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Verwendungszweck

Die Massenspektrometrie ist eine über viele Disziplinen hin angewendete Methode. Sie dient z.B. der Archäologie, indem man das Alter des Fundes anhand der C14 -Isotopenkonzentration bestimmt. Diesen C14 -Wert kann man mithilfe der Massenspektrometrie bestimmen.

Allgemeine Funkionsweise eines Massenspektrometers

Aus der Ionenquelle treten geladenen Teilchen, hier sind es z.B Protonen. Diese Protonen besitzen eine spezifische Ladung, haben jedoch unterschiedliche Geschwindigkeiten.

Sobald die Protonen, nun also die Quelle verlassen, treten sie in den sogenannten Wienfilter ein (auch Geschwindigkeitsfilter genannt). Ein Teil der Ionen durchquert den Filter unabgelenkt und tritt durch die Blende aus (zur genauen Funktionsweise s.u.). Anschließend gelangen die Ionen in das zweite Magnetfeld gelangen in einer Halbkreisbewegung zum Detektor, wo das Auftreffen aufgezeichnet wird.

Massenspektrometrie: Massenspektrometer
Abb. 1: Schematische Darstellung eines Massenspektrometers.

Der Wienfilter

Unabhängig vom Aufbau des Wienfilters (vgl. Abb. 1 und Abb. 2) ist die Funktionsweise immer die gleiche. Senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ionen liegt ein Magnetfeld im Wienfilter vor. Weiterhin herrscht im Inneren auch ein elektrisches Feld. Somit wirkt auf die Ionen zum einen die elektriche Kraft sowie die Lorentzkraft. Es folgt also:

Durch Umformung ergibt sich:

.

Dies bedeutet, dass nur Ionen einer gewissen Geschwindigkeit, durch den Wienfilter treten können, daher wird der Filter auch als Geschwindigkeitsfilter bezeichnet.

Massenspektrometrie: Geschwindigkeitsfilter
Abb. 2: Der Geschwindigkeitsfilter.

Verhalten der Ionen im zweiten Magnetfeld

Das Verhalten im Magnetfeld zwei ist mit dem Verhalten der Elektronen im Fadenstrahlrohr zu vergleichen, denn auch hier gilt . Damit folgt erneut die Gleichung:

Nach Einsetzen der Formeln und dem Vereinfachen, sowie Umformen folgt:

Damit lässt sich anhand des Magnetfeldes, der Ladung des Teilchens, seiner Geschwindigkeit und des gemessenen Radius, die Masse des Teilchens bestimmen und somit auch die Art des Teilchens.

Kurzüberblick

➤ Massenspektrometrie für viele naturwissenschaftliche Disziplinen von großer Bedeutung

➤ Im Wienfilter werden die Teilchen nach der Geschwindigkeit sortiert

➤ Im zweiten B-Feld kann anschließend anhand des Radius das genaue Teilchen bestimmt werden

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