Источник ионов — это устройство, создающее атомарные и молекулярные ионы . [1] Источники ионов используются для образования ионов в масс-спектрометрах , оптических эмиссионных спектрометрах , ускорителях частиц , ионных имплантерах и ионных двигателях .
Электронная ионизация широко используется в масс-спектрометрии, особенно для органических молекул. Газофазная реакция, вызывающая электронную ионизацию,
где М — ионизируемый атом или молекула, — электрон, — образующийся ион.
Электроны могут быть созданы дуговым разрядом между катодом и анодом .
Источник ионов с электронным пучком (EBIS) используется в атомной физике для получения высокозаряженных ионов путем бомбардировки атомов мощным электронным пучком . [2] [3] Его принцип работы такой же, как и у ловушки ионов с электронным пучком .
Ионизация электронным захватом (ECI) — это ионизация атома или молекулы в газовой фазе путем присоединения электрона с образованием иона формы A −• . Реакция имеет вид
где буква М над стрелкой означает, что для сохранения энергии и импульса требуется третье тело ( молекулярность реакции равна трем).
Захват электронов может использоваться совместно с химической ионизацией . [4]
Детектор электронного захвата используется в некоторых системах газовой хроматографии . [5]
Химическая ионизация (CI) — это процесс с более низкой энергией, чем электронная ионизация , поскольку он включает в себя реакции ионов/молекул, а не удаление электронов. [6] Более низкая энергия приводит к меньшей фрагментации и, как правило, более простому спектру . Типичный спектр CI имеет легко идентифицируемый молекулярный ион. [7]
В эксперименте CI ионы производятся посредством 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. Результирующие столкновения с другими молекулами газа-реагента создадут ионизационную плазму . Положительные и отрицательные ионы аналита образуются в результате реакций с этой плазмой. Например, протонирование происходит путем
Ионизация с обменом зарядом (также известная как ионизация с переносом заряда) представляет собой газофазную реакцию между ионом и атомом или молекулой , в которой заряд иона передается нейтральному виду. [8]
Хемионизация — это образование иона в результате реакции атома или молекулы газовой фазы с атомом или молекулой в возбужденном состоянии . [9] [10] Хемионизация может быть представлена следующим образом:
где G — это возбужденное состояние вида (обозначенное звездочкой сверху), а M — вид, который ионизируется в результате потери электрона с образованием катион- радикала (обозначенное точкой сверху).
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 вид A с избыточной внутренней энергией (обозначен звездочкой) взаимодействует с B с образованием иона AB + .
Ионизация Пеннинга — это форма хемиионизации, включающая реакции между нейтральными атомами или молекулами. [14] [15] Процесс назван в честь голландского физика Франса Мишеля Пеннинга , который впервые описал его в 1927 году. [16] Ионизация Пеннинга включает реакцию между атомом или молекулой в возбужденном состоянии газовой фазы G * и целевой молекулой M, в результате которой образуется радикальный молекулярный катион M +. , электрон e − и нейтральная газовая молекула G: [17]
Ионизация Пеннинга происходит, когда молекула-мишень имеет потенциал ионизации ниже внутренней энергии возбужденного состояния атома или молекулы.
Ассоциативная ионизация Пеннинга может протекать через
Поверхностная ионизация Пеннинга (также известная как девозбуждение Оже) относится к взаимодействию возбужденного газа с объемной поверхностью S, что приводит к высвобождению электрона в соответствии с
Ионизация с присоединением ионов похожа на химическую ионизацию , при которой катион присоединяется к молекуле аналита в результате реактивного столкновения:
Где M – молекула аналита, X + – катион, а A – нереагирующий партнер столкновения. [18]
В источнике радиоактивных ионов небольшой кусочек радиоактивного материала, например, 63 Ni или 241 Am , используется для ионизации газа. [ требуется ссылка ] Это используется в ионизационных дымовых извещателях и спектрометрах подвижности ионов .
Эти источники ионов используют плазменный источник или электрический разряд для создания ионов.
