Ionkilde - Ion source

En ionekilde er en enhet som skaper atom- og molekylære ioner . Ionkilder brukes til å danne ioner for massespektrometre , optiske utslippsspektrometre , partikkelakseleratorer , ionimplantater og ionemotorer .

Elektronionisering

Elektronionisering er mye brukt i massespektrometri, spesielt for organiske molekyler. Den gassfase- reaksjon hvor det dannes elektron ionisering er

${\ displaystyle {\ ce {M {}+e^{-}-> M^{+\ bullet} {}+2e^{-}}}}$

hvor M er atomet eller molekylet som blir ionisert, er elektronet, og er det resulterende ionet. ${\ displaystyle {\ ce {e^-}}}$${\ displaystyle {\ ce {M^{+\ bullet}}}}$

Elektronene kan dannes av en lysbueutladning mellom en katode og en anode .

En elektronstråleionkilde (EBIS) brukes i atomfysikk for å produsere høyt ladede ioner ved å bombardere atomer med en kraftig elektronstråle . Driftsprinsippet deles av elektronstråleionfellen .

Elektronfangingsionisering

Elektronopptak-ionisering (ECI) er ionisering av et gassfase- atom eller molekyl ved festing av en elektron for å skape et ion av formen A ^{- •} . Reaksjonen er

${\ displaystyle {\ ce {A + e^--> [M] A^-}}}$

der M over pilen angir at for å spare energi og fart er det nødvendig med et tredje legeme ( molekylæriteten til reaksjonen er tre).

Elektronfangst kan brukes i forbindelse med kjemisk ionisering .

En elektronfangstdetektor brukes i noen gasskromatografisystemer .

Kjemisk ionisering

Kjemisk ionisering (CI) er en lavere energiprosess enn elektronionisering fordi den involverer ion/molekylreaksjoner i stedet for elektronfjerning. Den lavere energien gir mindre fragmentering , og vanligvis et enklere spektrum . Et typisk CI -spektrum har et lett identifiserbart molekylært ion.

I et CI -eksperiment produseres ioner gjennom kollisjonen av analytten med ioner av en reagensgass i ionekilden. Noen vanlige reagensgasser inkluderer: metan , ammoniakk og isobutan . Inne i ionekilden er reagensgassen tilstede i stort overskudd sammenlignet med analytten. Elektroner som kommer inn i kilden vil fortrinnsvis ionisere reagensgassen. De resulterende kollisjoner med andre reagens gassmolekyler vil skape en ionisering plasma . Positive og negative ioner av analytten dannes ved reaksjoner med dette plasmaet. For eksempel skjer protonering av

${\ displaystyle {\ ce {CH4 + e^--> CH4 + + 2e^-}}}$ (primær ionedannelse),

${\ displaystyle {\ ce {CH4 + CH4 + -> CH5 + + CH3}}}$ (reagensiondannelse),

${\ displaystyle {\ ce {M + CH5 + -> CH4 + [M + H] +}}}$ (produktiondannelse, f.eks. protonasjon).

Ladingsutveksling ionisering

Charge-exchange ionization (også kjent som charge-transfer ionization) er en gassfasereaksjon mellom et ion og et atom eller molekyl der ionens ladning overføres til den nøytrale arten.

${\ displaystyle {\ ce {A + + B -> A + B +}}}$

Kjemi-ionisering

Kemi-ionisering er dannelsen av et ion gjennom reaksjonen av et gassfase- atom eller -molekyl med et atom eller molekyl i en eksitert tilstand . Kjemi-ionisering kan representeres av

${\ displaystyle {\ ce {G^{\ ast} {}+M-> G {}+M^{+\ bullet} {}+e^{-}}}}$

hvor G er eksiterte tilstandsarter (angitt med den overskriften stjerne), og M er arten som ioniseres ved tap av et elektron for å danne den radikale kationen (angitt med den overskriften "pluss-prikken").

Associativ ionisering

Associativ ionisering er en gassfasereaksjon der to atomer eller molekyler samhandler for å danne et enkelt produktion. En eller begge av de interagerende artene kan ha overflødig indre energi .

For eksempel,

${\ displaystyle {\ ce {A^{\ ast} {}+B-> AB^{+\ bullet} {}+e^{-}}}}$

der art A med overflødig indre energi (angitt med stjernen) samhandler med B for å danne ionet AB ⁺ .

