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Massenspektrometer - Der Massenanalysator - Doppelfokussierung

Geschwindigkeitsverteilung der Ionen

Ursachen für die leicht variierenden Geschwindigkeiten von Ionen gleicher Masse/Ladungsverhältnisse sind:

  • die thermische Eigenbewegung (entsprechend der Boltzmann'schen Energieverteilung) der Moleküle, aus denen die Ionen gebildet werden
  • Feldinhomogenitäten innerhalb der Ionenquelle bei Verdampfung und Ionisation der Probe

Die Ionen einer bestimmten Ionenart haben also eine zwar kleine, aber endliche Eigengeschwindigkeit v '   in alle Raumrichtungen. Daraus ergibt sich eine Geschwindigkeitsverteilung v ± v ' , die man als Geschwindigkeitsdispersion bezeichnet. Aus der Geschwindigkeitsverteilung ergibt sich eine Energieverteilung m ( v ± v ' ) / 2 , die auch als Energiedispersion bezeichnet wird. Beim Eintreten in das magnetische Sektorfeld wird diese Geschwindigkeits- bzw. Energieverteilung als Massenverteilung registriert, da es aufgrund von gleichzeitig wirkender Lorenz-Kraft ( F L = z e B v ) und Zentrifugalkraft ( F Z = m v 2 / r ) nach der Gleichung

z e B v = m v 2 r

, die in die Gleichung

r = m v z e B

umformbar ist, für Ionen gleicher Masse/Ladungsverhältnisse bei konstanter magnetischer Flussdichte zu einer Änderung des Radius der Flugbahn bei Variation der Geschwindigkeit kommt. Daraus ergibt sich eine Verbreiterung des Ionenstrahls. Gelingt es, die Energieverteilung zu minimieren (z.B. durch Vor- oder Nachschalten eines elektrostatischen Analysators), kann die Signalbreite verringert werden. Dann kann eine höhere Auflösung erzielt werden.

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