Fundamentale Charakterisierung miniaturisierter, fensterloser Funkenentladungslampen für die Atmosphärendruck-Ionisationsmassenspektrometrie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Erfolgreich wurden verschiedene Hochdruck- bis Grobvakuumplasmen (Funkenentladung, laserinduzierte Entladung, elektronenstrahlinduzierte Entladung) hinsichtlich ihrer spektralen Emissionen im VUV und UV-NIR (40 – 1200 nm) in Abhängigkeit der Gaszusammensetzungen und des Druckes vermessen. Insbesondere standen die Eigenschaften der im Antrag beschriebenen Funkenentladung im Vordergrund, deren Messergebnisse in einer öffentlich zugänglichen Spektrendatenbank (https://plasma.ipams.uni-wuppertal.de/) hinterlegt sind. Diese wird nachhaltig über die Projektphase hinaus mit neuen Messungen ausgebaut. Auffälligkeiten im Vergleich der VUV und UV-NIR Emissionen ergaben sich z.B. bei den Heliumplasmen, die bezüglich ihrer Emissionsstärke eine umgekehrte Proportionalität zeigten. Beimengungen zu Helium von Zusatzgasen bis zu vier Volumenprozent ergaben eine vollständige Quenchung der Heliumdimerenemission bei 81 nm zu Gunsten der jeweiligen atomaren VUV Übergänge der beigemischten Spezies. Zusätzlich fand eine vollständige Suppression sämtlicher Verunreinigungsemissionen statt, so dass ein sauberes, atomares VUV Spektrum des Zusatzgases erhalten werden konnte. Erfolgreich vermessen wurden zudem zeitaufgelöste Emissions-/ Strom- und Spannungscharakteristika, sowohl bei verschiedenen Drücken als auch Gaszusammensetzungen. Hierdurch konnten wertvolle Einblicke in den zeitlichen Verlauf der Funkenentwicklung und insbesondere der Bildung und Beweglichkeit von Ladungsträgern gegeben werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden z.B. derzeit im Rahmen einer weiteren Masterarbeit in konkrete VUV Lampendesigns für den Einsatz in der Massenspektrometrie umgesetzt. Trotz einiger vielversprechender Ankopplungen führten die geplanten massenspektrometrischen Untersuchungen der Plasmazonen selbst und insbesondere der hier drin gebildeten elektronisch angeregten Spezies bislang nicht zum Erfolg. Die Gründe hierfür sind uns nun weitestgehend bekannt, so dass in naher Zukunft auch hier mit einem Erfolg zu rechnen ist. Dieses Vorhaben initiierte durch seine Außenpräsenz zusätzliche Teilprojekte mit externen Partnern, so z.B. die Laserplasmacharakterisierung. Wir betrachten das Projekt insgesamt als einen großen Erfolg, mit vielen neuen Anknüpfungspunkten, die es für uns im Rahmen des neugegründeten Plasma Research Forschungsgebietes auch in Zukunft zu bearbeiten gilt (http://www.ptc.uniwuppertal.de/en/forschung/plasma-research.html).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Spark discharge VUV lamps for Atmospheric Pressure Ionization – Mass spectrometric investigations of the plasma chemistry. Proceedings of the 61st ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics; Minneapolis, MN, USA (2013)
Barnes, I.; Klopotowski, S.; Brockmann, K.J.; Kersten, H.; Benter, T.
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Measurements of electronically excited noble gas species radiating in the far VUV. Proceedings of the 62nd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics; Baltimore, MD, USA (2014)
Barnes, I.; Klopotowski, S.; Kroll, K.; Kersten, H.; Benter, T.
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Spectroscopy of a miniature spark discharge in the range of 40 - 1200 nm. 22nd International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC); Antwerpen, Belgium (2015)
Kersten, H.; Winkelmann, S.; Klopotowski, S.; Benter, T.
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Spectroscopy of a windowless, electronbeam-pumped excimer lamp (EBEL) in the VUV spectral region of 50 – 200 nm. Proceedings of the 63rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics; St. Louis, MO, USA (2015)
Winkelmann, S.; Klopotowski, S.; Kersten, H.; Benter, T.
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Development and characterization of an airborne laser-spark ion source for ambient desorption / ionization mass spectrometry.21st International Mass Spectrometry Conference (IMSC); Toronto, ON, Canada (2016)
Bierstedt, A.; Bräkling, S.; Rieger, J.; Kersten, H.; Glaus, R.; Gornushkin, I.; Riedel, J.
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Laser induced Plasma ion source for ambient mass spectrometry. 49th DGMS; Hamburg, Germany (2016)
Bierstedt, A.; Kersten, H.; Glaus, R.; Gornushkin, I.; Riedel, J.