Penning ionisering

Penning ionisering er en form for kjemioionisering som involverer reaksjoner mellom nøytrale atomer eller molekyler. Prosessen er oppkalt etter den nederlandske fysikeren Frans Michel Penning som først rapporterte det i 1927. Penningionisering innebærer en reaksjon mellom et gassfase-eksitert atom eller molekyl G ^* og et målmolekyl M som resulterer i dannelse av en radikal molekylkation M ^+. , et elektron e ^- og et nøytralt gassmolekyl G:

${\ displaystyle {\ ce {G^{\ ast} {}+M-> G {}+M^{+\ bullet} {}+e^{-}}}}$

Penningionisering skjer når målmolekylet har et ioniseringspotensial lavere enn den indre energien til atom eller molekyl i eksitert tilstand.

Associativ Penning -ionisering kan fortsette via

${\ displaystyle {\ ce {G^{\ ast} {}+M-> MG^{+\ bullet} {}+e^{-}}}}$

Surface Penning ionization (også kjent som Auger deexcitation) refererer til samspillet mellom eksitert gass og en bulkoverflate S, noe som resulterer i frigjøring av et elektron iht.

${\ displaystyle {\ ce {G^{\ ast} {}+S-> G {}+S {}+e^{-}}}}$.

Ionfeste

Ion-vedlegg ionisering ligner kjemisk ionisering der en kation er festet til analytmolekylet i en reaktiv kollisjon:

${\ displaystyle {\ ce {M + X + + A -> MX + + A}}}$

Der M er analytmolekylet, er X ⁺ kationen og A er en ikke-reagerende kollisjonspartner.

I en radioaktiv ionekilde brukes et lite stykke radioaktivt materiale, for eksempel ⁶³ Ni eller ²⁴¹ Am , for å ionisere en gass. Dette brukes i ionisering røykdetektorer og ion mobilitet spektrometre .

Gassutladningskilder

Disse ionekildene bruker en plasmakilde eller elektrisk utladning for å lage ioner.

Induktivt koblet plasma

Ioner kan dannes i et induktivt koblet plasma , som er en plasmakilde der energien tilføres av elektriske strømmer som produseres av elektromagnetisk induksjon , det vil si av tidsvarierende magnetfelt .

Mikrobølgeindusert plasma

Mikrobølgeinduserte plasmaionkilder er i stand til spennende elektrodeløse gassutladninger for å lage ioner for sporelementmassespektrometri. Et mikrobølgeplasma er en type plasma som har høyfrekvent elektromagnetisk stråling i GHz -området. Den er i stand til spennende elektrodeløse gassutladninger . Hvis de brukes i overflate-bølge-vedvarende modus , er de spesielt godt egnet til å generere store arealer med høy plasmatetthet. Hvis de både er i overflate-bølge og resonator-modus , kan de vise en høy grad av romlig lokalisering. Dette gjør det mulig å romlig skille plasseringen av plasmagenerasjoner fra stedet for overflatebehandling. En slik separasjon (sammen med et passende gasstrømningsopplegg) kan bidra til å redusere den negative effekten som partikler frigjort fra et behandlet substrat kan ha på plasmakjemien i gassfasen .

ECR -ionekilde

ECR -ionekilden bruker elektron -syklotronresonansen til å ionisere et plasma. Mikrobølger injiseres i et volum med frekvensen som tilsvarer elektron -syklotronresonansen, definert av magnetfeltet som påføres et område inne i volumet. Volumet inneholder lavtrykksgass.

Glød utslipp

Ioner kan opprettes i en elektrisk glødutladning . En glødutladning er et plasma som dannes ved passering av elektrisk strøm gjennom en lavtrykksgass. Det er skapt ved å påtrykke en spenning mellom to metallelektroder i et evakuert kammer som inneholder gass. Når spenningen overstiger en viss verdi, kalt slagspenningen , danner gassen et plasma.

En duoplasmatron er en type glødeavgivende ionekilde som består av en katode ( varm katode eller kald katode ) som produserer et plasma som brukes til å ionisere en gass. Duoplasmatrons kan produsere positive eller negative ioner. Duoplasmatroner brukes til sekundær ionemassespektrometri., Ionestråling av eter og fysikk med høy energi.

Strømmende etterglød

I en strømmende etterglød dannes ioner i en strøm av inert gass, vanligvis helium eller argon . Reagenser tilsettes nedstrøms for å lage ioneprodukter og studere reaksjonshastigheter. Flow-afterglow massespektrometri brukes til sporgassanalyse for organiske forbindelser.