Ионы могут быть созданы в индуктивно связанной плазме, которая является источником плазмы, в котором энергия подается электрическими токами , которые производятся электромагнитной индукцией , то есть изменяющимися во времени магнитными полями . [19]
Источники ионов, индуцированные микроволнами, способны возбуждать безэлектродные газовые разряды для создания ионов для масс-спектрометрии следовых элементов. [20] [21] Микроволновая плазма имеет высокочастотное электромагнитное излучение в диапазоне ГГц . Она способна возбуждать безэлектродные газовые разряды . Если они применяются в режиме, поддерживаемом поверхностной волной , они особенно хорошо подходят для генерации плазмы большой площади с высокой плотностью плазмы. Если они находятся как в режиме поверхностной волны, так и в режиме 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 негативное влияние, которое частицы, выделяющиеся из обработанной подложки, могут оказывать на химию плазмы газовой фазы .
Источник ионов ECR использует электронный циклотронный резонанс для ионизации плазмы. Микроволны инжектируются 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, образованная при прохождении электрического тока через газ низкого давления. Он создается путем приложения напряжения между двумя металлическими электродами в вакуумированной камере, содержащей газ. Когда напряжение превышает определенное значение, называемое напряжением зажигания , газ образует плазму.
Дуоплазматрон — это тип источника ионов тлеющего разряда, который состоит из горячего катода или холодного катода , который производит плазму, используемую для ионизации газа. [1] [22] Они могут производить положительные или отрицательные ионы. [23] Они используются для вторичной ионной масс-спектрометрии, ионно-лучевого травления и физики высоких энергий. [24] [25] [26]
В послесвечении текущей плазмы ионы образуются в потоке инертного газа, обычно гелия или аргона . [27] [28] [29] Реагенты добавляются ниже по потоку для создания ионных продуктов и изучения скоростей реакции. Масс-спектрометрия послесвечения текущей плазмы используется для анализа следов газа для органических соединений. [30] [31]
Электроискровая ионизация используется для получения ионов газовой фазы из твердого образца. При объединении с масс-спектрометром полный инструмент называется масс-спектрометром с искровой ионизацией или масс-спектрометром с искровым источником (SSMS). [32]
Источник ионов с закрытым дрейфом использует радиальное магнитное поле в кольцевой полости для удержания электронов для ионизации газа. Они используются для ионной имплантации и для космических двигателей ( двигатели на эффекте Холла ).
Фотоионизация — это процесс ионизации, при котором ион образуется в результате взаимодействия фотона с атомом или молекулой. [33]
При многофотонной ионизации (МФИ) несколько фотонов с энергией ниже порога ионизации могут фактически объединить свои энергии для ионизации атома.
Резонансно-усиленная многофотонная ионизация (REMPI) — это форма MPI, при которой один или несколько фотонов достигают связанно-связанного перехода , который является резонансным в ионизируемом атоме или молекуле.
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) использует источник фотонов, обычно вакуумную УФ-лампу (VUV), 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 по Цельсию) и распыляется с высокой скоростью потока азота для десольватации. Полученный аэрозоль подвергается воздействию УФ-излучения для создания ионов. Лазерная ионизация при атмосферном давлении использует источники УФ-лазерного света для ионизации аналита с помощью MPI.
Полевая десорбция относится к источнику ионов, в котором электрическое поле высокого потенциала прикладывается к излучателю с острой поверхностью, например, к лезвию бритвы или, что более распространено, к нити, из которой образовались крошечные «усы». [34] Это приводит к очень высокому электрическому полю, которое может привести к ионизации газообразных молекул аналита. Масс-спектры, полученные с помощью FI, имеют небольшую или нулевую фрагментацию. В них преобладают молекулярные радикальные катионы M + и реже протонированные молекулы [M + H] +
Бомбардировка частиц атомами называется бомбардировкой быстрыми атомами (ББА), а бомбардировка атомными или молекулярными ионами называется масс-спектрометрией вторичных ионов (SIMS). [35] Ионизация осколками деления использует ионные или нейтральные атомы, образующиеся в результате ядерного деления подходящего нуклида , например, изотопа калифорния 252 Cf.
