Fourier-Transform-Massenspektrometrie

Fourier-Transform-Massenspektrometrie (FTMS) wurde in den späten 70er Jahren entwickelt und basiert auf einem Cyclotron, in dem die Ionen kreisen. FTMS-Geräte bieten eine hervorragende Auflösung, eine hohe Empfindlichkeit und ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis. Allerdings sind FTMS-Geräte relativ teuer.

Die Funktion des Cyclotron lässt sich wie folgt beschreiben: Wenn ein geladenes Teilchen in ein Magnetfeld gerät, bewegt es sich - bedingt durch die Lorentz-Kraft - auf einer Kreisbahn, deren Ebene normal auf die Feldrichtung des Magnetfeldes steht. Die Winkelgeschwindigkeit des Ions auf der Kreisbahn ist definiert durch dessen Ladung z, die Masse m und die Stärke des Magnetfeldes B:

m Masse des Teilchens z Ladung des Teilchens B Magnetfeldstärke v Geschwindigkeit des Teilchens r Radius der Teilchenbahn ωC Winkelgeschwindigkeit

Aus der Winkelgeschwindigkeit des Ions folgt unmittelbar die Umlauffrequenz. Strahlt man nun ein elektrisches Wechselfeld ein, dessen Frequenz der Umlauffrequenz des Ions entspricht, so nimmt das Ion Energie aus dem Feld auf und vergrößert seine Geschwindigkeit v. Da aber die Winkelgeschwindigkeit ω_c konstant sein muss (B, z, und m ändern sich ja nicht), muss mit zunehmender Energie des Ions dessen Bahnradius steigen.

Nehmen wir nun an, wir erzeugen eine bunte Mischung von Ionen, die jeweils aufgrund der unterschiedlichen Masse auf unterschiedlichen Bahnen mit unterschiedlichen Umlauffrequenzen im Magnetfeld kreisen. Strahlt man nun in dieses Gemisch ein elektrisches Wechselfeld mit einer bestimmten Frequenz ein, so werden jene Teilchen deren Umlauffrequenz der Frequenz des Wechselfeldes entsprechen, Energie aufnehmen und in einer Spiralbahn nach außen fliegen; und zwar so lange das Wechselfeld anliegt. Nach dem Wegschalten des Wechselfeldes werden diese Teilchen dann wieder eine stabile Bahn (aber mit größerem Durchmesser) einnehmen. Diese induzieren in Messelektroden ein entsprechendes Signal, aus dem sich durch Fouriertransformation das Massenspektrum berechnen lässt.

Man kann nun dieses Verfahren erweitern und statt eines Wechselfeldimpulses (ca. 5 ms) mit konstanter Frequenz, einen Impuls mit linear ansteigender Frequenz einstrahlen. Dadurch erreicht man, dass innerhalb des Impulses nacheinander alle Massen jeweils Energie aufnehmen und durch die Messelektroden detektiert werden. Damit werden praktisch gleichzeitig (innerhalb eines Impulses) alle Massen registriert.