Источник ионов — это устройство, создающее атомарные и молекулярные ионы . [1] Источники ионов используются для образования ионов в масс-спектрометрах , оптических эмиссионных спектрометрах , ускорителях частиц , имплантаторах ионов и ионных двигателях .
Электронная ионизация широко используется в масс-спектрометрии, особенно для органических молекул. Газофазная реакция, приводящая к ионизации электронов, называется
где M — ионизируемый атом или молекула, — электрон, — образующийся ион.
Электроны могут создаваться дуговым разрядом между катодом и анодом .
Источник ионов электронного луча (EBIS) используется в атомной физике для производства высокозаряженных ионов путем бомбардировки атомов мощным электронным лучом . [2] [3] Его принцип работы аналогичен ионной ловушке электронного пучка .
Ионизация электронным захватом (ECI) — это ионизация атома или молекулы газовой фазы путем присоединения электрона с образованием иона формы A −• . Реакция
где буква M над стрелкой означает, что для сохранения энергии и импульса требуется третье тело ( молекулярность реакции равна трем).
Захват электронов может использоваться в сочетании с химической ионизацией . [4]
Детектор захвата электронов используется в некоторых системах газовой хроматографии . [5]
Химическая ионизация (ХИ) — это процесс с более низкой энергией, чем ионизация электронов , поскольку он включает в себя реакции ион/молекула, а не удаление электронов. [6] Более низкая энергия приводит к меньшей фрагментации и обычно к более простому спектру . Типичный спектр CI содержит легко идентифицируемый молекулярный ион. [7]
В эксперименте CI ионы образуются в результате столкновения аналита с ионами газа-реагента в источнике ионов. Некоторые распространенные газы-реагенты включают: метан , аммиак и изобутан . Внутри источника ионов газ-реагент присутствует в большом избытке по сравнению с аналитом. Электроны, попадающие в источник, будут преимущественно ионизировать газ-реагент. В результате столкновений с другими молекулами газа-реагента образуется ионизационная плазма . Положительные и отрицательные ионы аналита образуются в результате реакций с этой плазмой. Например, протонирование происходит
Ионизация с обменом заряда (также известная как ионизация с переносом заряда) представляет собой газофазную реакцию между ионом и атомом или молекулой , в которой заряд иона передается нейтральному элементу. [8]
Хемиионизация — это образование иона в результате реакции атома или молекулы газовой фазы с атомом или молекулой в возбужденном состоянии . [9] [10] Хеми-ионизацию можно представить как
где G — разновидность в возбужденном состоянии (обозначена звездочкой над индексом), а M — разновидность, которая ионизируется в результате потери электрона с образованием катион -радикала (обозначена надстрочным индексом «плюс-точка»).
Ассоциативная ионизация — это газофазная реакция, в которой два атома или молекулы взаимодействуют с образованием одного иона-продукта. [11] [12] [13] Один или оба взаимодействующих вида могут иметь избыточную внутреннюю энергию .
Например,
где частица A с избыточной внутренней энергией (отмечена звездочкой) взаимодействует с B с образованием иона AB + .
Пеннинговская ионизация — это форма хемиионизации, включающая реакции между нейтральными атомами или молекулами. [14] [15] Процесс назван в честь голландского физика Франса Мишеля Пеннинга , который впервые сообщил о нем в 1927 году. [16] Пеннинговская ионизация включает в себя реакцию между атомом или молекулой в возбужденном состоянии газовой фазы G * и целевой молекулой M. в результате чего образуется радикальный молекулярный катион М +. , электрон e − и молекула нейтрального газа G: [17]
Пеннинговская ионизация происходит, когда молекула-мишень имеет потенциал ионизации ниже внутренней энергии атома или молекулы в возбужденном состоянии.
