Quadrupol-Massenspektrometer
Geräte zur Analyse von Gaszusammensetzungen

Die Massenspektrometrie ist ein weit verbreitetes Analyseverfahren zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Substanzen. Unsere Geräte zur (Rest-) Gasanalyse haben alle das gleiche Herzstück: Ein Quadrupol-Massenspektrometer (QMS).
Hauptbestandteile
Detektoren
Je nach Betriebsdruck kommen unterschiedliche Detektoren zum Einsatz: Der Faraday-Detektor (F) arbeitet bei höherem Druck als der kombinierte Faraday/C-SEM-Detektor (M), für den niedriger Druck benötigt wird. Dieser Unterschied hat allerdings auch Einfluss auf die Nachweisgrenzen. Die genauen Werte hängen auch von der Verweilzeit und der verwendeten Ionenquelle ab.
Konfigurierbare RGA-Systeme
Jede Prüfaufgabe ist einzigartig. Neben unseren Standardlösungen OmniStar und ThermoStar nutzen unsere Experten das gesamte Pfeiffer Produktsortiment, um ein auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittenes System zu konfigurieren. Ein Beispiel ist unser Restgasanalysesystem OmniGrade zur Reinheitsprüfung.
Hardwareanschluss
Für die Integration unserer Geräte stehen folgende Hardwareanschlüsse zur Verfügung:
- PrismaPro: DN 40 CF Flansch
- HiQuad Neo: DN 63 CF Flansch
- OmniStar und ThermoStar: Kapillarschlauch oder passender Adapter (1/4" / DN 16 ISO-KF)
Software und Schnittstellen (Ethernet)
Die Software PV Mass Spec ist einfach zu bedienen und im Lieferumfang des Geräts enthalten. Updates sind online verfügbar. Unsere Massenspektrometer bieten außerdem verschiedene Schnittstellen für die direkte Kommunikation mit einer SPS.
Die passenden Massenspektrometer für verschiedene Anwendungen

Definieren Sie vor der Auswahl der Ausrüstung daher klar die Analyseaufgabe und das Ziel, das Sie erreichen möchten. Beachten Sie dabei folgende Punkte:
Messgeschwindigkeit
Die Messgeschwindigkeit kann je nach Analyseaufgabe angepasst werden. Zum Beispiel reicht sie beim PrismaPro von mindestens 1 ms bis maximal 16 s. Die Messgeschwindigkeit hat Auswirkungen auf den Anteil des Rauschens – sowohl des Signals als auch des Untergrunds.
Auflösung
Die Auflösung kann je nach Anwendungsgebiet vor allem über die Software angepasst werden. Sie beeinflusst Trennung und Signalhöhe. Üblicherweise wird eine Einheitsauflösung verwendet.
Zu detektierende Massen
Bestimmen Sie, welche Massen für Ihre Anwendung erforderlich sind. Wählen Sie den kleinsten geeigneten Massenbereich, um eine bessere Empfindlichkeit (Signal) zu gewährleisten.
Nachweisgrenze
Die Nachweisgrenze wird durch die Empfindlichkeit und die Peaküberlagerung beeinflusst. Die Empfindlichkeit variiert zudem je nach verwendetem Detektor (Faraday vs. Faraday/SEM).
FAQ
Welche Typen von Massenspektrometern gibt es?
Der Hauptunterschied zwischen den verschiedenen Massenspektrometern liegt im Trennsystem. Entsprechend wird zwischen folgenden Typen unterschieden:
- Sektorfeldgeräte nutzen die Ablenkwirkung eines Magnetfelds auf bewegte Ladungsträger.
- Beim Flugzeit-Massenspektrometer (TOF = time of flight) wird die unterschiedliche Geschwindigkeit der Teilchen bei gleicher Energie zur Trennung genutzt.
- Bei Ionenfallen werden die Flugbahnen der Teilchen durch ein Hochfrequenzfeld beeinflusst.
- Quadrupol-Massenspektrometer (QMS) nutzen die Resonanz bewegter Ionen in einem Hochfrequenzfeld aus (ähnlich wie bei Ionenfallen).
Wie funktioniert ein Massenspektrometer?
- Durch das Einlasssystem werden die zu analysierenden Gase, beispielsweise über Kapillaren oder ein Dosierventil, in die Kammer eingeleitet und mit dem Vakuumsystem auf Betriebsdruck evakuiert.
- Zuvor neutrale Gasmoleküle werden durch Beschuss mit Elektronen über die Ionenquelle ionisiert und im Massenfilter (Quadrupol-Stabsystem) entsprechend dem Masse-Ladungsverhältnis (m/z) getrennt.
- Hinter dem Trennsystem misst ein Detektor den Ionenstrom. Der Ionenstrom ist ein Maß für den Partialdruck der jeweiligen Gaskomponente oder von in der Ionenquelle erzeugten Bruchstücken der gleichen Masse.
