Grundlegende Untersuchungen zum Einfluss hoher effektiver Ionentemperaturen auf die Ionenmobilität, Clusterbildung, -dissoziation und deren Dynamik sowie Fragmentierung mittels hochauflösender Hochenergie-Ionenmobilitätsspektrometrie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318063177

Das hier beantragte Vorhaben mit seinen grundlegenden Fragestellungen zum Einfluss hoher effektiver Ionentemperaturen auf die Ionenmobilität, Clusterbildung, -dissoziation und deren Dynamik sowie Fragmentierung ist als konsequente Fortsetzung des Vorhabens (GZ entfernt) gedacht. Zugleich ist die beantragte Fortsetzung eine ausgezeichnete Ergänzung zum laufenden Vorhaben (GZ entfernt)zur ultra-hochauflösenden Ionenmobilitätsspektrometrie, mit der selbst kleinste Unterschiede der Ionenmobilität experimentell erfasst werden können. Aufgrund des in (GZ entfernt)völlig anders konzipierten Ionenmobilitätsspektrometers ist dies allerdings nur bei geringen reduzierten elektrischen Feldstärken kleiner 10 Td möglich. Die in der hier beantragten Fortsetzung geplanten Untersuchungen mit einem Hochenergie-Ionenmobilitätsspektrometer (HiKE-IMS), lassen sich systembedingt in (GZ entfernt) nicht durchführen. (GZ entfernt) konzentriert sich auf komplementäre Untersuchungen zu Monomeren und Dimeren und insbesondere zur Trennbarkeit von Isomeren und Enantiomeren. Im Fokus dieser Fortsetzung stehen dagegen eingehende experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Ionen- und Driftgasmolekülmasse sowie der effektiven Ionentemperatur auf die Ionenmobilität, Clusterbildung, -dissoziation und deren Dynamik sowie Fragmentierung, die nur mit einem HiKE-IMS möglich sind. In diesem Zusammenhang soll auch der Einfluss der absoluten Temperatur und der reduzierten elektrischen Feldstärke auf die Ionenmobilität bei konstanter effektiver Ionentemperatur untersucht werden. Zu klären ist die grundsätzliche Frage, ob trotz konstanter effektiver Ionentemperatur unterschiedliche Ionenmobilitäten resultieren. Weiterhin ist die Ionenmobilität verschiedener Ionen als Funktion der reduzierten elektrischen Feldstärke bei konstanter absoluter Temperatur direkt experimentell zu ermitteln, was ebenfalls nur mit einem HiKE-IMS möglich ist. Diese sogenannten alpha-Funktionen sollen dann mit den aus den Messdaten eines Field Asymmetric Ionenmobilitätsspektrometers (FAIMS) berechneten alpha-Funktionen vergleichen werden, um so die Dynamik von Clusterübergängen aufzuklären. Für alle angedachten experimentellen Untersuchungen sind in der Fortsetzung auch die instrumentellen Voraussetzungen zu schaffen. Auf Basis der Erkenntnisse aus (GZ entfernt) soll daher ein neues HiKE-IMS mit deutlich höherem Auflösungsvermögen bis 200 und einer Temperaturstabilität bis 120 °C konzipiert und aufgebaut werden. Dies umfasst ein neues Driftröhrendesign, eine neue Ionentorsteuerung und eine geregelte Koronaentladungsquelle sowie die höchst anspruchsvolle Entwicklung entsprechender Ansteuerungs- und Regelungselektronik. Für den Vergleich der alpha-Funktionen über einen großen Bereich der reduzierten elektrischen Feldstärke bis 120 Td benötigt das FAIMS aus (GZ entfernt)zudem eine deutlich verbesserte Ansteuerungselektronik, die in dieser Fortsetzung ebenfalls entworfen und aufgebaut werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen