Fakultät für Physik und Astronomie Ruprecht-Karls-Universität ...

78 KAPITEL 4. PROBENAUFBEREITUNG FÜR GRUNDWASSER
und Verkleinerung des Rezipienten konnte der Druck nicht unter 10 −6 mbar gesenkt werden.
Ausheizen des Ultrahochvakuumteils der Anlage brachte zwar eine kurzzeitige Verbesserung (der
Druck sank auf ca. 4·10 −7 mbar), der Druck stieg jedoch innerhalb einiger Wochen wieder schnell
an und sowohl Untergrund-Ionenströme als auch Druck näherten sich wieder dem ursprünglichen
Wert.
Abb. 4.10 a und b zeigen den Druckverlauf und die Untergrund-Ionenströme nach Ausheizen
der Anlage. Während der Druck mit der Zeit deutlich ansteigt (der Ausreißer am 4. Tag nach
dem Ausheizen ist wohl auf thermische Ausdehnung zurückzuführen), sieht man im Untergrund
des Massenspektrometers nur bei Massezahl 18 (Wasser) einen deutlichen Anstieg, während bei
den anderen Massezahlen kein signifikanter Trend zu erkennen ist. Der Druckanstieg ist also
hauptsächlich auf einen Anstieg des Wasser-Partialdrucks zurückzuführen.
Verbesserung brachte das Ersetzen der KF-Gummidichtungen durch Aluminiumdichtungen
und erneutes Ausheizen. Nach diesen Maßnahmen sank der Druck im Hochvakuumteil der Anlage
auf ca. 2 · 10 −8 . Der Untergrund im Massenspektrometer blieb trotz des reduzierten Drucks
zunächst fast unverändert. Erst nachdem der Emissionsstrom des Massenspektrometers über
längere Zeit eingeschaltet blieb, reduzierte sich auch der Untergrundionenstrom.
Eine mögliche Erklärung für dieses Verhalten wäre, dass aus den KF-Dichtungen Wasser
ausgast, das sich im Rezipienten ansammelt und vom QMS detektiert wird. Anscheinend sammeln
sich auch größere Mengen an Restgas in der ausgeschalteten Ionenquelle, die erst nach
längerer Laufzeit des Emissionsstroms entfernt werden können. Demzufolge sollten Gummidichtungen
in Ultrahochvakuum-Anlagen generell vermieden werden und der Emissionsstrom des
Quadrupol-Massenspektrometers möglichst selten ausgeschaltet werden.
Trotz des nun deutlich verringerten Untergrundes ist es für quantitative Messungen wichtig
zu wissen, wie groß dessen Anteil an den Gesamtionenströmen ist. Ebenfalls ist zu klären, ob
die Ionenströme eines Gases durch das Vorhandensein von Fremdgas beeinflusst werden. Besonders
relevant ist dies für Helium, da bei Separationen eine große Menge an Helium durch die
Separationsanlage fließt, und somit also auch vom Massenspektrometer gemessen wird. Deswegen
wurde das QMS-Signal der bei einer Messung beobachteten Elemente (Argon, Stickstoff,
Sauerstoff, Wasser und CO2) in Abhängigkeit von verschiedenen He-Drücken gemessen. Die Ergebnisse
sind in Abb. 4.10 a und b zu sehen. Der Untergrund der meisten Elemente bewegt
sich im Bereich von 2 − 4 · 10 −13 A. Hauptquelle des Untergrundes ist hierbei wohl weniger
ein Untergrund an Gas in der Messkammer, sondern der Fehler des Detektors, der auch bei
nicht vorhandenen Gasen einen kleinen Ionenstrom misst ( ” zero-gas-Untergrund“). Diesen Teil
des Untergrundes kann man korrigieren, indem man den Ionenstrom einer Massenzahl, der garantiert
kein Element entspricht (z. B. die Masse 5,5 u) vom gemessenen Ionenstrom abzieht
(zero-gas-Kalibrierung). Nach diesem Abzug wurden nur noch geringe Mengen an Wasser und
Argon gemessen, der restliche Untergrund war vernachlässigbar klein.
Interessant ist, dass bei höheren He-Drücken in der Anlage nicht nur die He-Ionenströme
zunehmen, sondern auch diejenigen der anderen Gase leicht ansteigen. Am auffälligsten war dies
bei der Massezahl 28, der Effekt war aber auch bei den anderen Massen zu sehen. Der Anstieg
verläuft nicht linear mit dem Anstieg des Helium-Drucks, sondern flacht bei steigenden Helium-
Konzentrationen ab (Abb. 4.10 c). Eine Verunreinigung des in die Messkammer eingelassenen
Heliums kann ausgeschlossen werden, da bei einer solchen Verunreinigung das Verhältnis von
Stickstoff zu Helium konstant bleiben müsste, was aber nicht der Fall ist (Abb. 4.10 d). Eine
mögliche Erklärung dieses Effekts könnte sein, dass durch einen höheren Druck in der Messkammer
auch andere Gase effektiver ans Massenspektrometer gelangen, sodass die Detektionseffizienz