Gnistionisering

Elektrisk gnist ionisering blir brukt til å fremstille gassfase- ioner fra en fast prøve. Når det er inkorporert med et massespektrometer, blir hele instrumentet referert til som et gnistioniseringsmassespektrometer eller som en gnistkildemassespektrometer (SSMS).

En lukket drivionskilde bruker et radialt magnetfelt i et ringformet hulrom for å begrense elektroner for ionisering av en gass. De brukes til ionimplantasjon og til fremdrift av rom ( Hall -effekt -thrustere ).

Fotoionisering

Fotoionisering er ioniseringsprosessen der et ion dannes fra interaksjonen mellom et foton og et atom eller et molekyl.

Multifotonionisering

Ved multi-fotonionisering (MPI) kan flere fotoner av energi under ioniseringsterskelen faktisk kombinere energiene sine for å ionisere et atom.

Resonansforbedret multiphotonionisering (REMPI) er en form for MPI der en eller flere av fotonene får tilgang til en bundet bundet overgang som er resonans i atomet eller molekylet som ioniseres.

Atmosfærisk trykk fotoionisering

Atmosfærisk trykk photoionization (APPI) bruker en kilde for fotoner, vanligvis et vakuum UV (VUV) lampe, for å ionisere analytten med enkel foton ionisering prosess. Analogt med andre ionekilder for atmosfærisk trykk, oppvarmes en spray med løsningsmiddel til relativt høye temperaturer (over 400 grader Celsius) og sprayes med høye strømningshastigheter av nitrogen for oppløsning. Den resulterende aerosolen utsettes for UV -stråling for å danne ioner. Atmosfærisk trykk laserionisering bruker UV -laserlyskilder for å ionisere analytten via MPI.

Desorpsjon ionisering

Feldesorpsjon

Feldesorpsjon refererer til en ionekilde der et høyt potensielt elektrisk felt påføres en emitter med en skarp overflate, for eksempel et barberblad, eller mer vanlig, en filament som det har dannet seg små "whiskers" fra. Dette resulterer i et veldig høyt elektrisk felt som kan resultere i ionisering av gassformige molekyler i analytten. Massespektre produsert av FI har liten eller ingen fragmentering. De domineres av molekylære radikale kationer og sjeldnere protonerte molekyler . ${\ displaystyle {\ ce {M^{+.}}}}$${\ displaystyle {\ ce {[{M}+H]+}}}$

Partikkelbombardement

Rask atombombardement

Partikkelbombardement med atomer kalles hurtig atombombardement (FAB) og bombardement med atom- eller molekylære ioner kalles sekundær ion massespektrometri (SIMS). Fisjonfragmentionisering bruker ioniske eller nøytrale atomer dannet som et resultat av kjernefisjonen til et egnet nuklid , for eksempel Californium isotop ²⁵² Cf.

I FAB er analytene blandet med et ikke-flyktig kjemisk beskyttelsesmiljø som kalles en matrise og blir bombardert under vakuum med en atomenstråle med høy energi (4000 til 10 000 elektronvolt ). Atomer er vanligvis fra en inert gass som argon eller xenon . Vanlige matriser inkluderer glyserol , tioglyserol , 3-nitrobenzylalkohol (3-NBA), 18-krone-6 eter, 2-nitrofenyloktyleter , sulfolan , dietanolamin og trietanolamin . Denne teknikken ligner sekundær ion massespektrometri og plasma desorpsjon massespektrometri .

Sekundær ionisering

Sekundær ion massespektrometri (SIMS) brukes til å analysere sammensetningen av faste overflater og tynne filmer ved å sprute overflaten av prøven med en fokusert primær ionstråle og samle og analysere utkastede sekundære ioner. Masse/ladningsforholdene til disse sekundære ionene måles med et massespektrometer for å bestemme elementær, isotopisk eller molekylær sammensetning av overflaten til en dybde på 1 til 2 nm.

I en flytende metallionkilde (LMIS) blir et metall (vanligvis gallium ) oppvarmet til flytende tilstand og tilveiebrakt ved enden av en kapillær eller en nål. Deretter dannes en Taylor -kjegle under påføring av et sterkt elektrisk felt. Etter hvert som kjeglens spiss blir skarpere, blir det elektriske feltet sterkere inntil ioner dannes ved fordampning av feltet. Disse ionekildene brukes spesielt ved ionimplantasjon eller i fokuserte ionstråleinstrumenter .

