Time-of-Flight-Massenspektrometer mit gefalteter Driftstrecke

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung eines optimierten Gerätesystems ICP-Ionenquelle / lineares Time-of-Flight-Massenspektrometer (TOF-MS) mit gefalteter Driftstrecke für die Analytik und Umweltüberwachung. Eine ausreichende zeitliche Trennung der Ionenpakete in einem linearen TOF-MS setzt bei den bisher bekannten Entwicklungen eine Mindestlänge des Driftraumes von ca. 1 m voraus.

Ergebnisse

• Es wurde ein TOF-MS entwickelt, das mit einem Drittel der Driftstreckenlänge auskommt, bei dem die Ionenpakete durch kurzzeitige elektrische Reflexion die Driftstrecke dreimal durchlaufen. Besondere Bedeutung kommt dieser Reduzierung der Driftraumgröße im Hinblick auf die Minimierung der teuren Hochvakuumtechnik zu.
• Für die beschleunigenden Felder einer geometrischen Anordnung wurde in allgemeiner Form die Geschwindigkeitsänderung der Ionen bestimmt. Das hierfür entwickelte Excel-Programm erlaubt für die jeweils eingestellten geometrischen Parameter sowie Gitter-Potentiale eine allgemeine Berechnung der Laufzeiten der jeweiligen Ionenpakete und war Grundlage für die optimierte Konstruktion der elektrischen und vakuumtechnischen Komponenten.
• Die Messsoftware zur Datenausgabe und die Synchronisationssoftware für die computerkontrollierte Steuerung der Scanfrequenz und der Hochspannungs-Schaltzustände wurde erfolgreich entwickelt.
• Die notwendige Vakuumapparatur wurde aufgebaut, der Repeller, der Beschleunigungskopf mit Deflektoren und das Driftrohr mit den Steuergittern und dem Detektor wurden eingebaut. Nach der kapazitätsarmen Montage der Hochspannungsschalter wurde das Funktionsmuster mit ICP-Ioneneinkopplung an einem konkreten Multielementsystem erfolgreich getestet.
• Die charakteristischen Leistungsparameter des Vorhabens, die in der Vorhabensbeschreibung festgelegt wurden, sind auch erreicht worden. Insbesondere konnte der notwendige vakuumtechnische Aufwand verringert werden.
• Der gesamte Messprozess erfolgt computergesteuert, für den analytischen Betrieb wurde eine Benutzeroberfläche geschaffen. Die Spektren können gespeichert, nachbearbeitet und ausgegeben werden. Mit den neuen gekühlten Hochspannungsschaltern können 20 000 Spektren/s gemessen werden.
• Eine Massenauflösung von M/ΔM ≈ 1000 wurde erreicht, insbesondere erhöht sich die Massenauflösung bei zweimaliger Reflexion gegenüber einem einfachen Durchlauf um den Faktor 2.

Ergebnistransfer: Fa. Analytik Jena