В FAB аналиты смешиваются с нелетучей химической защитной средой, называемой матрицей , и бомбардируются в вакууме пучком атомов высокой энергии (от 4000 до 10 000 электрон-вольт ). [36] Атомы обычно берутся 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 похож на масс-спектрометрию вторичных ионов и масс-спектрометрию с плазменной десорбцией.
Вторичная ионная масс-спектрометрия (SIMS) используется для анализа состава твердых поверхностей и тонких пленок путем распыления поверхности образца сфокусированным первичным ионным пучком и сбора и анализа выброшенных вторичных ионов. Соотношения массы/заряда этих вторичных ионов измеряются с помощью масс-спектрометра для определения элементного, изотопного или молекулярного состава поверхности на глубину от 1 до 2 нм.
В жидкометаллическом ионном источнике (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 усиливается, пока ионы не будут получены путем испарения поля. Эти ионные источники особенно используются в ионной имплантации или в приборах с фокусированным ионным пучком .
Масс-спектрометрия с плазменной десорбцией и ионизацией (PDMS), также называемая ионизацией осколками деления, представляет собой метод масс-спектрометрии, в котором ионизация материала в твердом образце осуществляется путем бомбардировки его ионными или нейтральными атомами, образующимися в результате ядерного деления подходящего нуклида , обычно изотопа калифорния 252 Cf. [37] [38]
Лазерная десорбция/ионизация с помощью матрицы (MALDI) — это метод мягкой ионизации. Образец смешивается с материалом матрицы. При получении лазерного импульса матрица поглощает энергию лазера, и считается, что в первую очередь матрица десорбируется и ионизируется (путем добавления протона) этим событием. Молекулы аналита также десорбируются. Затем считается, что матрица переносит протон к молекулам аналита (например, молекулам белка), тем самым заряжая аналит.
Поверхностно-ассистированная лазерная десорбция/ионизация (SALDI) — это мягкий метод лазерной десорбции, используемый для анализа биомолекул с помощью масс-спектрометрии . [39] [40] В своем первом варианте он использовал графитовую матрицу. [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 условиях окружающей среды, включающей источник ионов DART . [41]
Поверхностно-усиленная лазерная десорбция/ионизация (SELDI) — это вариант MALDI, который используется для анализа белковых смесей , в котором используется модифицированная мишень для достижения биохимического сродства с аналитом. [42]
Десорбционная ионизация на кремнии (DIOS) относится к лазерной десорбции/ионизации образца, нанесенного на пористую поверхность кремния. [43]
Источник кластера лазерного испарения производит ионы, используя комбинацию лазерной десорбционной 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 анализом времени пролета твердые аэрозольные частицы микрометрового размера, извлеченные из атмосферы, одновременно десорбируются и ионизируются точно рассчитанным по времени лазерным импульсом, когда они проходят через центр времяпролетного ионного экстрактора. [48] [49]
Методы распылительной ионизации 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 производятся путем введения раствора, содержащего аналит, в нагретую впускную трубку масс-спектрометра с ионизацией при атмосферном давлении. Так же, как и при ионизации электрораспылением (ESI), десольватация заряженных капель производит многозарядные ионы аналита. Летучие и нелетучие соединения анализируются с помощью SAI, и для достижения чувствительности, сравнимой с ESI, не требуется высокого напряжения. [51] Приложение напряжения к раствору, поступающему в горячий впуск 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.
Метод ионизации с помощью матрицы (MAI) похож на MALDI в подготовке образцов, но лазер не требуется для преобразования молекул аналита, включенных в матричное соединение, в ионы газовой фазы. В MAI ионы аналита имеют зарядовые состояния, похожие на ионизацию электрораспылением, но полученные из твердой матрицы, а не из растворителя. Напряжение или лазер не требуются, но лазер можно использовать для получения пространственного разрешения для 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 входной трубки для получения ионов аналита с помощью MAI, но более летучие матрицы, такие как 3-нитробензонитрил, не требуют нагрева, напряжения или лазера. Простое введение образца матрицы-аналита во входное отверстие масс-спектрометра с ионизацией при атмосферном давлении дает обильные ионы. С помощью этого метода можно ионизировать соединения, по крайней мере, такие же крупные, как бычий сывороточный альбумин [66 кДа]. [53] В этом методе вход в масс-спектрометр можно считать источником ионов.
