Источник ионов - Ion source

Источник ионов - это устройство, которое создает атомарные и молекулярные ионы . Источники ионов используются для образования ионов для масс-спектрометров , оптических эмиссионных спектрометров , ускорителей частиц , ионных имплантеров и ионных двигателей .

Электронная ионизация

Электронная ионизация широко используется в масс-спектрометрии, особенно для органических молекул. В газовой фазе реакция получения электронов ионизации

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

где M - ионизируемый атом или молекула, - электрон, а - образующийся ион. ${\ displaystyle {\ ce {e ^ -}}}$${\ displaystyle {\ ce {M ^ {+ \ bullet}}}}$

Электроны могут быть созданы дуговым разрядом между катодом и анодом .

Источник ионов с электронным пучком (EBIS) используется в атомной физике для получения высоко заряженных ионов путем бомбардировки атомов мощным электронным пучком . Его принцип действия разделяет ионная ловушка электронного пучка .

Ионизация с захватом электронов

Ионизация с захватом электронов (ECI) - это ионизация атома или молекулы в газовой фазе путем присоединения электрона с образованием иона формы A ^{- •} . Реакция

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

где буква M над стрелкой означает, что для сохранения энергии и импульса требуется третье тело ( молекулярность реакции равна трем).

Электронный захват можно использовать в сочетании с химической ионизацией .

Детектор захвата электронов используются в некоторых газовой хроматографии систем.

Химическая ионизация

Химическая ионизация (ХИ) - это процесс с меньшей энергией, чем электронная ионизация, потому что он включает в себя ионно-молекулярные реакции, а не удаление электронов. Более низкая энергия дает меньшую фрагментацию и, как правило, более простой спектр . Типичный спектр ХИ имеет легко идентифицируемый молекулярный ион.

В эксперименте ХИ ионы образуются в результате столкновения аналита с ионами газа-реагента в источнике ионов. Некоторые общие газы-реагенты включают: метан , аммиак и изобутан . Внутри ионного источника газ-реагент присутствует в большом избытке по сравнению с аналитом. Электроны, попадающие в источник, будут предпочтительно ионизировать газ-реагент. В результате столкновения с другими молекулами газа-реагента образуется ионизационная плазма . Положительные и отрицательные ионы аналита образуются в результате реакций с этой плазмой. Например, протонирование происходит за счет

${\ displaystyle {\ ce {CH4 + e ^ - -> CH4 + + 2e ^ -}}}$ (образование первичных ионов),

${\ displaystyle {\ ce {CH4 + CH4 + -> CH5 + + CH3}}}$ (образование реагент-иона),

${\ Displaystyle {\ ce {M + CH5 + -> CH4 + [M + H] +}}}$ (образование иона продукта, например протонирование).

Ионизация с обменом заряда

Ионизация с обменом заряда (также известная как ионизация с переносом заряда) - это газофазная реакция между ионом и атомом или молекулой, в которой заряд иона передается нейтральным частицам.

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

Хемиионизация

Хемиионизация - это образование иона в результате реакции атома или молекулы в газовой фазе с атомом или молекулой в возбужденном состоянии . Хемиионизацию можно представить как

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

где G - это разновидность возбужденного состояния (обозначенная звездочкой в ​​верхнем индексе), а M - разновидность, которая ионизируется за счет потери электрона с образованием катион- радикала (обозначена верхним индексом «плюс-точка»).

Ассоциативная ионизация

Ассоциативная ионизация - это газофазная реакция, в которой два атома или молекулы взаимодействуют с образованием единого иона-продукта. Один или оба взаимодействующих компонента могут иметь избыточную внутреннюю энергию .

Например,

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

где компонент A с избыточной внутренней энергией (обозначен звездочкой) взаимодействует с B с образованием иона AB ⁺ .

Ионизация Пеннинга

Ионизация Пеннинга - это форма хемиионизации, включающая реакции между нейтральными атомами или молекулами. Процесс назван в честь голландского физика Франса Мишеля Пеннинга, который впервые сообщил о нем в 1927 году. Ионизация Пеннинга включает реакцию между атомом или молекулой G ^{* в} возбужденном состоянии в газовой фазе и целевой молекулой M, приводящей к образованию молекулярного катиона-радикала. М ^+. , электрон e ^- и молекула нейтрального газа G:

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

Ионизация Пеннинга происходит, когда целевая молекула имеет потенциал ионизации ниже, чем внутренняя энергия атома или молекулы в возбужденном состоянии.

