Das Quadrupol-Massenfilter

Transkript

1 Das Quadrupol-assenfiler Idee: Ionen Ladung zu asse: Q/ werden durch zeiabhängige Elekrische Felder E so abgelenk, daß nur besimme Q/ auf der Sollbahn durch das assenspekromeer bleiben. Wolfgang Paul, Helmu Seinwedel Ein neues assenspekromeer ohne agnefeld Z.Naurforschung 8a, Ionen fliegen enlang der z-richung einer 4-Elekroden Srukur. U V cos Für parabelförmige Elekroden is das elekrische Poenial Φ,,: Φ,, U Vcos a a is der Elekrodenabsand im Zenrum 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

2 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger cos : a V U,, Φ Die elekrischen Feldsärken E und E berechnen sich durch Gradienenbildung: E Φ E Φ 0 E E E Dies muß im ladungsfreien Raum auch so sein! r E E E D.h. die Feldsärke seig im Quadrupol r nach außen an.

3 Problem: Zu einem fesen Zeipunk is das Poenial nur in die eine Richung fokusierend, in die andere Richung jedoch defokusierend. Grundlegende Idee: Durch periodisches, schnelles Umpolen des Feldes, πf, f im Bereich Hz erreich man abwechselndes Fokusieren und Defokusieren. Dies wird aber in bhängigkei von U und V nur für besimme / Verhälnisse erreich! 1 E E Nur ein besimmer assenbereich wird sabil durch die Quadrupolelekroden in z-richung ransporier. lle außerhalb dieses Bereiches liegenden / Ionen reffen auf die Elekroden. 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

4 Quadrupol-Poenial Φ,, Darsellung zu einer fesen Zei. 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

5 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger cos.. V U 0 cos.. V U ξ ξ 4 ξ 0 cos ξ λ κ ξ 0 cos ξ λ κ ξ 4 : λ a U 4 : κ a V Bewegungsgleichungen der Ionen und ihre Lösung Subsiuion:

6 Diese Differenialgleichungen sind vom Tp der ahieu schen Differenialgleichung. Diese ha zwei ren von Lösungen: r 1: bleib für alle Zeien beschränk. r. Eponenielles nwachsen mi Diese Sabiliäsbereiche hängen von λ und κ ab und somi von U, V,,. Einfachse Beriebsar: U 0 Gleichspannungsaneil 0 κ < 1.84 für sabile Bahnen. > 4V 1.84a.18 V a Beispiel: V 1500V, e a 1cm π1.0hz > 79.3 amu lle assen mi > 79.3 amu werden durchgelassen! 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

7 B i U 0 schränk man den Sabiliäsbereich auf assen 1 ein. Es muß gelen: U/V 0.168, sons gib es überhaup keine sabilen Lösungen mehr. Bei U/V gil: 1. Es wird prakisch nur diese asse ransmiier. Die asse is direk proporional zu V..84 a V D.h. in diesem Beriebsmodus muß zum Durchfahren eines assenspekrums die Spannung V und U im Verhälnis U/V veränder werden. Für 8 amu, f 1Hz, a 1cm V V und U 01.1 V Wähl man U/V kleiner als 0.168, so wird ein assenbereich einsellbarer Breie vom Quadrupolmassenfiler durchgelassen. Die Länge des Quadrupoles muß nur wenige cm beragen, dami die falschen assen gegen die Elekroden prallen und nich den Deekor erreichen. 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

8 Sabile Bahn, /05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

9 Insabile Bahn, /05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

10 Insabile Bahn, /05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

11 Transmission, 14 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

12 Transmission, 40 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

13 Transmission, 91 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

14 Deekor: Phoomuliplier Farada-Cup Ionenuelle Das Spekrum wird regisrier, indem man den Ionensrom am Deekor in bhängigkei von der Spannung V und U U/V*V regisrier. Voreile: rein elekrisch, kein agnefeld Ionen werden in einem großen Raumwinkel akzepier. Prakisch keine bhängigkei von der Energie und dem ufreffor. uflösung elekrisch leich einsellbar. Nacheile: Hohe RF-Spannungsampliuden bis ca V für 300 amu Hohe Präzision der Quadrupolelekroden is nöig Hperbolische Fräsung. 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger

15 Indusrielle Produke, z.b. uner 05/05/004 Ep. Phsik f. Verf. Teilchen & Wellen SS004 Denninger