Ассоциативная пеннинговская ионизация может происходить через
Поверхностная пеннинговская ионизация (также известная как оже-девозбуждение) относится к взаимодействию газа в возбужденном состоянии с объемной поверхностью S, что приводит к высвобождению электрона в соответствии с
Ионизация с присоединением иона аналогична химической ионизации , при которой катион присоединяется к молекуле аналита в результате реактивного столкновения:
Где М – молекула аналита, Х + – катион и А – нереагирующий партнер по столкновению. [18]
В источнике радиоактивных ионов небольшой кусочек радиоактивного материала, например 63 Ni или 241 Am , используется для ионизации газа. [ нужна цитация ] Это используется в ионизационных детекторах дыма и спектрометрах подвижности ионов .
Эти источники ионов используют источник плазмы или электрический разряд для создания ионов.
Ионы могут быть созданы в индуктивно связанной плазме , которая представляет собой источник плазмы , в котором энергия подается электрическими токами , создаваемыми электромагнитной индукцией , то есть изменяющимися во времени магнитными полями . [19]
Источники ионов в плазме, индуцированные микроволновым излучением, способны возбуждать безэлектродные газовые разряды для создания ионов для масс-спектрометрии микроэлементов. [20] [21] Микроволновая плазма — это тип плазмы , которая имеет высокочастотное электромагнитное излучение в диапазоне ГГц . Он способен возбуждать безэлектродные газовые разряды . Если их применять в режиме, поддерживающем поверхностные волны , они особенно хорошо подходят для генерации плазмы большой площади с высокой плотностью плазмы. Если они одновременно находятся в режиме поверхностной волны 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 газопотока) может помочь уменьшить негативное влияние, которое частицы, высвобождаемые из обрабатываемой подложки, могут оказывать на плазмохимию газовой фазы .
Источник ионов ЭЦР использует электронный циклотронный резонанс для ионизации плазмы. Микроволны вводятся в объем на частоте, соответствующей электронному циклотронному резонансу, определяемому магнитным полем, приложенным к области внутри объема. Объем содержит газ низкого давления.
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 вакуумной камере, содержащей газ. Когда напряжение превышает определенное значение, называемое ударным напряжением , газ образует плазму.
Дуоплазматрон — это тип источника ионов тлеющего разряда, который состоит из катода ( горячего катода или холодного катода ), который производит плазму, которая используется для ионизации газа. [1] [22] Дуоплазматроны могут производить положительные или отрицательные ионы. [23] Дуоплазматроны используются для масс-спектрометрии вторичных ионов, [24] [25] ионно-лучевого травления и физики высоких энергий. [26]
При текущем послесвечении ионы образуются в потоке инертного газа, обычно гелия или аргона . [27] [28] [29] Реагенты добавляются после процесса для создания ионных продуктов и изучения скорости реакции. Масс-спектрометрия с проточным послесвечением используется для анализа газовых примесей [30] органических соединений. [31]
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). [32]
Закрытый источник дрейфовых ионов использует радиальное магнитное поле в кольцевой полости для удержания электронов для ионизации газа. Они используются для ионной имплантации и для космического движения ( двигатели на эффекте Холла ).
Фотоионизация — это процесс ионизации, при котором ион образуется в результате взаимодействия фотона с атомом или молекулой. [33]
При многофотонной ионизации (MPI) несколько фотонов с энергией ниже порога ионизации могут фактически объединить свои энергии для ионизации атома.
Многофотонная ионизация с резонансным усилением (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 при атмосферном давлении (APPI) использует источник фотонов, обычно вакуумную УФ (ВУФ) лампу, для ионизации аналита с помощью процесса однофотонной ионизации. Аналогично другим источникам ионов при атмосферном давлении, распыление растворителя нагревается до относительно высоких температур (выше 400 градусов Цельсия) и распыляется с высокой скоростью потока азота для десольватации. Полученный аэрозоль подвергается УФ-излучению для создания ионов. Лазерная ионизация при атмосферном давлении использует источники ультрафиолетового лазерного света для ионизации аналита через MPI.
Полевая десорбция относится к источнику ионов, в котором электрическое поле с высоким потенциалом прикладывается к эмиттеру с острой поверхностью, например, к лезвию бритвы или, чаще, к нити накала, из которой образовались крошечные «усы». [34] Это приводит к образованию очень сильного электрического поля, которое может привести к ионизации газообразных молекул аналита. Масс-спектры, полученные с помощью FI, практически не имеют фрагментации. В них преобладают молекулярные катион-радикалы и реже протонированные молекулы .