Ассоциативная ионизация Пеннинга может происходить через

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

Поверхностная ионизация Пеннинга (также известная как оже-девозбуждение) относится к взаимодействию газа возбужденного состояния с объемной поверхностью S, что приводит к высвобождению электрона в соответствии с

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

Ионная насадка

Ионизация с присоединением ионов похожа на химическую ионизацию, при которой катион присоединяется к молекуле аналита в результате реактивного столкновения:

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

Где M - молекула аналита, X ⁺ - катион, а A - не реагирующий партнер столкновения.

В источнике радиоактивных ионов небольшой кусок радиоактивного материала, например ⁶³ Ni или ²⁴¹ Am , используется для ионизации газа. Это используется в ионизационных детекторах дыма и спектрометрах ионной подвижности .

Газоразрядные источники ионов

Эти источники ионов используют плазменный источник или электрический разряд для создания ионов.

Индуктивно-связанная плазма

Ионы могут быть созданы в индуктивно связанной плазме , которая представляет собой источник плазмы, в котором энергия передается за счет электрических токов , создаваемых электромагнитной индукцией , то есть изменяющимися во времени магнитными полями .

Плазма, индуцированная микроволновым излучением

Источники ионов плазмы, индуцированные микроволновым излучением, способны возбуждать безэлектродные газовые разряды для создания ионов для масс-спектрометрии следовых элементов. Микроволновая плазма - это разновидность плазмы , которая имеет высокочастотное электромагнитное излучение в диапазоне ГГц . Он способен возбуждать безэлектродные газовые разряды . Если они применяются в режиме поддержания поверхностных волн , они особенно хорошо подходят для генерации плазмы большой площади с высокой плотностью плазмы. Если они одновременно находятся в режиме поверхностных волн и резонатора , они могут демонстрировать высокую степень пространственной локализации. Это позволяет пространственно отделить место генерации плазмы от места обработки поверхности. Такое разделение (вместе с соответствующей схемой потока газа) может помочь уменьшить отрицательный эффект, что частицы , высвобождаемые из обрабатываемой подложки могут иметь на химии плазмы в газовой фазе .

Источник ионов ЭЦР

Источник ионов ЭЦР использует электронный циклотронный резонанс для ионизации плазмы. Микроволны вводятся в объем с частотой, соответствующей электронному циклотронному резонансу, определяемой магнитным полем, приложенным к области внутри объема. Объем содержит газ низкого давления.

Тлеющий разряд

Ионы могут быть созданы в электрическом тлеющем разряде . Тлеющий разряд - это плазма, образующаяся при прохождении электрического тока через газ низкого давления. Он создается путем приложения напряжения между двумя металлическими электродами в откачанной камере, содержащей газ. Когда напряжение превышает определенное значение, называемое напряжением зажигания , газ образует плазму.

Дуоплазматрон представляет собой тип ионного источника тлеющего разряда , который состоит из катода ( горячего катода или холодного катода ) , которая производит плазму, которая используется для ионизации газа. Дуоплазматроны могут производить положительные и отрицательные ионы. Дуоплазматроны используются для масс-спектрометрии вторичных ионов, ионно-лучевого травления и физики высоких энергий.

Плавное послесвечение

В потоке послесвечения ионы образуются в потоке инертного газа, обычно гелия или аргона . Реагенты добавляются ниже по потоку для создания ионных продуктов и изучения скорости реакции. Масс-спектрометрия с проточным послесвечением используется для анализа газовых примесей на органические соединения.

Искровая ионизация

Электроискровая ионизация используется для получения ионов газовой фазы из твердого образца. При объединении с масс-спектрометром весь прибор называется масс-спектрометром с искровой ионизацией или масс-спектрометром с искровым источником (SSMS).

