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Quadrupol-Massenfilter
Ein Quadrupol-Massenspektrometer besteht aus vier
Metallstäben, die als Elektroden dienen. Jeweils die
beiden gegenüberliegenden Paare sind an eine um 180
Grad phasenverschobene Hochfrequenz-Spannung angeschlossen.
Zusätzlich liegt an den Stabpaaren noch eine Gleichspannung
an. Die Ionen werden im Quadrupol durch die anliegenden
Spannungen auf eine spiralförmige Bahn gezwungen.
Abhängig vom Verhältnis von Frequenz und Amplitude der
Wechselspannung sowie der Gleichspannung können nur Ionen mit
einem bestimmten Verhältnis von Masse zu Ladung (m/z) das
Quadrupol passieren. Ionen mit einem anderen m/z geraten auf
Spiral-Bahnen deren Durchmesser zunimmt und schlagen infolgedessen
auf die Stäbe des Quadrupols auf.
Um von einer Masse zu einer schwereren Masse zu wechseln, wird
bei konstanter Frequenz der Wechselspannung sowohl die
Wechselspannung als auch die Gleichspannung erhöht.
Zwar bewirkt auch eine Änderung der Wechselspannung allein
den Wechsel zu einer anderen Masse, jedoch variiert bei diesem
Vorgehen die Breite des Massenbereichs, der das Quadrupol passieren
kann. Bei hoher Wechselspannung und niedriger Gleichspannung ist
es deshalb unter Umständen möglich, das Ionen mit
mehreren benachbarten Massen gleichzeitig das Quadrupol durchqueren
können. Diese Parameter eines Quadrupol-Massenspektrometers
werden durch die Mathieu-Gleichung beschrieben:
m/z ~ (DC*RF*r0)/W
- DC = Gleichspannung
- RF = Wechselspannung
- r0 = Radius des Quadrupols
- W = Frequenz der Wechselspannung
Weil das Quadrupol nach dem Verhältnis von Masse zu Ladung trennt, kann mit einem solchen Massenspektrometer ein einfach geladenes Ion mit einer bestimmten Masse nicht von einem doppelt geladenen Ion mit der doppelten Masse unterschieden werden. Bedingt durch das Funktionsprinzip ist es mit einem Quadrupol zudem nicht möglich, gleichzeitig mehrere Massen zu bestimmen. Allerdings können die an den Elektroden anliegenden Spannungen innerhalb von 3 ms oder weniger verändert werden, so daß durch ein sehr schnelles Springen von einer Masse zur nächsten eine quasi-simultane Detektion möglich ist. Das Springen vom Maximum einer Masse zum Maximum einer anderen Masse wird als Peak-Hopping bezeichnet. Mit dem Massenspektrometer kann aber auch ein bestimmter Massenbereich kontinuierlich abgefahren werden (Scanning).
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