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Detektor
Hinter dem Massenfilter werden die Ionen detektiert, d.h. in ein
elektrisches Signal verwandelt. Normalerweise kann das Auftreffen
eines Ions zum einen als einzelnes Ereignis (Puls-Signal) registriert
werden und zum anderen die Summe vieler auftreffender Ionen als Strom
gemessen werden (Analog-Signal).
Während früher sogenannte Channeltron-Multiplier zum Einsatz
kamen, die aus einer einzigen röhrenförmigen Elektrode bestehen,
wird bei modernen Geräten meist ein Zwei-Stufen-Multiplier mit
diskreten Dynoden verwendet.
Bei diesem Detektor-Typ setzen die auftreffenden Ionen aus der ersten
Dynode, an der eine Spannung von ca. -2500 V anliegt, Elektronen frei,
die dann über weitere Dynoden mit immer weiter abnehmenden
Spannungen nach dem Elektronen-Multiplier-Prinzip verstärkt werden.
Etwa in der Mitte des Detektors wird ein Teil des Stroms als Analog-Signal
abgegriffen, elektronisch verstärkt, in ein digitales Signal gewandelt
und an den Auswertungs-Computer übertragen. Der Rest-Strom gelangt
im Multiplier auf die nächste, geerdete Dynode und wird dann mit
Hilfe einer positiven Spannung (ca. 1200 V) über die zweite
Hälfte der Dynoden weiter verstärkt. Am Ende des Detektors,
nach ca. 20 Dynoden, wird das ankommende Signal mit einer Diskriminator-
Schaltung in Form von Pulsen gezählt. Um den hinteren Teil des
Detektors vor einer Zerstörung durch zu große Ströme zu
schützen, wird kurz hinter dem Abgriff des Analog-Signals die
Spannungsversorgung einer Dynode unterbrochen, sobald das Signal eine
bestimmte Höhe überschreitet. Die typischen Zählraten
für die Abschaltung des Puls-Signals liegt bei 2-5 Mio. Ereignissen
pro Sekunde (CPS). Wenn mehr Ionen pro Sekunde auf den Detektor treffen,
wird nur noch das Analog-Signal registriert. Bei Zählraten im Bereich
von 1-5 Mrd. CPS schaltet sich der Detektor insgesamt ab, weil dann schon
im Bereich des Analog-Signal-Abgriffs Ströme auftreten, die zur
Zerstörung des Detektor führen können.
Der Vorteil dieses Detektor-Typs gegenüber den klassischen
Channeltron-Multipliern beruht auf dem gleichzeitigen Erfassen von Puls-
und Analog-Signalen. Dadurch ist der Detektor zum einen besser vor
Überlastung geschützt und zum anderen ist es wesentlich
einfacher, beide Signale aufeinander zu kalibrieren. Die Kalibration der
beiden Signale aufeinander ist abhängig von der Masse der
auftreffenden Ionen, denn ein schwereres Ion setzt an der ersten Dynode
mehr Elektronen frei als ein leichteres.
Weil der Detektor im Puls-Modus Signale, die sehr schnell (< ca. 55 ns)
aufeinander folgen, als ein einziges Signal zählt, ist es notwendig
eine Totzeit-Korrektur durchzuführen. In Abhängigkeit von der
Anzahl der Pulse pro Sekunde werden die Pulse addiert, die vom Detektor
nicht erfaßt werden konnten.
Durch die Ionen die auf die erste Dynode auftreffen, ist es mit
zunehmendem Alter des Detektors notwendig, die angelegten Spannungen
zu erhöhen. Da dies nur bis zu einem bestimmten Punkt möglich
ist, ist die Lebensdauer des Detektors beschränkt; nach dem
Registrieren von etwa 1020 Ionen muß er ersetzt werden.
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