Источник закрытых дрейфующих ионов использует радиальное магнитное поле в кольцевой полости, чтобы удерживать электроны для ионизации газа. Они используются для ионной имплантации и для космических двигателей (двигатели на эффекте Холла ).

Фотоионизация

Фотоионизация - это процесс ионизации, при котором ион образуется в результате взаимодействия фотона с атомом или молекулой.

Многофотонная ионизация

При многофотонной ионизации (MPI) несколько фотонов с энергией ниже порога ионизации могут фактически объединить свои энергии для ионизации атома.

Многофотонная ионизация с усилением резонанса (REMPI) - это форма MPI, в которой один или несколько фотонов получают доступ к связанно-связанному переходу, который является резонансным в ионизируемом атоме или молекуле.

Фотоионизация атмосферного давления

Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) использует источник фотонов, обычно вакуумную УФ-лампу (VUV), для ионизации аналита с помощью процесса однофотонной ионизации. Аналогично другим ионным источникам атмосферного давления распылитель растворителя нагревается до относительно высоких температур (выше 400 градусов Цельсия) и распыляется с высоким расходом азота для десольватации. Полученный аэрозоль подвергается УФ-излучению для образования ионов. Для ионизации при атмосферном давлении используются лазерные источники ультрафиолетового излучения для ионизации анализируемого вещества через MPI.

Десорбционная ионизация

Полевая десорбция

Полевая десорбция относится к источнику ионов, в котором электрическое поле с высоким потенциалом прикладывается к эмиттеру с острой поверхностью, например к бритвенному лезвию, или, чаще, к нити накала, из которой сформировались крошечные «усы». Это приводит к очень сильному электрическому полю, которое может привести к ионизации газообразных молекул аналита. В масс-спектрах, полученных с помощью FI, фрагментация незначительна или отсутствует. В них преобладают молекулярные катион-радикалы, реже протонированные молекулы . ${\ displaystyle {\ ce {M ^ {+.}}}}$${\ displaystyle {\ ce {[{M} + H] +}}}$

Бомбардировка частицами

Бомбардировка быстрым атомом

Бомбардировка частицами атомами называется бомбардировкой быстрыми атомами (FAB), а бомбардировка атомарными или молекулярными ионами называется масс-спектрометрией вторичных ионов (SIMS). В ионизации осколками деления используются ионные или нейтральные атомы, образованные в результате ядерного деления подходящего нуклида , например изотопа калифорния ²⁵² Cf.

В FAB аналиты смешиваются с нелетучей химической защитной средой, называемой матрицей, и бомбардируются под вакуумом пучком атомов высокой энергии (от 4000 до 10000 электрон-вольт ). Атомы обычно происходят из инертного газа, такого как аргон или ксенон . Обычные матрицы включают глицерин , тиоглицерин , 3-нитробензиловый спирт (3-NBA), 18-краун-6 эфир, 2-нитрофенилоктиловый эфир , сульфолан , диэтаноламин и триэтаноламин . Этот метод аналогичен масс-спектрометрии вторичных ионов и масс-спектрометрии с плазменной десорбцией .

Вторичная ионизация

Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС) используется для анализа состава твердых поверхностей и тонких пленок путем распыления поверхности образца сфокусированным пучком первичных ионов, а также сбора и анализа выброшенных вторичных ионов. Отношения масса / заряд этих вторичных ионов измеряются с помощью масс-спектрометра для определения элементного, изотопного или молекулярного состава поверхности на глубине от 1 до 2 нм.

В источнике ионов жидкого металла (LMIS) металл (обычно галлий ) нагревается до жидкого состояния и находится на конце капилляра или иглы. Затем конус Тейлора образуется под действием сильного электрического поля. По мере того, как острие конуса становится острее, электрическое поле становится сильнее, пока в результате полевого испарения не образуются ионы. Эти источники ионов особенно используются при ионной имплантации или в приборах со сфокусированным ионным пучком .

Плазменная десорбционная ионизация

Плазменная десорбционная ионизационная масс-спектрометрия (PDMS), также называемая ионизацией осколков деления, представляет собой метод масс-спектрометрии, при котором ионизация материала в твердом образце осуществляется путем бомбардировки его ионными или нейтральными атомами, образовавшимися в результате ядерного деления подходящего нуклид , обычно изотоп калифорния ²⁵² Cf.

