Ionenfalle
Die Speicherung von Ionen in einer Ringelektronen Multipol Ionenfallen erfolgt Normalerweise mit einer Sinusspannung von mehreren 100 V. Dabei bilden die Ionenfalle und der Generator einen Schwingkreis. Die Ionenfalle stellt dabei eine Kapazität da und der Generator eine Induktivität. Sind beide aufeinander abgestimmt entsteht ein Schwingkreis mit maximaler Amplitude. Sollen andere Massen gespeichert werden, muss die Frequenz geändert oder die Amplitude erhöht werden. Dies funktioniert nur im kleinen Bereich, typischerweise bei einer Schwingkreisfrequenz von plus minus 50 kHz. Soll ein Bereich von 100 kHz bis 750 kHz untersucht werden, sind sieben verschiedene Generatoren notwendig. Zudem führen Temperatur- und Kapazitätsänderungen auch zu Änderungen in der Resonanzfrequenz, womit eine Änderung der Amplitude notwendig wird. Um eine konstante Amplitude zu erhalten, ist eine automatische Verstärkungsregelung (kurz AGC, automatic gain control) erforderlich.
Wird die Ringelektroden-Multipol-Ionenfalle dagegen mit einer Rechteckfrequenz angesteuert, kann die Frequenz stufenlos durchgestimmt werden, so dass eine Änderung der Amplitude nicht notwendig wird. Die von uns gebaute Steuerung erlaubt die Frequenz im Bereich von 100 kHz bis 750 kHz stufenlos durchzustimmen. Die Amplitude (der Spitze-Spitze-Wert) ist von 20 Volt bis 600 Volt einstellbar. Für die Ansteuerung der Ringelektroden-Multipol-Ionenfalle sind zwei Ausgänge mit einer Phasenverschiebung von 180° notwendig. Mit einer solchen Ansteuerung können Speicherzeiten von unter 100 ms und von bis zu 5 Minuten erzielt werden. Das Ausspeichern der Ionen erfolgt durch eine Überlagerung der Rechteckspannung mit einer gepulsten Spannung auf den Ringelektroden. Die Spannung kann dabei für jede Elektrode separat gewählt werden. So kann beispielsweise ein Spannungsgradient über die gesamte Ionenfalle während der Extraktion gewählt werden, bei dem die Ionen optimal gebündelt werden. Erst durch diese Bündelung der Ionen kann eine sehr empfindliche Detektion in einem Flugzeitmassenspektrometer realisiert werden, wodurch die simultane Erfassung aller Massen in einem großen Massenbereich erzielt werden kann. Die Höhe der gepulsten Spannung kann bei jeder der 24 Ringelektroden von minus 22 Volt bis plus 22 Volt eingestellt werden.
Die Einstellung der Frequenz, der Spannung, der Amplitude und die der Offset Spannung der jeweiligen Elektroden erfolgt über ein LabVIEW Programm.
Vorteile des Messaufbaus durch die Verwendung der von uns entwickelten Elektronik:
- Bei einen Frequenzbereich von 100 kHz bis 750 kHz wird nur ein Generator benötigt; bei Sinusspannung dagegen je 100 kHz ein Generator
- Durch die Detektion von mittels Flugzeitmassenspektrometer eine deutliche Verringerung der Messzeit bei der Aufnahme mehrerer Massen im Vergleich zur Detektion mittels Quadrupolmassenspektrometers
- Speicherung von Ionen in einem großen Massenbereich (von 200 amu bis über 16000 amu)
- Softwaresteuerung (z.B. mit Abspeicherung der Spannungsgradienten für alle Ringelektroden)
Siehe auch:
Neuwirth, D.l; Eckhard, J. F.; Lange, K.; Visser, B.; Wiedemann, M.; Schröter, R.; Tschurl, M.; Heiz, U.: Using controlled ion extraction to combine a ring electrode trap with a reflectron time-of-flight mass spectrometer. International Journal of Mass Spectrometry 387, 2015, 8-15 (doi:10.1016/j.ijms.2015.06.011).