Experimentelle Untersuchung zur Ionenbildung und Ionenmanipulation bei hohen reduzierten elektrischen Feldstärken

Im Rahmen dieser Dissertation wird ein am Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Messtechnik der Leibniz Universität Hannover entwickeltes Hochenergie-Ionenmobilitätsspektrometer (HiKE-IMS) eingehend von den wissenschaftlichen Grundlagen bis hin zur Anwendung erforscht. HiKE-IMS arbeiten bei einem reduzierten Druck von 10 bis 40 mbar, was hohe reduzierte elektrische Feldstärken von bis zu 120 Td im Reaktions- und Driftbereich ermöglicht und so zu einer hohen kinetischen Energie der Ionen führt und sowohl die Ionenbildung als auch deren Trennung beeinflusst. Um ein umfassendes Verständnis der relevanten feldabhängigen Effekte der Ionenbildung und -trennung in HiKE-IMS zu erlangen, werden in dieser Arbeit Studien zum Einfluss der reduzierten Feldstärke durchgeführt. Dies schließt Untersuchungen der relevanten Ion-Molekül-Reaktionen mit verschiedenen Reaktantionenspezies sowie die Fragmentierung der Ionenspezies ein. Die Ergebnisse zeigen, dass HiKE-IMS vor allem durch die reduzierte Feldstärke eine präzise Kontrolle der gebildeten Ionenspezies ermöglichen. Darüber hinaus wurde eine neue Ionenquelle entwickelt, die umfassende Untersuchungen der relevanten Ion-Molekül-Reaktionen bei verschiedenen effektiven Temperatur ermöglicht, einschließlich der Ermittlung von Reaktionsratenkoeffizienten. Machbarkeitsstudien zum Einsatz von HiKE-IMS bei der Detektion von Vorläuferstoffen für synthetische Drogen, Sprengstoffen und chemischen Kampfstoffen demonstrieren zudem, dass HiKE-IMS die „Low-Field“-Ionenmobilität mit der teils signifikanten alpha-Funktion und für viele Analyten mit einem Fragmentierungsmuster vorteilhaft vereinen, um insbesondere falsch positive, aber auch falsche negative Alarme zu minimieren und eine deutlich zuverlässigere Detektion zu ermöglichen.