Лазерная десорбционная ионизация

Матричная лазерная десорбция / ионизация (MALDI) - это метод мягкой ионизации. Образец смешивается с матричным материалом. При получении лазерного импульса матрица поглощает лазерную энергию, и считается, что в первую очередь матрица десорбируется и ионизируется (путем добавления протона) в результате этого события. Молекулы аналита также десорбируются. Затем считается, что матрица переносит протон к молекулам анализируемого вещества (например, молекулам белка), таким образом заряжая анализируемое вещество.

Лазерная десорбция / ионизация с поверхности

Поверхностная лазерная десорбция / ионизация (SALDI) - это метод мягкой лазерной десорбции , используемый для анализа биомолекул с помощью масс-спектрометрии . В первом варианте использовалась графитовая матрица. В настоящее время методы лазерной десорбции / ионизации с использованием других неорганических матриц, таких как наноматериалы , часто рассматриваются как варианты SALDI. Также был продемонстрирован родственный метод, названный "ambient SALDI", который представляет собой комбинацию обычного SALDI с масс-спектрометрией окружающей среды с использованием ионного источника DART .

Лазерная десорбция / ионизация с поверхностным усилением

Лазерная десорбция / ионизация с улучшенной поверхностью (SELDI) - это вариант MALDI, который используется для анализа белковых смесей, в котором используется мишень, модифицированная для достижения биохимического сродства с анализируемым соединением.

Десорбционная ионизация на кремнии

Десорбционная ионизация на кремнии (DIOS) относится к лазерной десорбции / ионизации образца, нанесенного на поверхность пористого кремния.

Источник Смолли

Кластерный источник лазерного испарения производит ионы, используя комбинацию лазерной десорбционной ионизации и сверхзвукового расширения. Источник Смолли (или кластерный источник Смолли ) был разработан Ричардом Смолли из Университета Райса в 1980-х годах и сыграл центральную роль в открытии фуллеренов в 1985 году.

Ионизация аэрозоля

В масс-спектрометрии аэрозолей с анализом времени пролета твердые частицы аэрозоля микрометровых размеров, извлеченные из атмосферы, одновременно десорбируются и ионизируются точно синхронизированным лазерным импульсом, когда они проходят через центр экстрактора ионов времени пролета.

Ионизация распылением

Методы распылительной ионизации включают образование аэрозольных частиц из жидкого раствора и образование голых ионов после испарения растворителя.

Ионизация с использованием растворителя (SAI) - это метод, при котором заряженные капли образуются путем введения раствора, содержащего аналит, в нагретую впускную трубку ионизационного масс-спектрометра при атмосферном давлении. Как и в случае ионизации электрораспылением (ESI), десольватация заряженных капель дает многозарядные ионы аналита. Летучие и нелетучие соединения анализируются SAI, и высокое напряжение не требуется для достижения чувствительности, сопоставимой с ESI. Приложение напряжения к раствору, поступающему на горячий вход через фитинг с нулевым мертвым объемом, подключенный к трубке из плавленого кварца, дает масс-спектры, подобные ESI, но с более высокой чувствительностью. Входная трубка масс-спектрометра становится источником ионов.

Матричная ионизация

Ионизация с использованием матрицы [MAI] аналогична MALDI при подготовке проб, но не требуется лазер для преобразования молекул аналита, включенных в матричное соединение, в ионы газовой фазы. В MAI ионы аналита имеют зарядовые состояния, аналогичные ионизации электрораспылением, но получаемые из твердой матрицы, а не из растворителя. Никакого напряжения или лазера не требуется, но лазер можно использовать для получения пространственного разрешения при визуализации. Образцы матрицы-аналита ионизируются в вакууме масс-спектрометра и могут быть введены в вакуум через впускное отверстие при атмосферном давлении. Для менее летучих матриц, таких как 2,5-дигидроксибензойная кислота, требуется горячая входная трубка для получения ионов анализируемого вещества с помощью MAI, но для более летучих матриц, таких как 3-нитробензонитрил, не требуется тепла, напряжения или лазера. Простое введение матрицы: образец анализируемого вещества во входное отверстие масс-спектрометра с ионизацией при атмосферном давлении производит большое количество ионов. С помощью этого метода можно ионизировать соединения по меньшей мере такого размера, как бычий сывороточный альбумин [66 кДа]. В этом простом, недорогом и удобном методе ионизации вход масс-спектрометра можно рассматривать как источник ионов.

