MS-MS FLIGHT TIME MASS SPECTROMETER
    EP3857589A1 (en) Mass spectrometer and method for analysing a gas by mass spectrometry
    DE102005028930A1 (en) Spectroscopic analyser with charged particles uses a separating membrane system to prevent drift
    DE4441972A1 (en) Detecting sample molecules in carrier gas with continuum and molecular jet zones
    DE19523860A1 (en) Ion trap mass spectrometer with vacuum-external ion generation
    DE102020113976A1 (en) Hybrid mass spectrometric system
    DE3938314A1 (en) MASS SPECTROMETRY
    EP2382460A1 (en) Method and device for detecting gases that can be ionized
    DE10256488A1 (en) Mass spectrometer and mass analysis methods
    EP1915770B1 (en) Method and device for the mass spectrometric detection of compounds
    EP1220285B1 (en) Ion source in which a UV/VUV light source is used for ionization
    DE102004025841A1 (en) Method and apparatus for mass spectroscopic analysis of analytes
    Penache Study of high-pressure glow discharges generated by micro-structured electrode (MSE) arrays
    DE2048862C3 (en) Apparatus for spectrophotometric analysis
    DE102008048085B4 (en) Differentiation of enantiomers using broadband femtosecond circular dichroism mass spectrometry
    DE3533364A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR EXAMINING A GAS MIXTURE
    DE4317749A1 (en) Mass spectrometer with means for monitoring the radiation emitted when ions collide with a target gas
    US11923182B2 (en) Substantially simultaneous resonance-enhanced multiphoton and laser desorption ionization for single particle mass spectroscopy
    DE19628093A1 (en) Method of identifying sample molecules
    DE102011121669B4 (en) Identification of analytes with an ion mobility spectrometer to form dimer analytes
    DE102016113771A1 (en) Gaseous sample analysis apparatus and method for detecting analytes in a gas

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A2

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    AX Request for extension of the european patent

    Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

    PUAL Search report despatched

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A3

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK RO SI

    RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

    Ipc: 7H 01J 49/16 A

    Ipc: 7H 01J 27/24 B

    17P Request for examination filed

    Effective date: 20050219

    AKX Designation fees paid

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: HELMHOLTZ ZENTRUM MUENCHEN DEUTSCHES F

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: HELMHOLTZ ZENTRUM MUENCHEN DEUTSCHES F

    17Q First examination report despatched

    Effective date: 20100429

    GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

    INTG Intention to grant announced

    Effective date: 20140320

    GRAS Grant fee paid

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: NOT ENGLISH

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: EP

    REG Reference to a national code

    Ref country code: AT

    Ref legal event code: REF

    Ref document number: 683852

    Country of ref document: AT

    Kind code of ref document: T

    Effective date: 20140915

    REG Reference to a national code

    Ref country code: IE

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R096

    Ref document number: 50116419

    Country of ref document: DE

    Effective date: 20141002

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: NV

    Representative=s name: HEPP WENGER RYFFEL AG, CH

    REG Reference to a national code

    Ref country code: NL

    Ref legal event code: VDEP

    Effective date: 20140820

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20141121

    Ref country code: SE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    Ref country code: ES

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    Ref country code: PT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20141222

    Ref country code: FI

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IT

    Payment date: 20140829

    Year of fee payment: 14

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: BE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20140831

    Ref country code: DK

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    REG Reference to a national code

    Ref country code: IE

    Ref legal event code: MM4A

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R097

    Ref document number: 50116419

    Country of ref document: DE

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: MC

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20150521

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20140824

    REG Reference to a national code

    Ref country code: AT

    Ref legal event code: MM01

    Ref document number: 683852

    Country of ref document: AT

    Kind code of ref document: T

    Effective date: 20140824

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: AT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20140824

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: CY

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20150824

    Ref country code: TR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20140820

    Ref country code: LU

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20140824

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 16

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 17

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 18

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Payment date: 20190822

    Year of fee payment: 19

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Payment date: 20190821

    Year of fee payment: 19

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: CH

    Payment date: 20190821

    Year of fee payment: 19

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20200831

    Year of fee payment: 20

    REG Reference to a national code

    Ref country code: CH

    Ref legal event code: PL

    GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

    Effective date: 20200824

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: LI

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20200831

    Ref country code: CH

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20200831

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20200831

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R071

    Ref document number: 50116419

    Country of ref document: DE

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20200824