Plasma desorpsjon ionisering

Plasma desorpsjon ionisering massespektrometri (PDMS), også kalt fisjon fragment ionisering, er en massespektrometri teknikk der ionisering av materiale i en fast prøve oppnås ved å bombardere det med ioniske eller nøytrale atomer dannet som et resultat av kjernefisjonen til en egnet nuklid , typisk californium isotop ²⁵² Jf.

Laser desorpsjon ionisering

Matriseassistert laserdesorpsjon/ionisering (MALDI) er en myk ioniseringsteknikk. Prøven blandes med et matriksmateriale. Ved mottak av en laserpuls absorberer matrisen laserenergien, og det antas at matrisen hovedsakelig desorberes og ioniseres (ved tilsetning av et proton) av denne hendelsen. Analyttmolekylene desorberes også. Matrisen antas deretter å overføre proton til analytmolekylene (f.eks. Proteinmolekyler), og dermed lade analytten.

Overflateassistert laser-desorpsjon/ionisering

Surface-assistert laser desorpsjon/ionisering (SALDI) er en myk laser desorpsjonsteknikk som brukes til å analysere biomolekyler ved massespektrometri . I den første utførelsen brukte den grafittmatrise . For tiden blir laserdesorpsjon/ioniseringsmetoder som bruker andre uorganiske matriser, for eksempel nanomaterialer , ofte sett på som SALDI -varianter. En relatert metode kalt "ambient SALDI" - som er en kombinasjon av konvensjonell SALDI med omgivende massespektrometri som inneholder DART -ionekilden - er også demonstrert.

Overflateforbedret laser-desorpsjon/ionisering

Overflate-forbedret laserdesorpsjon / ionisering (SELDI) er en variant av MALDI som benyttes for analyse av proteinblandinger som bruker et mål modifisert for å oppnå biokjemiske affinitet med analytten forbindelsen.

Desorpsjonionisering på silisium

Desorpsjonionisering på silisium (DIOS) refererer til laser -desorpsjon/ionisering av en prøve som er avsatt på en porøs silisiumoverflate.

Smalley kilde

En laserfordampningsklynge produserer ioner ved hjelp av en kombinasjon av laser -desorpsjonionisering og supersonisk ekspansjon. Den Smalley kilde (eller Smalley klynge kilde ) ble utviklet av Richard Smalley ved Rice University i 1980, og var sentral til oppdagelsen av fuller i 1985.

Aerosolionisering

I aerosolmassespektrometri med time-of-flight-analyse desorberes og ioniseres mikrometerstore aerosolpartikler i mikrometer samtidig med en nøyaktig tidsbestemt laserpuls når de passerer gjennom midten av en ionekstraktor ved flyging.

Spray ionisering

Sprayioniseringsmetoder innebærer dannelse av aerosolpartikler fra en flytende løsning og dannelse av bare ioner etter fordampning av løsningsmiddel.

Løsningsmiddelassistert ionisering (SAI) er en metode der ladede dråper produseres ved å introdusere en løsning som inneholder analyt i et oppvarmet innløpsrør av et ioniseringsmassespektrometer for atmosfærisk trykk. Akkurat som i Electrospray Ionization (ESI) produserer desolvering av de ladede dråpene flere ladede analytioner. Flyktige og ikke -flyktige forbindelser analyseres av SAI, og høyspenning er ikke nødvendig for å oppnå følsomhet som kan sammenlignes med ESI. Påføring av en spenning til løsningen som kommer inn i det varme innløpet gjennom en null død volumtilkobling koblet til smeltet silisiumslange gir ESI-lignende massespektre, men med høyere følsomhet. Innløpsrøret til massespektrometeret blir ionekilden.