Химическая ионизация при атмосферном давлении

Химическая ионизация при атмосферном давлении - это форма химической ионизации с использованием распыления растворителя при атмосферном давлении. Спрей растворителя нагревается до относительно высоких температур (выше 400 градусов Цельсия), распыляется с высоким расходом азота, и все облако аэрозоля подвергается коронному разряду, который создает ионы с испарившимся растворителем, действующим как газ-реагент для химической ионизации. APCI не является таким «мягким» (с низким уровнем фрагментации) методом ионизации, как ESI. Обратите внимание, что ионизация при атмосферном давлении (API) не должна использоваться как синоним APCI.

Термораспылительная ионизация

Термораспылительная ионизация - это форма ионизации при атмосферном давлении в масс-спектрометрии . Он переносит ионы из жидкой фазы в газовую для анализа. Это особенно полезно в жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии .

Ионизация электрораспылением

В электрораспылении ионизации , A жидкость выталкивается через очень небольшой, и , как правило заряженного металла , капилляр . Эта жидкость содержит исследуемое вещество, аналит , растворенный в большом количестве растворителя , который обычно намного более летуч, чем аналит. К этому раствору также часто добавляют летучие кислоты , основания или буферы . Аналит существует в виде иона в растворе либо в анионной, либо в катионной форме. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, жидкость выталкивается из капилляра и образует аэрозоль , состоящий из мелких капелек диаметром около 10 мкм . Аэрозоль, по крайней мере, частично образуется в процессе, включающем формирование конуса Тейлора и струи из кончика этого конуса. Незаряженный газ-носитель, такой как азот , иногда используется для распыления жидкости и испарения нейтрального растворителя в каплях. По мере испарения растворителя молекулы аналита сближаются, отталкиваются друг от друга и разбивают капли. Этот процесс называется кулоновским делением, потому что он вызывается кулоновскими силами отталкивания между заряженными молекулами. Процесс повторяется до тех пор, пока аналит не освободится от растворителя и не станет чистым ионом . Ионы , наблюдаемые создаются путем добавления протона (ион водорода) и обозначаются , или другой катион , такие как натрий - ион, или удаление протона, . Часто наблюдаются такие многозарядные ионы . Для больших макромолекул может быть много зарядовых состояний с разной частотой; заряд может быть как , например. ${\ displaystyle {\ ce {[{M} + H] +}}}$${\ displaystyle {\ ce {[M + Na] +}}}$${\ displaystyle {\ ce {[M - H] ^ -}}}$${\ displaystyle {\ ce {[{M} + 2H] ^ 2 +}}}$${\ displaystyle {\ ce {[M + 25H] ^ {25+}}}}$

Ионизация зонда электрораспылением

Зондовая ионизация электрораспылением (PESI) - это модифицированная версия электроспрея, в которой капилляр для переноса раствора пробы заменен твердой иглой с острым концом, которая периодически перемещается.

Бесконтактная ионизация при атмосферном давлении

Бесконтактная ионизация при атмосферном давлении - это метод, используемый для анализа жидких и твердых образцов с помощью масс-спектрометрии . Бесконтактный API может работать без дополнительного источника питания (подачи напряжения на источник-эмиттер), подачи газа или шприцевого насоса . Таким образом, этот метод предоставляет простые средства для анализа химических соединений с помощью масс-спектрометрии при атмосферном давлении .

Ионизация звуковым распылением

Ионизация звуковым распылением - это метод создания ионов из жидкого раствора, например, смеси метанола и воды . Пневматический распылитель используется для включения раствора в сверхзвуковом распылением мелких капель. Ионы образуются, когда растворитель испаряется, и статистически несбалансированное распределение заряда на каплях приводит к общему заряду, а полная десольватация приводит к образованию ионов. Ионизация звуковым распылением используется для анализа небольших органических молекул и лекарств и может анализировать большие молекулы, когда электрическое поле применяется к капилляру, чтобы помочь увеличить плотность заряда и генерировать многозарядные ионы белков.