Бомбардировка атомов частицами называется бомбардировкой быстрыми атомами (FAB), а бомбардировка атомными или молекулярными ионами называется масс-спектрометрией вторичных ионов (SIMS). [35] Ионизация осколков деления использует ионные или нейтральные атомы, образующиеся в результате ядерного деления подходящего нуклида , например изотопа Калифорнии 252 Cf.
В FAB аналиты смешиваются с нелетучей средой химической защиты, называемой матрицей , и подвергаются бомбардировке в вакууме пучком атомов высокой энергии (от 4000 до 10 000 электронвольт ). [36] Атомы обычно происходят из инертного газа, такого как аргон или ксенон . Общие 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 плазменной десорбции .
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 глубину от 1 до 2 нм.
В источнике ионов жидкого металла (LMIS) металл (обычно галлий ) нагревается до жидкого состояния и подается на конец капилляра или иглы. Затем под действием сильного электрического поля формируется конус Тейлора . По мере того, как кончик конуса становится острее, электрическое поле становится сильнее, пока в результате испарения в поле не образуются ионы. Эти источники ионов особенно используются при ионной имплантации или в инструментах с фокусированным ионным пучком .
Масс-спектрометрия с плазменной десорбцией и ионизацией (ПДМС), также называемая ионизацией осколков деления, представляет собой метод масс-спектрометрии, при котором ионизация материала в твердом образце достигается путем бомбардировки его ионными или нейтральными атомами, образующимися в результате ядерного деления подходящего образца. нуклид , обычно изотоп калифорния 252 Cf. [37] [38]
Лазерная десорбция/ионизация с помощью матрицы (MALDI) представляет собой метод мягкой ионизации. Образец смешивается с матричным материалом. При получении лазерного импульса матрица поглощает энергию лазера, и считается, что в результате этого события матрица в первую очередь десорбируется и ионизируется (путем добавления протона). Молекулы аналита также десорбируются. Затем полагают, что матрица переносит протон к молекулам аналита (например, молекулам белка), заряжая таким образом аналит.
Поверхностная лазерная десорбция/ионизация (SALDI) — это метод мягкой лазерной десорбции , используемый для анализа биомолекул методом масс-спектрометрии . [39] [40] В первом варианте использовалась графитовая матрица. [39] 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 под названием «Ambient SALDI», который представляет собой комбинацию обычного SALDI с масс-спектрометрией в окружающей среде с использованием источника ионов DART . [41]
Лазерная десорбция/ионизация с усилением поверхности (SELDI) представляет собой вариант MALDI, который используется для анализа смесей белков , в которых используется мишень, модифицированная для достижения биохимического сродства с анализируемым соединением. [42]
Десорбционная ионизация на кремнии (ДИОС) — это лазерная десорбция/ионизация образца, нанесенного на поверхность пористого кремния. [43]
Кластерный источник лазерного испарения производит ионы, используя комбинацию лазерной десорбции, ионизации и сверхзвукового расширения. [44] Источник Смолли (или кластерный источник Смолли ) [45] был разработан Ричардом Смолли в Университете Райса в 1980-х годах и сыграл центральную роль в открытии фуллеренов в 1985 году. [46] [47]
В аэрозольной масс-спектрометрии с времяпролетным анализом твердые аэрозольные частицы микронного размера, извлеченные из атмосферы, одновременно десорбируются и ионизируются точно синхронизированным лазерным импульсом, когда они проходят через центр времяпролетного экстрактора ионов. [48] [49]
Методы ионизации распылением включают образование аэрозольных частиц из жидкого раствора и образование голых ионов после испарения растворителя. [50]
Ионизация с помощью растворителя (SAI) — это метод, при котором заряженные капли создаются путем введения раствора, содержащего анализируемое вещество, в нагретую входную трубку ионизационного масс-спектрометра при атмосферном давлении. Как и при ионизации электрораспылением (ESI), десольватация заряженных капель приводит к образованию многозарядных ионов аналита. Летучие и нелетучие соединения анализируются с помощью SAI, и для достижения чувствительности, сравнимой с ESI, не требуется высокое напряжение. [51] Приложение напряжения к раствору, поступающему в горячий вход через фитинг с нулевым мертвым объемом, соединенный с трубкой из плавленого кварца, дает масс-спектры, подобные ESI, но с более высокой чувствительностью. [52] Входная трубка масс-спектрометра становится источником ионов.
