EINFÜHRUNG IN DIE ISOTOPENGEOCHEMIE

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Einführung
eV = 1 / 2 mB 2 e 2 r 2 /m 2
V/e = 1 / 2 B 2 r 2 /m
m/e = B2 r2 /2V [GL 33]
Wenn B in Gauß angegeben wird, r in cm, m in Atommassen und e´V die Voltenergie der
Ionen ist, dann erhält man:
m/e = 4.825´10-5 B2 r2 /V.
Da der Radius der Ionenbahn durch den Radius des Trennrohres gegeben ist und V bei der
Analyse zweckmäßigerweise nicht verändert wird, bleibt als Variable nur B, um den Ionenstrahl
auf der Kreisbahn in den Faradaybecher zu zwingen:
[GL 34]
So muß man z.B. B=3960 Gauß einstellen, um den 88Sr + -Strahl bei einer Beschleunigungsspannung
von 8000V mit einem „normalen“ Massenspektrometer zu messen (Radius des
Trennrohres r = 12 Zoll = 30.48cm, m = 87.9056, e = 1).
Ein Multikollektormassenspektrometer ist in Abbildung 20 dargestellt. Es gibt daneben
andere Verfahren, die sich zur Trennung von geladenen Teilchen in speziellen Fällen oder
auch allgemein eignen. Dadurch gehören z.B. die Flugzeitspektrometer, die Ionen unterschiedlicher
Masse auf Grund ihrer unterschiedlichen Flugzeit entlang einer vorgegebenen
Strecke trennen, oder die Bahnstabilitätsspektrometer, bei denen die Ionen zum Durchlaufen
des Spektrometers bestimmten Stabilitätsbedingungen genügen müssen.
Zu den letzteren gehören die
Quadrupolmassenspektrometer, bei
denen die Massentrennung durch
Schwingung der Ionen in einem hochfrequenten
elektrischen Quadrupolfeld
erfolgt (Abbildung 21). Das Feld
wird durch vier zylindrische parallele
Stabelektroden erzeugt, an dem an je
zwei sich gegenüberliegende Elektroden
eine mit einer hochfrequenten
Wechselspannung überlagerte Gleichspannung
angelegt wird. Die in das
Feld eingeschlossenen Ionen führen
senkrecht zu ihrer Flugbahn Schwingungen
aus. Bei geeignet eingestellten
Werten der Hochfrequenzamplitude
und der Gleichspannung können nur Ionen bestimmter Massenzahl zum Auffänger gelangen,
die im Quadrupolfeld stabil schwingen. Ionen anderer Massenzahl schwingen instabil;
ihre Schwingungsamplitude wächst rasch an; sie werden von der Flugbahn abgelenkt
und prallen auf die Stabelektroden. Solche Quadrupolspektrometer eignen sich für die
Analyse von Gasen; sie finden Verwendung z.B. in ICP-MS-Geräten und in Knudsenzellenspektrometern.
B
143. 95 m ´ V
=
r e
ABBILDUNG 21 Prinzip eines Quadrupolmassenfilters