Ионизация звуковым распылением сочетается с высокоэффективной жидкостной хроматографией для анализа лекарств. С помощью этого метода были изучены олигонуклеотиды. SSI использовался аналогично десорбционной ионизации электрораспылением для ионизации окружающей среды и таким образом был связан с тонкослойной хроматографией .

Ионизация распылением с помощью ультразвука

Ионизация распылением с помощью ультразвука (UASI) включает ионизацию посредством применения ультразвука .

Термическая ионизация

Термическая ионизация (также известная как поверхностная ионизация или контактная ионизация) включает распыление испаренных нейтральных атомов на горячую поверхность, с которой атомы повторно испаряются в ионной форме. Чтобы генерировать положительные ионы, атомные частицы должны иметь низкую энергию ионизации , а поверхность должна иметь высокую работу выхода . Этот метод наиболее подходит для щелочных атомов (Li, Na, K, Rb, Cs), которые имеют низкую энергию ионизации и легко испаряются.

Чтобы генерировать отрицательные ионы, атомные частицы должны иметь высокое сродство к электрону , а поверхность должна иметь низкую работу выхода. Второй подход наиболее подходит для атомов галогена Cl, Br, I, At.

Ионизация окружающей среды

При ионизации окружающей среды ионы образуются вне масс-спектрометра без подготовки или разделения образцов. Ионы могут быть образованы путем экстракции в заряженные капли электрораспыления , термически десорбируются и ионизируются путем химической ионизации или десорбируются или аблируются лазером и постионизируются до того, как они попадают в масс-спектрометр.

При ионизации окружающей среды на основе твердожидкостной экстракции используется заряженный спрей для создания жидкой пленки на поверхности образца. Молекулы на поверхности экстрагируются в растворитель. Действие первичных капель, ударяющихся о поверхность, приводит к образованию вторичных капель, которые являются источником ионов для масс-спектрометра. Десорбционная ионизация электрораспылением (DESI) использует источник электроспрея для создания заряженных капель, которые направляются на твердый образец на расстоянии от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Заряженные капли захватывают образец за счет взаимодействия с поверхностью, а затем образуют высокозарядные ионы, которые могут быть взяты в масс-спектрометр.

Плазменная ионизация окружающей среды основана на электрическом разряде в текущем газе, который производит метастабильные атомы и молекулы, а также реактивные ионы. Для десорбции летучих веществ из образца часто используется тепло. Ионы образуются в результате химической ионизации в газовой фазе. Источник прямого анализа в реальном времени работает, подвергая образец воздействию потока сухого газа (обычно гелия или азота), который содержит долгоживущие электронно или вибронно возбужденные нейтральные атомы или молекулы (или «метастабильные вещества » ). Возбужденные состояния обычно образуются в источнике DART путем создания тлеющего разряда в камере, через которую протекает газ. Аналогичный метод, называемый зондом для анализа твердых веществ в атмосфере [ASAP], использует нагретый газ от зондов ESI или APCI для испарения пробы, помещенной на трубку для определения точки плавления, вставленную в источник ESI / APCI. Ионизация осуществляется APCI.

Ионизация окружающей среды на основе лазера - это двухэтапный процесс, в котором импульсный лазер используется для десорбции или абляции материала из образца, а шлейф материала взаимодействует с электрораспылением или плазмой для образования ионов. Электрораспылением при содействии лазерной десорбцией / ионизацией (ELDI) использует УФ - лазер 337 нм или 3 мкм инфракрасный лазер для десорбирования материала в электрораспылением источник. Матричная лазерная десорбционная ионизация электрораспылением (MALDESI) - это источник ионизации при атмосферном давлении для генерации многозарядных ионов. Ультрафиолетовый или инфракрасный лазер направляют на твердый или жидкий образец, содержащий интересующий аналит и матрицу, десорбирующую молекулы нейтрального аналита, которые ионизируются за счет взаимодействия с каплями растворителя, распыляемыми электрораспылением, генерирующими многозарядные ионы. Лазерная абляция с ионизацией электрораспылением (LAESI) - это метод ионизации окружающей среды для масс-спектрометрии, который сочетает в себе лазерную абляцию из лазера среднего инфракрасного (среднего инфракрасного) диапазона с процессом вторичной ионизации электрораспылением (ESI).