- Die Ionenquelle, der Massenfilter und der Detektor bilden zusammen den eigentlichen Analysator.
- Es wird immer nur ein Massenbereich pro Zeitintervall betrachtet, das heißt, verschiedene Massen werden nacheinander und nicht gleichzeitig analysiert.
Wie funktioniert das Stabsystem beim QMS?
Vier parallele, in einem Quadrat angeordnete Stäbe bilden das Filtersystem. Dazwischen liegt ein Kreis mit dem sogenannten Feldradius r0. Zwei gegenüberliegende Stäbe sind miteinander verbunden, wobei ein Paar positiv und das andere negativ geladen ist. Zwischen den beiden Stabpaaren wird eine elektrische Spannung angelegt, die aus einer Gleichspannungs- und einer Wechselspannungskomponente besteht. Dadurch entsteht die Quadrupol-Ablenkspannung Uquad = U + V · cos ωt. Ionen unterschiedlicher Massen werden mit ungefähr gleicher Energie axial in das Stabsystem geschossen. Das Quadrupolfeld lenkt die Ionen in x- und y-Richtung ab und filtert sie so nach Masse. Nur wenn die Ablenkung geringer als r0 ist, gelangen die Ionen zum Detektor. Dies ist im Video deutlich zu sehen:
Welches Massenspektrometer eignet sich für meine Anwendung?
Massenspektrometer, auch kurz RGA genannt, bestimmen Partialdrücke, während Vakuummessröhren zur Messung des Totaldrucks verwendet werden. Es ist ausschließlich die Messung von Gasen möglich. Dies umfasst auch die Analyse fester oder flüssiger Substanzen nach der Verdampfung.
Wichtige Entscheidungskriterien für die Geräteauswahl sind:
- Der Druckbereich und die entsprechende Auslegung
- Analytische Leistung, einschließlich zu detektierender Massen, Auflösung, Nachweisgrenze, Messgeschwindigkeit
Wie kann ich das PrismaPro schnell einrichten?
Anleitung zur Schnelleinrichtung
Entdecken Sie das PrismaPro Massenspektrometer mit unserer Anleitung zur Schnelleinrichtung. Diese Anleitung enthält klare und genaue Anweisungen, mit denen Sie Ihr PrismaPro schnell in Betrieb nehmen können. Mit Schritt-für-Schritt-Vorgaben lernen Sie, wie Sie das Gerät effizient anschließen, konfigurieren und bedienen. Das PrismaPro wurde für hohe Empfindlichkeit und schnelle Messraten entwickelt und eignet sich damit ideal für Anwendungen wie die Lecksuche und Gasanalyse. Erweitern Sie Ihre analytischen Möglichkeiten mithilfe der Anleitung zur Schnelleinrichtung des PrismaPro.Welchen Einfluss hat der Druckbereich auf die Bauweise eines Vakuumsystems?
Die Gase werden in einer auf niedrigen Druck evakuierten Kammer durch Ionisierung der Elektronen für die Analyse vorbereitet. Die so erzeugten Ionen werden in einem Massenfilter entsprechend ihrem Masse-Ladungsverhältnis getrennt. Hochvakuum ist für diese Prozesse zwingend erforderlich. Dementsprechend bestimmt der Druckbereich, in dem das Gas analysiert werden soll, in der Regel auch die Auslegung.
Bauweise
Für die Restgasanalyse im Vakuumsystem sind in der Regel keine zusätzlichen Pumpen erforderlich, um den Druck auf < 5 ∙ 10−4 mbar zu reduzieren. Daher kommen sogenannte Stand-Alone-Komponenten zum Einsatz, die im Wesentlichen aus dem Massenspektrometer selbst bestehen. Komplettsysteme werden verwendet, wenn der für die Analyse erforderliche, vorliegende Gasdruck durch Pumpen über ein Gaseinlasssystem weiter reduziert werden muss.Anwendungsbereiche
Liegt bereits niedriger Druck und damit molekulare Strömung vor, muss der Druck je nach erforderlicher Genauigkeit möglicherweise gar nicht weiter reduziert werden. Dies wird als Restgasanalyse im Vakuumsystem bezeichnet. Liegt das zu untersuchende Gas zum Beispiel bei Atmosphärendruck vor, sind Komponenten zur Druckreduzierung erforderlich. Dann spricht man vonGasanalyse bei Atmosphärendruck.
Handelt es sich bei den Massenspektrometern um fertige Komplettlösungen oder Einzelgeräte?
In der Praxis werden verschiedene Komponenten zum Erfüllen unterschiedlicher Messaufgaben ausgewählt. Von fertigen Komplettlösungen wie dem OmniStar bis hin zu Einzelgeräten wie dem kompakten Quadrupol-Massenspektrometer PrismaPro: Es gibt für jede Anwendung die passende Lösung.