Massenspektrometer

Massenspektrograph, Gerät zur Analyse eines Ionenstrahls nach der Masse M der einzelnen Ionen. Das (auch als Wien-Filter bezeichnete) Prinzip einer Selektion a) nach der Energie E = 1 / 2 Mv² durch elektrostatische Ablenkung und b) nach dem Impuls p = Mv durch magnetische Ablenkung und der daraus abgeleiteten Berechnung der Masse zu M = p² / 2E wurde erstmals von Thomson (1912) und Aston (1919) vorgestellt (Astonscher Massenspektrograph).

Im Mattauchschen Massenspektrographen benutzt man zur Energiebestimmung einen Zylinderkondensator und zur Impulsbestimmung ein homogenes Magnetfeld. In der Beschleunigermassenspektroskopie (AMS) wird die elektrostatische Selektion durch elektrostatische Beschleunigungsstrecken eines Ionenbeschleunigers ersetzt, welche die Ionen nur bei richtigem e / M-Verhältnis phasenkonstant passieren können. In einem Speicherring werden unterschiedliche e / M-Verhältnisse durch unterschiedliche Umlaufzeiten erkannt. Hier können DM / M-Werte besser als 10^-9 erzielt werden.

Die heute gebräuchlichsten Massenspektrometer sind Quadrupol-Massenspektrometer. Dabei durchlaufen die Teilchen eine Anordnung aus vier idealerweise parabelförmigen Elektroden, an die eine Kombination aus einem elektrischen Gleich- und einem Wechselfeld angelegt wird. Bei einer bestimmten Kombination dieser Felder gelangen nur Teilchen bestimmter Masse und Energie durch die Anordnung, da die Bahnen anderer Teilchen Oszillationen mit stetig anwachsender Amplitude aufweisen.

Die Massenbestimmung von Reaktionsprodukten nach Kernreaktionen in Kern-Kern-Stössen erfolgt meist in Teilchenspektrometern durch Bestimmung a) des Impulses durch die magnetische Ablenkung und b) der Energie durch die Messung der Flugzeit.

Massenspektrometer: a) Prinzip; b) massenspektrometrische Aufnahme der Isotope des Elements Cadmium; c) Mikrovergrösserung eines Massenspektrogramms verschiedener Molekül- und Atomionen der Massenzahl A = 16.