Matriseassistert ionisering

Matriseassistert ionisering [MAI] ligner MALDI ved prøveforberedelse, men en laser er ikke nødvendig for å konvertere analytmolekyler som er inkludert i en matriseforbindelse til gassfaseioner. I MAI har analytioner ladetilstander som ligner elektrosprayionisering, men hentet fra en fast matrise i stedet for et løsningsmiddel. Ingen spenning eller laser er nødvendig, men en laser kan brukes for å oppnå romlig oppløsning for bildebehandling. Matriseanalytprøver ioniseres i vakuumet til et massespektrometer og kan settes inn i vakuumet gjennom et atmosfærisk trykkinnløp. Mindre flyktige matriser som 2,5-dihydroksybenzosyre krever et varmt innløpsrør for å produsere analytioner ved MAI, men mer flyktige matriser som 3-nitrobenzonitril krever ingen varme, spenning eller laser. Bare å introdusere matrisen: analytprøven til innløpsåpningen til et ioniserende massespektrometer ved atmosfærisk trykk produserer rikelig med ioner. Forbindelser som er minst like store som bovint serumalbumin [66 kDa] kan ioniseres med denne metoden. I denne enkle, rimelige og brukervennlige ioniseringsmetoden kan innløpet til massespektrometer betraktes som ionekilden.

Atmosfærisk trykk kjemisk ionisering

Atmosfærisk trykk kjemisk ionisering er en form for kjemisk ionisering ved bruk av en løsningsmiddelspray ved atmosfæretrykk. En spray med løsningsmiddel blir oppvarmet til relativt høye temperaturer (over 400 grader Celsius), sprayet med høye nitrogenhastigheter og hele aerosolskyen utsettes for en koronautladning som skaper ioner med det fordampede løsningsmidlet som fungerer som den kjemiske ioniseringsreagensgassen. APCI er ikke en så "myk" (lav fragmentering) en ioniseringsteknikk som ESI. Vær oppmerksom på at atmosfærisk trykkionisering (API) ikke skal brukes som et synonym for APCI.

Termosprayionisering

Termosprayionisering er en form for atmosfærisk trykkionisering i massespektrometri . Den overfører ioner fra væskefasen til gassfasen for analyse. Det er spesielt nyttig i væskekromatografi-massespektrometri .

Elektrosprayionisering

Ved elektrosprayionisering skyves en væske gjennom en veldig liten, ladet og vanligvis metall , kapillær . Denne væsken inneholder stoffet som skal studeres, analytten , oppløst i en stor mengde løsningsmiddel , som vanligvis er mye mer flyktig enn analytten. Flyktige syrer , baser eller buffere blir ofte tilsatt til denne løsningen. Analytten eksisterer som et ion i løsning enten i sin anion- eller kationform. Fordi som ladninger frastøter, presser væsken seg ut av kapillæren og danner en aerosol , en tåke av små dråper på omtrent 10 mikrometer på tvers. Aerosolen produseres i det minste delvis ved en prosess som involverer dannelse av en Taylor -kjegle og en stråle fra spissen av denne kjeglen. En uladet bærergass som nitrogen brukes noen ganger for å hjelpe væsken til å forstøve og for å fordampe det nøytrale løsningsmidlet i dråpene. Etter hvert som løsningsmidlet fordamper, tvinges analytmolekylene nærmere hverandre, frastøter hverandre og bryter opp dråpene. Denne prosessen kalles Coulombic fisjon fordi den drives av frastøtende Coulombic krefter mellom ladede molekyler. Prosessen gjentas til analytten er løselig og er et rent ion . De ioner observert opprettes ved tilsetning av et proton (en hydrogenion) og betegnet , eller av et annet kation , slik som natrium -ion, eller fjerning av et proton, . Multipliserte ioner som ofte observeres. For store makromolekyler kan det være mange ladetilstander, som forekommer med forskjellige frekvenser; ladningen kan være like stor som for eksempel. ${\ displaystyle {\ ce {[{M}+H]+}}}$${\ displaystyle {\ ce {[M + Na] +}}}$${\ displaystyle {\ ce {[M - H]^ -}}}$${\ displaystyle {\ ce {[{M}+2H]^2+}}}$${\ displaystyle {\ ce {[M + 25H]^{25+}}}}$

Probe elektrospray ionisering

Probe elektrospray-ionisering (Pesi) er en modifisert versjon av elektrospray, hvor den kapillære for prøveløsningen overføring av erstattes av en spiss kompakt nål med periodisk bevegelse.

Kontaktløs ionisering av atmosfæretrykk

Kontaktløs ionisering av atmosfæretrykk er en teknikk som brukes for analyse av flytende og faste prøver ved massespektrometri . Kontaktløs API kan opereres uten ekstra elektrisk strømtilførsel (tilføre spenning til kilden emitter), gasstilførsel, eller sprøytepumpe . Dermed gir teknikken et lett middel for å analysere kjemiske forbindelser ved massespektrometri ved atmosfærisk trykk .

