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Massenspektrometer - Der Massenanalysator - Magnetfeld

Messmöglichkeiten mit einem Magnetfeld-Analysator

Entsprechend der Grundgleichung der Massenspektrometrie können Massenspektren durch Variation der Parameter magnetische Induktion B, Beschleunigungsspannung U und Radius r aufgenommen werden. Um einen Massenscan durchzuführen, muss man zwei der Größen konstant halten und die Dritte variieren.

1. Veränderter Radius der Kreisbahn

Werden magnetische Induktion und Beschleunigungsspannung konstant gehalten, bewegen sich die Ionen verschiedener Masse/Ladungsverhältnisse auf Kreisbahnen mit unterschiedlichen Radien. Sie verlassen den Massenanalysator also an verschiedenen Orten. Die Detektion muss ortsaufgelöst erfolgen. Früher verwendete man Photoplatten, heute kann man auch andere ortsauflösende Detektionsprinzipien einsetzen (siehe Kapitel Detektor).

Dieses Messprinzip wurde in klassischen Massenspektrometern verwendet, weil lediglich Permanentmagneten mit konstanter magnetischer Induktion zur Verfügung standen.

2. Variation der magnetischen Induktion

Seit der Verfügbarkeit von Elektromagneten ist es möglich, die Stärke der magnetischen Induktion kontinuierlich zu verändern. Da diese Arbeitsweise wesentliche Vorteile mit sich bringt, wird sie heute hauptsächlich eingesetzt.

Man arbeitet bei konstanter Beschleunigungsspannung. Alle Ionen erhalten also die gleiche kinetische Energie. Die schwereren Ionen durchqueren den Massenanalysator langsamer als die leichteren. Der Radius der Kreisbahn ist konstant (und durch die Konstruktion des Gerätes vorgegeben). Bei einer bestimmten Stärke der magnetischen Induktion entspricht die Flugbahn einer bestimmten Ionensorte der vorgegebenen Krümmung des Analysatorrohres. Diese Teilchen gelangen zu einem leistungsfähigen Detektor. Teilchen mit kleinerer oder größerer Masse prallen auf die Wände des Analysatorrohres.

Zur Aufnahme des Massenspektrums wird die Stärke der magnetischen Induktion kontinuierlich verändert. So werden nacheinander die Ionen mit verschiedenen m/z-Werten durch den Massenanalysator hindurchgelassen und treffen auf den Detektor. Man bezeichnet diese Arbeitsweise auch als Magnet-Scan (B-Scan).

3. Variation der Beschleunigungsspannung

Geräte, die so konstruiert sind, dass die Ionen unterschiedlicher Masse/Ladungsverhältnisse auf Kreisbahnen mit einem definierten Radius gelenkt werden, können auch bei konstanter magnetischer Induktion betrieben werden.

Um dabei eine Separierung zu erzielen, muss die Stärke des elektrischen Feldes, in dem die Ionen beschleunigt werden, variiert werden. Dazu erhöht man die Spannung zwischen Stoßblende und Beschleunigungsblende kontinuierlich. Die Ionen erhalten dadurch unterschiedliche kinetische Energien bzw. Geschwindigkeiten und gelangen nacheinander auf die vorgegebene Kreisbahn und dann auf einen Detektor. Man nennt diese Arbeitsweise elektrischer Scan (E-Scan).

Da mit diesem Messprinzip einige Nachteile verbunden sind (Energieverlust, geringe Durchlässigkeit, Defokussierung), wird es nur für spezielle Messaufgaben verwendet (z.B. hochauflösende Messungen).

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