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Atommasse

Massenspektroskopie

Relative Atom- und Molekülmassen lassen sich grundsätzlich aus stöchiometrischen Untersuchungen berechnen. Dieses Verfahren ist jedoch mit einem großen Messfehler behaftet, so dass es für Präzisionsmessungen ungeeignet ist. Zur genauen Atom- und Molekülmassenbestimmung wird vorteilhaft das Massenspektrometer eingesetzt. Das Massenspektrometer nutzt aus, dass elektrisch geladene Teilchen in einem magnetischen oder elektrischen Feld massenabhängig ihre Flugbahn ändern.

Abb.1

Die zu messenden Atome oder Moleküle werden vor dem Eintritt in das Spektrometer in einer Ionenquelle - meist durch Elektronenstoßionisation - ionisiert, das heisst in (positive) Ionen umgewandelt.

X + e - = X + +2 e -

Eine Ionenoptik sammelt und fokussiert den Ionenstrahl auf das Eingangsspaltsystem des Spektrometers. Der Strahl der Ionen mit gleicher kinetischer Energie gelangt in das senkrecht dazu stehende Magnetfeld und wird durch elektromagnetische Wechselwirkung massenabhängig auf Kreisbahnen gezwungen. Je größer die Masse des betreffenden Ions ist, um so größer ist der Radius der Kreisbahn. Auf dem Detektorschirm wird die größte Masse also am weitesten vom Eingangsspalt entfernt registriert. Die gemessene Intensität des separierten Ionenstrahls einer bestimmte Masse ist proportional zu seiner Konzentration in der Probe. Das Spektrometer kann mit bekannten Ionen geeicht werden und erreicht schon in einfacher Ausführung Massenauflösungen von 1:10-5. Damit ist es in der Lage, auch einzelne Isotope eines Elements zu trennen. Damit die Ionenflugbahnen nicht durch Stöße mit Luftmolekülen gestört werden, befindet sich das gesamte System unter Hochvakuum (<10-6 mbar).

Das folgende Beispiel zeigt das Massenspektrum von natürlich vorkommenden Xenon. Aus den registrierten Intensitäten lässt sich die Isotopenzusammensetzung des Xenons ermitteln.

Abb.2
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