Sonisk sprayionisering

Sonisk sprayionisering er metode for å lage ioner fra en flytende løsning, for eksempel en blanding av metanol og vann . En pneumatisk forstøver brukes til å gjøre løsningen til en supersonisk spray med små dråper. Ioner dannes når løsningsmidlet fordamper og den statistisk ubalanserte ladningsfordelingen på dråpene fører til en netto ladning og fullstendig oppløsning resulterer i dannelse av ioner. Sonisk sprayionisering brukes til å analysere små organiske molekyler og legemidler og kan analysere store molekyler når et elektrisk felt påføres kapillæren for å øke ladningstettheten og generere flere ladede ioner av proteiner.

Sonisk sprayionisering har blitt kombinert med høyytelses væskekromatografi for analyse av legemidler. Oligonukleotider har blitt studert med denne metoden. SSI har blitt brukt på en måte som ligner på desorpsjon elektrosprayionisering for ionisering i omgivelsene og har blitt koblet til tynnlagskromatografi på denne måten.

Ultralydassistert sprayionisering

Ultralydassistert sprayionisering (UASI) innebærer ionisering gjennom bruk av ultralyd .

Termisk ionisering

Termisk ionisering (også kjent som overflateionisering eller kontaktionisering) innebærer sprøyting av fordampede, nøytrale atomer på en varm overflate, hvorfra atomene fordamper på nytt i ionisk form. For å generere positive ioner, bør atomartene ha en lav ioniseringsenergi , og overflaten skal ha en høy arbeidsfunksjon . Denne teknikken er mest egnet for alkali -atomer (Li, Na, K, Rb, Cs) som har lave ioniseringsenergier og lett fordampes.

For å generere negative ioner, bør atomarten ha en høy elektronaffinitet , og overflaten skal ha en lav arbeidsfunksjon. Denne andre tilnærmingen er mest egnet for halogenatomer Cl, Br, I, At.

Omgivende ionisering

Ved ioniserende omgivelser dannes ioner utenfor massespektrometeret uten prøveforberedelse eller separasjon. Ioner kan dannes ved ekstraksjon i ladede elektrospray dråper, termisk desorberte og ionisert ved kjemisk ionisering , eller laser desorberes eller ablasjon og post-ionisert før de kommer inn i massespektrometeret.

Solid-væskeekstraksjonsbasert omgivelsesionisering bruker en ladet spray for å lage en væskefilm på prøveoverflaten. Molekyler på overflaten ekstraheres inn i løsningsmidlet. Virkningen av de primære dråpene som rammer overflaten produserer sekundære dråper som er kilden til ioner for massespektrometeret. Desorpsjon elektrosprayionisering (DESI) bruker en elektrospraykilde for å lage ladede dråper som er rettet mot en fast prøve noen få millimeter til noen få centimeter unna. De ladede dråpene henter prøven gjennom interaksjon med overflaten og danner deretter høyt ladede ioner som kan samles inn i et massespektrometer.

Plasmabasert ionisering av omgivelsene er basert på en elektrisk utladning i en gass som flyter og som produserer metastabile atomer og molekyler og reaktive ioner. Varme brukes ofte for å hjelpe til med desorpsjon av flyktige arter fra prøven. Ioner dannes ved kjemisk ionisering i gassfasen. En direkte analyse i sanntidskilde opererer ved å utsette prøven for en tørr gassstrøm (typisk helium eller nitrogen) som inneholder lang levetid elektronisk eller vibronisk eksiterte nøytrale atomer eller molekyler (eller "metastabiler" ). Spente tilstander dannes vanligvis i DART -kilden ved å skape en glødutladning i et kammer som gassen strømmer gjennom. En lignende metode kalt atmosfærisk faststoffanalysesonde [ASAP] bruker den oppvarmede gassen fra ESI- eller APCI -prober for å fordampe prøven plassert på et smeltepunktsrør som er satt inn i en ESI/APCI -kilde. Ionisering er av APCI.