Химическая ионизация при атмосферном давлении использует распыление растворителя при атмосферном давлении. [54] Распыление растворителя 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, при этом испаренный растворитель действует как реагентный газ химической ионизации. APCI не является таким «мягким» (низкая фрагментация) методом ионизации, как ESI. [55] Обратите внимание, что ионизация при атмосферном давлении (API) не должна использоваться как синоним APCI. [56]
Термораспылительная ионизация — это форма ионизации при атмосферном давлении в масс-спектрометрии . Она переносит ионы из жидкой фазы в газовую фазу для анализа. Она особенно полезна в жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии . [57]
При электрораспылительной ионизации 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. Летучие кислоты, основания или буферы часто добавляются в этот раствор. Аналит существует в виде иона в растворе либо в форме аниона, либо катиона. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, жидкость выталкивается из капилляра и образует аэрозоль, туман из мелких капель диаметром около 10 мкм . Аэрозоль, по крайней мере, частично образуется в процессе, включающем образование 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 управляется отталкивающими кулоновскими силами между заряженными молекулами. Процесс повторяется до тех пор, пока аналит не освободится от растворителя и не станет голым ионом. Наблюдаемые ионы создаются путем добавления протона ( иона водорода) и обозначаются [M + H] + , или другого катиона, такого как ион натрия, [M + Na] + , или удаления протона, [M − H] − . Часто наблюдаются многозарядные ионы, такие как [M + 2H] 2+ . Для макромолекул может быть много зарядовых состояний, возникающих с разными частотами; заряд может быть таким большим, как [M + 25H] 25+ , например. [ необходима цитата ]
Зондовая электрораспылительная ионизация (ПЭСИ) представляет собой модифицированную версию электрораспыления, в которой капилляр для переноса раствора образца заменен на твердую иглу с острым концом, совершающую периодическое движение. [59]
Бесконтактная ионизация при атмосферном давлении — это метод, используемый для анализа жидких и твердых образцов методом масс-спектрометрии. [60] Бесконтактный API может работать без дополнительного источника электропитания (подачи напряжения на излучатель источника), подачи газа или шприцевого насоса . Таким образом, метод обеспечивает простое средство для анализа химических соединений методом масс-спектрометрии при атмосферном давлении.
Ионизация звуковым распылением — это метод создания ионов из жидкого раствора, например, смеси метанола и воды. [61] Пневматический распылитель используется для превращения раствора в сверхзвуковой спрей из мелких капель. Ионы образуются, когда растворитель испаряется, а статистически несбалансированное распределение заряда на каплях приводит к чистому 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 прикладывается к капилляру, чтобы помочь увеличить плотность заряда и генерировать множественные заряженные ионы белков. [62]
Ионизация со звуковым распылением была объединена с высокоэффективной жидкостной хроматографией для анализа лекарственных препаратов. [63] [64] Олигонуклеотиды были изучены с помощью этого метода. [65] [66] SSI использовалась способом, аналогичным десорбционной электрораспылительной ионизации [67] для ионизации окружающей среды и была объединена с тонкослойной хроматографией таким образом. [68]
Ультразвуковая распылительная ионизация (UASI) похожа на описанные выше методы, но использует ультразвуковой преобразователь для распыления материала и генерации ионов. [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. Для генерации положительных ионов атомные виды 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. [71]
Для генерации отрицательных ионов атомные виды 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 образца. [73] [74] [75] Ионы могут быть образованы путем экстракции в заряженные капли электрораспыления, термически десорбированы и ионизированы путем химической ионизации или лазерной десорбции или абляции и пост-ионизированы перед тем, как они попадут в масс-спектрометр.
