Massenspektrograph

Mạs|sen|spek|tro|graph auch: Mạs|sen|spekt|ro|graph 〈m. 16; Phys.〉 = Massenspektrograf

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Massenspektrograph,

 

Gerät zur Massenbestimmung von Atomen und Molekülen sowie zur Registrierung der Massenspektren von Teilchengemischen, insbesondere von Isotopen eines Elements, unter Verwendung elektrischer und magnetischer Felder; dabei wird die Impulsselektivität von Magnetfeldern und die Energieselektivität von elektrischen Feldern ausgenutzt. Je nachdem ob gleichzeitig mehrere verschiedene Massen (beziehungsweise Quotienten aus Ladung Q und Masse m) nachgewiesen werden können oder nur eine einzige, spricht man von Massenspektrographen im engeren Sinn oder von Massenspektrometern; sofern es auf diesen Unterschied nicht ankommt, werden hier beide Arten von Geräten als Massenspektrograph bezeichnet (allgemein meist als Massenspektrometer).

 

Zur Analyse wird die Probe verdampft (sofern sie nicht in der Gasphase vorliegt), ihre Atome oder Moleküle werden in einer Ionenquelle ionisiert und durch elektrostatische Felder auf Energien von einigen keV beschleunigt. Mit einer Anordnung von mehreren Spalten wird ein gebündelter Ionenstrahl ausgeblendet, der ein zur Flugrichtung senkrechtes homogenes Magnetfeld durchläuft, von dem die Ionen je nach ihrer spezifischen Ladung Q / m auf Kreisbahnen mit verschiedenen Radien abgelenkt werden, sodass der Ionenstrahl in Teilstrahlen unterschiedlicher Masse zerlegt wird, wenn alle Ionen die gleiche Ladung tragen. Die mit einem im Strahlengang des Massenspektrographen befindlichen Detektor (z. B. Fotoplatte, Zählrohr, Sekundärelektronen-Vervielfacher) registrierten Signale entsprechen den Teilchen verschiedener Masse; aus den Abständen der Linien kann auf die Massen, aus den Intensitäten auf die relativen Anteile der Komponenten geschlossen werden. Durch eine geeignete Ionenoptik und eine spezielle Form des Magnetfeldes sowie durch zusätzliche elektrische Felder, die der Ionenstrahl vor Eintritt in das Magnetfeld passiert, kann erreicht werden, dass Ionen gleicher Masse, aber verschiedener Anfangsrichtung und Geschwindigkeit auf den gleichen Ort des Detektors fokussiert werden (Doppelfokussierung). Der erste von F. W. Aston 1919 entwickelte Massenspektrograph besaß nur eine Geschwindigkeitsfokussierung, bei der ein gutes Auflösungsvermögen nur mit sehr kleiner Bündelöffnung erzielbar war (geringe Intensität und Nachweisempfindlichkeit). Erst bei Anordnungen mit Doppelfokussierung (Geschwindigkeit und Richtung) wird die für hohe Genauigkeit erforderliche Intensität erreicht. Bei Anwendung von Differenzialmethoden lassen sich relative Massen mit einem Fehler Δm / m < 10^-7 und Isotopenhäufigkeiten mit einem mittleren Fehler von 0,005 % bestimmen.

 

Massenspektrographen werden wegen ihrer hohen Sensitivität sowohl in der Forschung als auch in der Industrie, v. a. der chemischen Analytik, vielfältig eingesetzt. Das Funktionsprinzip des Massenspektrographen kann auch zur Isotopentrennung ausgenutzt werden. Außer mit magnetischen Feldern können auch mit gepulsten Ionenquellen arbeitende Flugzeitspektrometer oder elektrische Quadrupolmassenfilter zur Massentrennung verwendet werden. Neuerdings werden auch Teilchenbeschleuniger zur Massenspektrometrie eingesetzt; sie erlauben den Nachweis geringster Isotopenkonzentrationen bis herab zu relativen Häufigkeiten von weniger als 10^-15. Ihre Anwendung hat insbesondere neue Möglichkeiten in der Altersbestimmung und der Spurenanalyse mittels Radioisotopen eröffnet.

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Mạs|sen|spek|tro|graph, der (Kernphysik): Gerät zur Zerlegung eines Isotopengemischs in die der ↑Masse (5) nach sich unterscheidenden Bestandteile u. zur Bestimmung der Massen selbst.