Laserbasert omgivelsesionisering er en to-trinns prosess der en pulserende laser brukes til å desorbere eller ablere materiale fra en prøve, og materialflommen samhandler med et elektrospray eller plasma for å lage ioner. Elektrosprayassistert laserdesorpsjon /ionisering (ELDI) bruker en 337 nm UV-laser eller 3 um infrarød laser for å desorbere materiale til en elektrospraykilde. Matriseassistert laser-desorpsjon elektrospray-ionisering (MALDESI) er en ioniseringskilde for atmosfærisk trykk for generering av multipliserte ladede ioner. En ultrafiolett eller infrarød laser rettes mot en fast eller flytende prøve som inneholder analytten av interesse og matrisedesorberende nøytrale analytmolekyler som ioniseres ved interaksjon med elektrosprayede løsningsmiddeldråper som genererer multipliserte ladede ioner. Laserablation elektrosprayionisering (LAESI) er en omgivende ioniseringsmetode for massespektrometri som kombinerer laserablation fra en midtinfrarød (midt-IR) laser med en sekundær elektrosprayionisering (ESI) prosess.

applikasjoner

Massespektrometri

I et massespektrometer ioniseres en prøve i en ionekilde, og de resulterende ionene separeres med deres masse-til-ladningsforhold. Ionene detekteres og resultatene vises som spektre av den relative mengden av detekterte ioner som en funksjon av masse-til-ladningsforholdet. Atomer eller molekyler i prøven kan identifiseres ved å korrelere kjente masser til de identifiserte massene eller gjennom et karakteristisk fragmenteringsmønster.

Partikkelakseleratorer

I partikkelakseleratorer skaper en ionekilde en partikkelstråle i begynnelsen av maskinen, kilden . Teknologien for å lage ionekilder for partikkelakseleratorer avhenger sterkt av typen partikkel som må genereres: elektroner , protoner , H ^- ion eller Heavy ioner .

Elektroner genereres med en elektronpistol , hvorav det er mange varianter.

Protoner genereres med en plasma -basert enhet, som en duoplasmatron eller en magnetron .

H ^- ioner genereres med en magnetron eller en Penning -kilde . En magnetron består av en sentral sylindrisk katode omgitt av en anode. Utladningsspenningen er vanligvis større enn 150 V og strømavløpet er rundt 40 A. Et magnetfelt på ca. 0,2 tesla er parallelt med katodeaksen . Hydrogengass blir introdusert av en pulsert gassventil. Cesium brukes ofte til å senke katodens arbeidsfunksjon , noe som øker mengden ioner som produseres. Store caesiated H ^- kilder er også anvendes for plasmaoppvarming i kjernefusjon enheter.

For en Penning -kilde leder et sterkt magnetfelt parallelt med det elektriske feltet til kappen elektroner og ioner på syklotronspiraler fra katode til katode. Raske H-minus ioner genereres ved katodene som i magnetronen. De bremses på grunn av ladningsutvekslingsreaksjonen når de migrerer til plasmaåpningen. Dette gir en ionestråle som er kaldere enn ionene hentet fra en magnetron.

Tunge ioner kan genereres med en elektron -syklotronresonansionskilde . Bruken av elektroncyklotronresonans (ECR) -ionkilder for produksjon av intense stråler av høyt ladede ioner har vokst enormt det siste tiåret. ECR-ionekilder brukes som injektorer i lineære akseleratorer, Van-de-Graaff-generatorer eller syklotroner i kjernefysisk og elementær partikkelfysikk. I atom- og overflatefysikk leverer ECR -ionekilder intense stråler av høyt ladede ioner for kollisjonseksperimenter eller for undersøkelse av overflater. For de høyeste ladetilstandene er det imidlertid nødvendig med elektronstråleionkilder (EBIS). De kan generere til og med bare ioner av middels tunge elementer. Den elektronstråle ionefelle (EBIT), basert på det samme prinsipp, kan produsere opp til nakne uran ioner, og kan brukes som en ione-kilde.

Tunge ioner kan også genereres med en ionpistol som vanligvis bruker termionisk utslipp av elektroner for å ionisere et stoff i gassform. Slike instrumenter brukes vanligvis til overflateanalyse.

Gass strømmer gjennom ionekilden mellom anoden og katoden . En positiv spenning tilføres anoden. Denne spenningen, kombinert med det høye magnetfeltet mellom spissene på de interne og eksterne katodene, lar et plasma starte. Ioner fra plasmaet blir frastøtt av det elektriske anodefeltet . Dette skaper en ionestråle.

Overflatemodifikasjon

• Overflaterengjøring og forbehandling for store avsetninger
• Tynn filmavsetning
• Avsetning av tykke diamantlignende karbonfilmer (DLC)
• Overflatebehandling av polymerer for bedre vedheft og/eller biokompatibilitet

Se også

• Ionstråle
• RF antenne ion kilde
• On-Line Isotope Mass Separator

Referanser