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Interface und Ionenoptik


Ein Teil des Plasmas wird durch eine meist aus Nickel gefertigte Blende mit ca. 1 mm Durchmesser, den sogenannten Sampler, in den Bereich des Vorvakuums hinein gesaugt. In diesem Bereich herrscht ein Druck von etwa einem torr (die Atmosphäre und das Plasma haben einen Druck von ca. 760 torr), der durch die relativ starke Vorvakuum-Pumpe aufrecht erhalten wird. Um möglichst viele Ionen aus der zugeführten Probe durch den Sampler zu bekommen, wird dieser auf das Zentrum des Plasmas, in das der Trägergasstrom eingeleitet wird, justiert. Weil das ca. 6000C heiße Plasma unmittelbar auf den Sampler aufsetzt, wird dieser durch eine Wasserkühlung in der Halterung gekühlt. Diese Halterung bildet gleichzeitig den Abschluß des Vorvakuums.

Interface-Bereich (7.7 Kbyte)

Etwa 1 cm hinter dem Sampler befindet sich eine weitere Nickelblende, die als Skimmer bezeichnet wird. Der Bereich hinter dem Skimmer wir durch die Hochvakuumpumpe bei einem Druck von ca. 2*10-5 torr gehalten. Durch das Druckgefälle an dieser zweiten Blende wird der Ionenstrahl in den Bereich des eigentlichen Massenspektrometers hinein gezogen. Die beiden Vakuum-Pumpen sorgen dafür, das sich in diesem Bereich praktisch keine Neutralteilchen (vor allem Argon aus dem Plasma) aufhalten. Im Gegensatz zu den schweren Ionen, die eine Energie von etwa 2-10 eV haben, werden die wesentlich leichteren Elektronen durch die geerdeten Blenden und die positiv geladene Ionenoptik abgeführt.

Weil sich immer einige Partikel aus dem Plasma auf dem Sampler (und dem Skimmer) ablagern, müssen diese regelmäßig gereinigt werden. Bei hoher Probenmartix (> 1 g/l) werden die Ablagerungen so stark, daß sich der Durchmesser der Bohrung im Sampler verengt und die Empfindlichkeit abnimmt.

In den meisten Quadupol-ICP-MS-Geräten befindet sich kurz hinter dem Skimmer eine Metallblende (Stopblende), die das durch Sampler und Skimmer ebenfalls einfallende Licht ausblendet. Bei der 'off-axis'-Methode wird der Ionenstrahl abgelenkt, so daß kein Licht auf den Detektor fallen kann. Der Ionenstrahl wird nun durch eine oder mehrere elektrische Linsen und Blenden fokussiert und gelangt dann in den Massenfilter.

Von den ursprünglich im Plasma gebildeten Ionen erreicht weniger als 1 % diesen Punkt. Deshalb hat die Optimierung des Transports der Ionen vom Plasma durch das Interface in das eigentliche Massenspektometer sehr große Bedeutung für die Empfindlichkeit des gesamten Geräts. Die optimale Einstellung der elektrischen Linsen ist prinzipiell abhängig von der Masse des zu fokussienden Ions. Je leichter ein Ion ist, desto niedriger ist die Spannung, die zum optimalen Fokussieren notwendig ist. Ist die anliegende Spannung höher, wird der Ionenstrahl wieder defokussiert. Dieses Problem läßt sich auf mehren Wegen lösen: Zum einen kann die Massenabhängigkeit der Fokussierung einer einzelnen Linse durch ein System von mehren Linsen weitestgehend kompensiert werden und zum anderen ist es möglich, die Spannung einer Linse in Abhängigkeit von der zu messenden Masse automatisch zu regeln.