TOF-MS Stosswellenrohr
Ziel
In Stoßwellenrohren wird die Geschwindigkeit schneller Gasphasenreaktionen untersucht. Eine Stoßwelle, die durch eine Gasexpansion hervorgerufen wird, heizt das reaktive Gasgemisch innerhalb von Mikrosekunden auf Temperaturen von bis zu einigen tausend Kelvin auf und die nachfolgenden Reaktionen werden mit einem schnell repetierenden Flugzeitmassenspektrometer beobachtet. Das TOF/MS-Stoßwellenrohr des IVG ermöglicht die Untersuchung insbesondere solcher Reaktionssysteme, zu denen kein Zugang durch optische Spektroskopie besteht. Von Interesse ist die Untersuchung komplexer Reaktionssysteme; z.B. die Bildung von Nanopartikeln aus den entsprechenden Prekursoren. Die ermittelten Daten unterstützen die theoretische Beschreibung und Modellierung des Partikelbildungsprozesses, so dass neue Materialien gezielt synthetisiert werden können.
Verfahren
Das Stoßwellenrohr hat eine Gesamtlänge von 9,0 m und einen Innendurchmesser von 80 mm. Es ist durch eine Aluminiummembran (Dicke bis 0,1 mm) in Hochdruck- (2,75 m) und Untersuchungssektion (6,25 m) unterteilt. Die reaktiven Gase werden in einem Edelstahltank gemischt und in die Untersuchungssektion eingefüllt. Die Hochdrucksektion wird mit He oder H2 bis zum Bersten der Membran befüllt. Zur Untersuchung schwerflüchtiger Stoffe (z.B. metallorganische Partikel-Prekursoren) kann die Anlage bis 150°C beheizt werden. Drucksensoren beobachten die Stoßwellengeschwindigkeit. Zur Aufklärung komplexer Reaktionsmechanismen steht ein schnell repetierendes Flugzeit-Massenspektrometer zur Verfügung. Mit diesem können Konzentrations-Zeit-Profile mehrerer Spezies simultan bestimmt werden. Gasproben können über ein GC/MS System (Gaschromatograph / Massenspektrometer) analysiert werden. Vergleichbare Anlagen gibt es nur in zwei weiteren Labors weltweit.