Experimentelle Untersuchungen der Laserionisierung bei Atmosphärendruck mittels vergleichenden Messungen an Ionenmobilitätsspektrometern

Ihlenborg, Marvin

In der vorliegenden Arbeit wurden unterschiedliche Ionisierungsmethoden bei Atmosphärendruck an zwei verschiedenen IMS untersucht. An einem Eigenbau-IMS konnten die Methoden der APCI mit einer 3H-Quelle, der APLI mit 266 nm und einer variablen Wellenlänge sowie einer Ionisierung mittels einem Niedrigtemperaturplasma (LTP) zum ersten Mal direkt verglichen werden. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen starke Signalverbreiterungen bei der Verwendung der APLI. Eine Erklärung dazu kann mit Hilfe theoretischer Überlegungen und der Literatur nicht gefunden werden. Um diesen Effekt näher zu untersuchen, wurde ein kommerzielles IMS5000 der Dräger AG modifiziert um bei gleichen experimentellen Bedingungen Driftzeitspektren der APCI und APLI aufnehmen zu können. Bei Gebrauch der APLI und gleichzeitiger Variation des Driftgasflusses, der Intensität des Lasers und einem verzögerten Abzug der Ionen nach der Ionisierung konnte die Signalverbreiterung auf drei Effekte zurückgeführt werden. Bei der APLI wird: 1. eine breite Verteilung an zum Teil labilen unterschiedlichen ionischen Spezies erhalten, die geringe Unterschiede im Stoßquerschnitt zeigen. 2. ein Effekt beobachtet, der in der Spektroskopie mit Power Broadening bezeichnet wird. 3. durch interionische Abstoßungen der Ionen direkt nach der Ionisierung eine Vergrößerung der Ionenwolke um das Zwei- bis Dreifache erhalten. Um die Art der erhaltenen ionischen Spezies bestimmen zu können, wurde weiterhin eine APLI-IMS-ToF-MS Kopplung bestehend aus dem angepassten IMS5000 und einem API-HTOF der Tofwerk AG aufgebaut. Vergleichbare Aufbauten, die eine APLI und ein IMS bei Atmosphärendruck gekoppelt an ein ToF-MS benutzen, sind bisher nicht gezeigt worden. Die erhaltenen Massenspektren zeigen, dass eine Vielzahl an Molekülion-Neutralfragment- Cluster des Analyten erhalten werden, welche geringe Unterschiede im Masse-zu-Ladungsverhältnis (m/z) aufweisen. Diese Beobachtung kann direkt mit den geringen Stoßquerschnittunterschieden korreliert werden.

In the presented work different ionisation techniques at atmospheric pressure are studied with two different ion mobility spectrometers (IMS). Investigations with a home-build setup were carried out using chemical ionisation (APCI) with a 3Hsource, laser ionisation (APLI) with 266 nm and a variable wavelength and an ionisation technique using a low temperature plasma (LTP). For the first time all three ionisation methods were studied with the same setup and thus the obtained spectra are directly comparable. When APLI is used the results show an unexpected peak broadening. Neighter theoretical considerations nor literature explains this behaviour. With a commercially available and modified IMS5000 from Dräger Safety AG & Co. KGaA comparable studies for APCI and APLI are carried out to study the observed peak broadening in more detail. With changing the driftgas flow, the intensity of the laser and a delayed extraction of the ions after ionisation into the drift region the peak broadening can be assigned to three different effects. 1. A various number of different partly unstable ionic species with similar collision cross sections are obtained. 2. An effect known from spectroscopy called Power Broadening is obtained. 3. Due to inter ionic repulsion the ion cloud expands around the two- to threefold directly after the ionisation. To study the observed ionic species in more detail an APLI-IMS-ToF-MS experiment consisting of the modified IMS5000 and an API-HTOF from Tofwerk AG was established. Comparable setups using an APLI and an IMS at atmospheric pressure connected with a ToF-MS are not shown elsewhere so far. The resulting mass spectra reveal a broad range of clusters consisting of molecular ions and neutral fragments of the analyte. This observation can directly be correlated to the small differences in the cross section obtained in the drift time spectra.

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Ihlenborg, Marvin: Experimentelle Untersuchungen der Laserionisierung bei Atmosphärendruck mittels vergleichenden Messungen an Ionenmobilitätsspektrometern.

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