Приложения

Масс-спектрометрии

В масс-спектрометре образец ионизируется в источнике ионов, и полученные ионы разделяются по отношению их массы к заряду. Ионы обнаруживаются, и результаты отображаются в виде спектров относительного содержания обнаруженных ионов как функции отношения массы к заряду. Атомы или молекулы в образце могут быть идентифицированы путем сопоставления известных масс с идентифицированными массами или с помощью характерного образца фрагментации.

Ускорители частиц

В ускорителях частиц ионный источник создает пучок частиц в начале машины, источнике . Технологии для создания ионных источников для ускорителей частиц сильно зависит от типа частиц , который должен быть сгенерирован: электроны , протоны , H ^- ион или его ионов тяжелых .

Электроны генерируются с помощью электронной пушки , которой существует множество разновидностей.

Протоны генерируются с помощью плазменного устройства, такого как дуоплазматрон или магнетрон .

H ^- ионы генерируются с помощью магнетрона или источника Пеннинга . Магнетрон состоит из центрального цилиндрического катода, окруженного анодом. Напряжение разряда обычно превышает 150 В, а ток стока составляет около 40 А. Магнитное поле примерно 0,2 тесла параллельно оси катода . Газообразный водород вводится с помощью импульсного газового клапана. Цезий часто используется для снижения работы выхода катода, увеличивая количество образующихся ионов. Большой caesiated H ^- источники также используются для нагрева плазмы в устройствах ядерного синтеза.

Для источника Пеннинга сильное магнитное поле, параллельное электрическому полю оболочки, направляет электроны и ионы по циклотронным спиралям от катода к катоду. Быстрые ионы H-минус генерируются на катодах, как в магнетроне. Они замедляются из-за реакции перезарядки, когда они мигрируют к отверстию для плазмы. Это делает пучок ионов более холодным, чем ионы, полученные от магнетрона.

Тяжелые ионы можно генерировать с помощью ионного источника электронного циклотронного резонанса . Использование источников ионов электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) для получения интенсивных пучков высоко заряженных ионов значительно выросло за последнее десятилетие. Источники ионов ЭЦР используются в качестве инжекторов в линейных ускорителях, генераторах Ван-де-Граафа или циклотронах в ядерной физике и физике элементарных частиц. В атомной физике и физике поверхности источники ионов ЭЦР доставляют интенсивные пучки высокозарядных ионов для экспериментов по столкновению или для исследования поверхностей. Однако для самых высоких зарядовых состояний необходимы источники ионов электронного пучка (EBIS). Они могут генерировать даже чистые ионы элементов средней тяжести. Ионный пучок электронов ловушку (EBIT), основанный на том же принципе, может производить до голых ионов урана и может быть использовано в качестве источника ионов , а также.

Тяжелые ионы также можно генерировать с помощью ионной пушки, которая обычно использует термоэлектронную эмиссию электронов для ионизации вещества в его газообразном состоянии. Такие инструменты обычно используются для анализа поверхности.

Газ проходит через ионный источник между анодом и катодом . На анод подается положительное напряжение . Это напряжение в сочетании с сильным магнитным полем между концами внутреннего и внешнего катодов позволяет плазме запускаться. Ионы от плазмы отталкиваются электрическим полем анода . Это создает ионный пучок.

Модификация поверхности

• Очистка и подготовка поверхности для наплавки больших площадей
• Осаждение тонкой пленки
• Осаждение толстых алмазоподобных углеродных пленок (DLC)
• Повышение шероховатости поверхности полимеров для улучшения адгезии и / или биосовместимости

Смотрите также

• Ионный пучок
• Источник ионов RF антенны
• Он-лайн изотопный масс-сепаратор

использованная литература