Ионизация с помощью матрицы (MAI) аналогична MALDI при подготовке проб, но для преобразования молекул аналита, включенных в соединение матрицы, в ионы газовой фазы не требуется лазер. В MAI ионы аналита имеют зарядовые состояния, аналогичные ионизации электрораспылением, но получены 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 входное отверстие при атмосферном давлении. Менее летучие матрицы, такие как 2,5-дигидроксибензойная кислота, требуют горячей впускной трубки для производства ионов аналита с помощью MAI, но более летучие матрицы, такие как 3-нитробензонитрил, не требуют нагрева, напряжения или лазера. Простое введение образца матрица: аналит во входное отверстие масс-спектрометра с ионизацией при атмосферном давлении приводит к образованию большого количества ионов. С помощью этого метода можно ионизировать соединения по меньшей мере такого же размера, как альбумин бычьей сыворотки [66 кДа]. [53] В этом простом, недорогом и удобном в использовании методе ионизации вход масс-спектрометра можно рассматривать как источник ионов.
Химическая ионизация при атмосферном давлении — это форма химической ионизации с использованием распыления растворителя при атмосферном давлении. [54] Распыленный растворитель нагревается до относительно высоких температур (выше 400 градусов по Цельсию), распыляется с высокой скоростью потока азота, и все аэрозольное облако подвергается коронному разряду, который создает ионы, а испаренный растворитель действует как химическая ионизация. газ-реагент. APCI не является таким «мягким» (с низкой фрагментацией) методом ионизации, как ESI. [55] Обратите внимание, что ионизация при атмосферном давлении (API) не должна использоваться как синоним APCI. [56]
Ионизация термораспылением — это форма ионизации при атмосферном давлении в масс-спектрометрии . Он переносит ионы из жидкой фазы в газовую фазу для анализа. Это особенно полезно в жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии . [57]
При ионизации электрораспылением жидкость проталкивается через очень маленький, заряженный и обычно металлический капилляр . [58] Эта жидкость содержит исследуемое вещество, аналит , растворенное в большом количестве растворителя , который обычно гораздо более летуч, чем аналит. В этот раствор также часто добавляют летучие кислоты , основания или буферы . Аналит существует в виде иона в растворе либо в анионной, либо в катионной форме. Поскольку заряды отталкиваются, жидкость выталкивается из капилляра и образует аэрозоль — туман из мелких капель диаметром около 10 мкм . Аэрозоль, по крайней мере частично, создается в результате процесса, включающего образование конуса Тейлора и струи, выходящей из кончика этого конуса. Незаряженный газ-носитель, такой как азот , иногда используется для распыления жидкости и испарения нейтрального растворителя из капель. По мере испарения растворителя молекулы аналита сближаются, отталкивают друг друга и разбивают капли. Этот процесс называется кулоновским делением, поскольку он вызывается кулоновскими силами отталкивания между заряженными молекулами. Процесс повторяется до тех пор, пока аналит не освободится от растворителя и не станет голым ионом . Наблюдаемые ионы создаются добавлением протона ( иона водорода) и обозначаются , или другого катиона, такого как ион натрия , или удаления протона . Часто наблюдаются многозарядные ионы . Для больших макромолекул может существовать множество зарядовых состояний, возникающих с разной частотой; например, заряд может достигать .
