Quadrupol-Massenspektrometer finden heute in der Prozessanalytik zum überwiegenden Teil bei der Analyse gasförmiger oder leicht verdampfbarer Prozessströme Anwendung. Flüssige oder feste Proben sind für die Online-Massenspektrometrie nur schwer zugänglich.
Da der eigentliche Messvorgang (Ionisierung der Probe, Trennung und Nachweis der Ionen) im Hochvakuum bei etwa 0,00001 bis 0,000001 mbar stattfindet, kommt dem Einlass-System die erste wichtige Aufgabe im Messablauf zu. Die Probe muss kontinuierlich und unter Druckreduktion bis in den Vakuumbereich der Ionenquelle gebracht werden.
Dafür werden je nach dem vorliegenden Druck an der Probennahmestelle verschiedene Anordnungen aus Blenden und Kapillaren mit Bohrungen und Innendurchmessern im Mikrometerbereich verwendet. Deshalb muss das Messgas gut gereinigt und gefiltert sein.
Der Probenverbrauch ist generell für die Massenspektrometrie sehr gering. Meist werden nur wenige ml/min Volumenstrom (Normbedingungen) für den eigentlichen Messprozess verbraucht. Ein weitaus größerer Volumenstrom wird für den raschen Transport des Probengases von der Entnahmestelle bis zum Analysengerät benötigt, um eine schnelle Ansprechzeit zu ermöglichen. Hier hängt viel von der richtigen Dimensionierung der Probennahmeleitung und der Art der Messgasaufbereitung ab. Totzeiten von nur wenigen Sekunden und Ansprechzeiten unter einer Sekunde sind so auch bei einigen Metern Leitungslänge kein Problem.
Die Massenspektrometrie ist eine molekulare Bestimmungsmethode. Das Gasgemisch wird unter Vakuumbedingungen in der Ionenquelle ionisiert und die gebildeten Ionen (geladene Atome, Moleküle und Molekülfragmente) können dann durch das Quadrupoltrennsystem nach ihrer Teilchenmasse sortiert werden. In Bruchteilen von Sekunden können dann die Zielkomponenten der Reihe nach am Detektor nachgewiesen werden.
So liefert z.B. die quantitative Bestimmung eines Gasgemisches, das sechs verschiedene Komponenten enthält, im Sekundentakt Konzentrationswerte für alle Komponenten. Dieses hohe zeitliche Auflösungsvermögen zählt zu den besonderen Stärken der Quadrupol-Massenspektrometer.
Da in der Ionenquelle nahezu alle Bestandteile der Gasmischung ionisiert werden können, ist die Anwendbarkeit der Methode universell. So sind z.B. die inerten Gase Stickstoff, Argon und Helium problemlos bestimmbar, für die es sonst kaum andere direkte Bestimmungsverfahren gibt.
Die Ionisation der Moleküle findet in der Ionenquelle unter Vakuumbedingungen statt, bei denen die gegenseitige Beeinflussung der gebildeten Ionen praktisch zu vernachlässigen ist. Das hat zur Folge, dass man die Hauptkomponenten (bis zu 100 Prozent) und die Nebenkomponenten (bis zu sub-ppm-Anteilen) gleichzeitig nebeneinander bestimmen kann. Eine schnelle Detektorelektronik sorgt dafür, dass die Ionensignale über weite Bereiche (acht bis neun Größenordnungen) sicher erfasst werden können.
Grenzen sind dem Verfahren nur dann gesetzt, wenn sich bei komplexen Gasgemischen ungünstige Überlagerungen von Molekül- und Fragmentmassen ergeben. Unter diesen Umständen kann entweder der erreichbare Nachweisbereich eingeschränkt sein oder die Bestimmung einzelner Komponenten erfolgt zusammengefasst in Gruppen.
Vergleich der Zeitfenster für das Vorliegen der Messergebnisse
im Prozessleitsystem gerechnet ab Probenahme
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