Konstruktion, Aufbau und Anwendung einer optimierten Kopplung von Ionenmobilitätsspektrometrie und Flugzeitmassenspektrometrie
Final Report Abstract
Ziel des Vorhabens war die Konstruktion und der Aufbau einer Kopplung von Ionenmobilitätsspektrometrie und Flugzeit-Massenspektrometrie. Das zu entwickelnde Interface sollte hinsichtlich eines maximalen Ionentransfers und eines optimalen Druckgradienten optimiert werden. Das Ionenmobilitätsspektrometer sollte bei Atmosphärendruck betrieben werden können und modular aufgebaut sein, so dass es mit verschiedenen Ionenquellen betrieben werden kann. Im Rahmen der Arbeiten wurde zunächst ein Ionenmobilitätsspektrometer konstruiert, das sowohl mit Tritium-Quellen, Photoionisation oder Elektrospray-Quellen ausgestattet werden kann. Zur Fokussierung des Ionenstrahls wurde hinter dem Ionenmobilitätsspektrometer ein bei Atmosphärendruck arbeitender Ionentrichter angekoppelt, der durch die axiale Ziehspannung (300 V/cm) und das RF Feld Eigenschaften der Ionenmobilitätsspektrometrie (die bei Atmosphärendruck einen Ionentransport problemlos ermöglicht) und der Fokussierung der Ionen mittels Ion Funnel kombiniert. Zum Erreichen der notwendigen Betriebsparameter wurde dieser Ionentrichter völlig neu konstruiert und auf Basis von PCBs (printed circuit boards) und SMD-Bauteilen (surface mount devices) aufgebaut, so dass die kapazitive Last auf weniger als 40 pF gesenkt werden konnte. Eine Venturi-Düse mit einem inneren Durchmesser von 200 µm stellt den Übergang zur ersten Vakuumstufe mit ca. 4 mbar dar, welches durch eine Drehschieberpumpe erreicht wird. Ein maximaler Transfer der Ionen durch die Düse ist allerdings nur gegeben, wenn diese in das Wechselfeld des Ionentrichters integriert ist. In der ersten Vakuumstufe arbeitet ein zweiter aus 93 Elektroden bestehender Ion Funnel der über den ersten Bereich die Ionen transportiert und über die letzten 25 Elektroden diesen auf ein nachfolgendes Pinhole mit einem Durchmesser von 200 µm fokussiert. Über die zweite Vakuumstufe (10^-4 mbar) werden die Ionen durch einen Skimmer mit einer Kegelspitze von 200 µm geleitet. Der Ionentransport erfordert angepasste Feldgradienten, die durch entsprechende Simulationen optimiert wurden. Hinter dem Skimmer werden die Ionen durch einen Hexapole, der sich im Hochvakuum des Massenspektrometers befindet, weiter in Richtung Repeller des orthogonalen Flugzeitmassenspektrometers transportiert. Zwischen beiden Bauteilen befindet sich zur nochmaligen Fokussierung der Ionen zur besseren Auflösung eine Einzellinse.
Publications
- Ion transfer from an atmospheric pressure ion funnel into a mass spectrometer with different interface options: Simulation-based optimization of ion transmission efficiency. Rapid Commun. Mass Spectrom., 30, Issue3, 15 February 2016, Pages 372-378
T. Mayer, H. Borsdorf
(See online at https://doi.org/10.1002/rcm.7451)