Зондовая ионизация электрораспылением (PESI) представляет собой модифицированную версию электрораспыления, в которой капилляр для переноса раствора образца заменяется твердой иглой с острым концом, совершающей периодические движения. [59]
Бесконтактная ионизация при атмосферном давлении — метод, используемый для анализа жидких и твердых образцов методом масс-спектрометрии . [60] Бесконтактный АПИ может работать без дополнительного источника электропитания (подачи напряжения на источник-эмиттер), подачи газа или шприцевого насоса . Таким образом, этот метод обеспечивает простые средства для анализа химических соединений методом масс-спектрометрии при атмосферном давлении .
Ионизация ультразвуковым распылением — это метод создания ионов из жидкого раствора, например, смеси метанола и воды . [61] Пневматический распылитель используется для превращения раствора в сверхзвуковую струю мелких капель. Ионы образуются, когда растворитель испаряется , и статистически несбалансированное распределение заряда на каплях приводит к суммарному заряду, а полная десольватация приводит к образованию ионов. Ионизация ультразвуковым распылением используется для анализа небольших органических молекул и лекарств, а также позволяет анализировать большие молекулы, когда к капилляру прикладывается электрическое поле, что помогает увеличить плотность заряда и генерировать многократные заряженные ионы белков. [62]
Ионизация ультразвуковым распылением сочетается с высокоэффективной жидкостной хроматографией для анализа лекарств. [63] [64] Этим методом были изучены олигонуклеотиды. [65] [66] SSI использовался аналогично десорбционной ионизации электрораспылением [67] для ионизации окружающей среды и таким образом сочетался с тонкослойной хроматографией . [68]
Распылительная ионизация с помощью ультразвука (UASI) включает ионизацию посредством применения ультразвука . [69] [70]
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 атомов щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs), которые имеют низкую энергию ионизации и легко испаряются. [71]
Для генерации отрицательных ионов атомные частицы должны иметь высокое сродство к электрону , а поверхность должна иметь низкую работу выхода. Этот второй подход наиболее подходит для атомов галогенов Cl, Br, I, At. [72]
При ионизации окружающей среды ионы образуются вне масс-спектрометра без подготовки или разделения проб. [73] [74] [75] Ионы могут быть образованы путем экстракции в заряженные капли электрораспыления , термической десорбции и ионизации посредством химической ионизации , или лазерной десорбции или абляции и пост-ионизации перед попаданием в масс-спектрометр.
При ионизации окружающей среды на основе твердожидкостной экстракции используется заряженный распылитель для создания жидкой пленки на поверхности образца. [74] [76] Молекулы на поверхности экстрагируются в растворитель. В результате удара первичных капель о поверхность образуются вторичные капли, которые являются источником ионов для масс-спектрометра. Десорбционная ионизация электрораспылением (DESI) использует источник электрораспыления для создания заряженных капель, которые направляются на твердый образец на расстоянии от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Заряженные капли захватывают образец посредством взаимодействия с поверхностью, а затем образуют высокозаряженные ионы, которые можно отобрать в масс-спектрометр. [77]
Плазменная ионизация окружающей среды основана на электрическом разряде в текущем газе, который производит метастабильные атомы и молекулы, а также химически активные ионы. Тепло часто используется для облегчения десорбции летучих веществ из образца. Ионы образуются в результате химической ионизации в газовой фазе. Прямой анализ в источнике в реальном времени осуществляется путем воздействия на образец потока сухого газа (обычно гелия или азота), который содержит долгоживущие электронно или вибронно возбужденные нейтральные атомы или молекулы (или «метастабильные вещества» ). Возбужденные состояния обычно формируются в источнике DART путем создания тлеющего разряда в камере, через которую протекает газ. Похожий метод, называемый зондом для анализа твердых веществ в атмосфере [ASAP], использует нагретый газ от зондов ESI или APCI для испарения образца, помещенного в трубку для измерения температуры плавления, вставленную в источник ESI/APCI. [78] Ионизация осуществляется с помощью APCI.
