Driftzeit-Ionenmobilitätsspektrometer mit hoher analytischer Leistungsfähigkeit – Modellierung, Entwurf und Umsetzung

Im Rahmen dieser Dissertation wurde erstmals ein vollständiges analytisches Modell zur Optimierung von Auflösungsvermögen und Signal-Rausch-Verhältnis eines Driftzeit-Ionenmobilitätsspektrometers (IMS) entwickelt. Dieses Modell umfasst sowohl die Bildung der Ionen in der Ionenquelle, die Trennung der Ionen in der Driftröhre als auch die anschließende Detektion der Ionen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden eine ganzheitliche Entwurfsmethodik vorgeschlagen und mittels dieser ein Driftzeit-IMS entwickelt, das mit einem Auflösungsvermögen von R_P = 250 derzeit das höchste Auflösungsvermögen eines Driftzeit-IMS weltweit besitzt.
Basierend hierauf wurden zwei IMS mit besonders hoher analytischer Leistungsfähigkeit aufgebaut: Zum einen ein IMS mit einer extrem effizienten Ionenquelle, die ein neues, zum Patent angemeldetes Ionentor mit einer neuen, zum Patent angemeldeten Probengasführung kombiniert. Hierdurch werden bei einer Messdauer von nur einer Sekunde Nachweisgrenzen im pptv-Bereich mittels direkter Photoionisation (APPI) und im ppqv-Bereich mittels chemischer Gasphasenionisation (APCI) erzielt, was weltweit bisher nicht möglich war. Zum anderen ein hochauflösendes Hochenergie-IMS (HiKE-IMS), das selbst bei reduzierten Feldstärken von bis zu 120 Td in Reaktions- und Driftraum durch ein neues, patentiertes Ionentor ein Auflösungsvermögen von R_P =140 erreicht. Die Kombination von hohen reduzierten Feldstärken mit hohem Auflösungsvermögen stellt sowohl eine Möglichkeit zur quantitativen Spurengasmessung im ppbv-Bereich als auch ein vielseitiges Werkzeug für Grundlagenstudien zu Ionenmobilität und Ionenbildung dar.