Ионизация окружающей среды на основе экстракции твердого тела из жидкости использует заряженный спрей для создания жидкой пленки на поверхности образца. [74] [76] Молекулы на поверхности извлекаются в растворитель. Действие первичных капель, ударяющихся о поверхность, производит вторичные капли, которые являются источником ионов для масс-спектрометра. Десорбционная электрораспылительная ионизация (DESI) создает заряженные капли, 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 могут быть отобраны в масс-спектрометр. [77]
Плазменная ионизация окружающей среды основана на электрическом разряде в текущем газе, который производит метастабильные атомы и молекулы и реактивные ионы. Тепло часто используется для содействия десорбции летучих веществ из образца. Ионы образуются путем химической ионизации в газовой фазе. Источник прямого анализа в реальном времени (DART) работает, подвергая образец воздействию сухого газового потока (обычно гелия или азота), который содержит долгоживущие электронно или вибронно возбужденные нейтральные атомы или молекулы (или «метастабильные» ). Возбужденные состояния обычно формируются в источнике DART путем создания тлеющего разряда в камере, через которую протекает газ. Похожий метод, называемый зондом анализа твердых тел в атмосфере (ASAP), использует нагретый газ из зондов ESI или APCI для испарения образца, помещенного в трубку с точкой 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. Электрораспылительная лазерная десорбция/ионизация (ELDI) использует 337 нм УФ-лазер [79] или 3 мкм инфракрасный лазер [80] для десорбции материала в источник электрораспыления. Матрично-ассистированная лазерная десорбция с электрораспылительной ионизацией (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 нейтральные молекулы аналита, которые ионизируются при взаимодействии с электрораспыленными каплями растворителя, генерирующими многозарядные ионы. Лазерная абляция с ионизацией электрораспылением (LAESI) — это метод ионизации окружающей среды для масс-спектрометрии, который сочетает лазерную абляцию с помощью лазера среднего инфракрасного диапазона (средний ИК) с процессом вторичной ионизации электрораспылением (ESI).
В масс-спектрометре образец ионизируется в источнике ионов, и полученные ионы разделяются по отношению 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 могут быть идентифицированы путем сопоставления известных масс с идентифицированными массами или с помощью характерного паттерна фрагментации.
В ускорителях частиц источник ионов создает пучок частиц в начале машины, источника . Технология создания источников ионов для ускорителей частиц сильно зависит от типа частиц, которые необходимо сгенерировать: электроны , протоны , ионы H− или тяжелые ионы.
Электроны генерируются с помощью электронной пушки , которая имеет множество разновидностей.
Протоны генерируются с помощью плазменного устройства, например, дуоплазматрона или магнетрона .
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 утечки составляет около 40 А. Магнитное поле около 0,2 тесла параллельно оси катода . Газообразный водород вводится с помощью импульсного газового клапана. Цезий часто используется для снижения работы выхода катода, увеличивая количество производимых ионов. Большие цезированные 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 обмена зарядами, когда мигрируют к плазменному отверстию. Это делает пучок ионов более холодным, чем ионы, полученные из магнетрона.
Тяжелые ионы могут быть получены с помощью источника ионов на основе электронно-циклотронного резонанса . Использование источников ионов на основе электронно-циклотронного резонанса (ЭЦР) для получения интенсивных пучков высокозаряженных ионов значительно возросло за последнее десятилетие. Источники ионов ЭЦР используются в качестве инжекторов в линейные ускорители, генераторы Ван-де-Граафа или циклотроны в ядерной физике и физике элементарных частиц. В атомной и поверхностной физике источники ионов ЭЦР обеспечивают интенсивные пучки высокозаряженных ионов для экспериментов по столкновению или для исследования поверхностей. Однако для самых высоких зарядовых состояний необходимы источники ионов на основе электронного пучка (EBIS). Они могут генерировать даже голые ионы среднетяжелых элементов. Ловушка ионов на основе электронного пучка (EBIT), основанная на том же принципе, может производить до голых ионов урана и может также использоваться в качестве источника ионов.
Тяжелые ионы также могут быть получены с помощью ионной пушки , которая обычно использует термоионную эмиссию электронов для ионизации вещества в газообразном состоянии. Такие приборы обычно используются для анализа поверхности.
Газ протекает через источник ионов между анодом и катодом. Положительное напряжение подается на анод. Это напряжение в сочетании с высоким магнитным полем между кончиками внутреннего и внешнего катодов позволяет плазме начаться. Ионы из плазмы отталкиваются электрическим полем анода. Это создает ионный пучок. [83]