Лазерная ионизация окружающей среды представляет собой двухэтапный процесс, в котором импульсный лазер используется для десорбции или абляции материала из образца, а шлейф материала взаимодействует с электрораспылением или плазмой для создания ионов. Лазерная десорбция/ионизация с помощью электрораспыления (ELDI) использует УФ-лазер с длиной волны 337 нм [79] или инфракрасный лазер с длиной волны 3 мкм [80] для десорбции материала в источник электрораспыления. Лазерная десорбция с матрицей ионизация электрораспылением (MALDESI) [81] представляет собой источник ионизации при атмосферном давлении для генерации многозарядных ионов. Ультрафиолетовый или инфракрасный лазер направляется на твердый или жидкий образец, содержащий интересующий аналит и матрицу, десорбирующую молекулы нейтрального аналита, которые ионизируются за счет взаимодействия с каплями растворителя, распыленными электрораспылением, генерируя многозарядные ионы. Лазерная абляция ионизация электрораспылением (LAESI) — это метод ионизации окружающей среды для масс-спектрометрии, который сочетает в себе лазерную абляцию лазером среднего инфракрасного (среднего ИК) диапазона с процессом вторичной ионизации электрораспылением (ESI).
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 в зависимости от отношения массы к заряду. Атомы или молекулы в образце можно идентифицировать путем сопоставления известных масс с идентифицированными массами или посредством характерной картины фрагментации.
В ускорителях частиц источник ионов создает пучок частиц в начале машины, источнике . Технология создания источников ионов для ускорителей частиц сильно зависит от типа частиц, которые необходимо генерировать: электроны , протоны , ионы H - или тяжелые ионы.
Электроны генерируются с помощью электронной пушки , разновидностей которой существует множество.
Протоны генерируются с помощью плазменного устройства, такого как дуоплазматрон или магнетрон .
Ионы H - генерируются с помощью магнетрона или источника Пеннинга . Магнетрон состоит из центрального цилиндрического катода, окруженного анодом. Напряжение разряда обычно превышает 150 В, а ток потребления составляет около 40 А. Магнитное поле силой около 0,2 Тл параллельно оси катода . Водород подается с помощью импульсного газового клапана. Цезий часто используется для снижения работы выхода катода, увеличивая количество образующихся ионов. Большие цезиевые источники H − также используются для нагрева плазмы в термоядерных устройствах.
Для источника Пеннинга сильное магнитное поле, параллельное электрическому полю оболочки, направляет электроны и ионы по циклотронным спиралям от катода к катоду. На катодах, как и в магнетроне, генерируются быстрые ионы H-минус. Они замедляются за счет реакции перезарядки по мере миграции к плазменной апертуре. Это делает пучок ионов более холодным, чем ионы, полученные из магнетрона.
Тяжелые ионы можно генерировать с помощью источника ионов электронного циклотронного резонанса . Использование источников ионов электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) для получения интенсивных пучков высокозаряженных ионов значительно возросло за последнее десятилетие. Источники ионов ЭЦР используются в качестве инжекторов в линейных ускорителях, генераторах Ван-де-Граафа или циклотронах в физике ядра и элементарных частиц. В атомной физике и физике поверхности источники ионов ЭЦР создают интенсивные пучки высокозаряженных ионов для экспериментов по столкновению или для исследования поверхностей. Однако для состояний с наивысшим зарядом необходимы источники электронно-лучевых ионов (EBIS). Они могут генерировать даже голые ионы среднетяжелых элементов. Электронно -лучевая ионная ловушка (EBIT), основанная на том же принципе, может производить вплоть до голых ионов урана, а также может использоваться в качестве источника ионов.
Тяжелые ионы также можно генерировать с помощью ионной пушки , которая обычно использует термоэлектронную эмиссию электронов для ионизации вещества в газообразном состоянии. Такие инструменты обычно используются для анализа поверхности.
Газ течет через источник ионов между анодом и катодом . На анод подается положительное напряжение . Это напряжение в сочетании с сильным магнитным полем между кончиками внутреннего и внешнего катодов позволяет зародиться плазме . Ионы из плазмы отталкиваются анодным электрическим полем . Это создает ионный луч. [83]