Massenspektrometrische Untersuchung metastabiler Zerfälle

Im Rahmen des Charlotte Bühler Habilitationsstipendiums sollen mit Hilfe eines Dreisektorfeldmassenspektrometers Zerfallsreaktionen von Molekül- und Clusterionen zeitaufgelöst untersucht werden. Insbesondere werden die entstandenen Fragmentionen in Bezug auf Masse, Ladung und kinetische Energie analysiert. Die mit hoher Energieauflösung gemessenen Zerfallsenergieverteilungen bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen. Für kleine Moleküle wie etwa Edelgasdimere können spezielle Übergänge im Ion identifiziert werden, sofern ausreichend genaue Potentialkurven verfügbar sind. Die hier verwendete Methode der Identifizierung von Übergängen im angeregten Molekülion mittels Massenspektrometer stellt eine Alternative zu den sonst üblichen spektroskopischen Möglichkeiten dar und erlaubt somit eine unabhängige Überprüfung berechneter Potentialkurven. Es ist interessant anzumerken, dass selbst sehr kleine Unterschiede in berechneten Potentialkurven zu stark unterschiedlichen Zerfallsenergieverteilungen führen und man daher die Potentialkurven auf wenige meV genau festlegen kann. Für Argon- und Neondimere konnten sowohl die experimentellen Untersuchungen als auch die Berechnungen der Übergangswahrscheinlichkeiten und resultierenden Zerfallsenergieverteilungen erfolgreich abgeschlossen werden, wohingegen für Xenon- und Kryptondimere sowohl an einer genaueren Messung als auch einer Interpretation dieser Daten gearbeitet wird. Zusätzlich wollen wir auch die Stabilität von größeren Clusterionen untersuchen, da wir aufgrund der hohen Massen- und Energieauflösung bei der Selektion der Mutterionen (Selektion mittels magnetischem und elektrostatischem Sektorfeldes) jetzt auch Systeme erforschen können, die mehrere natürlich vorkommende Isotope besitzen, wie z.B. Neon- oder Kryptoncluster. Hier können wir durch Messung der Zerfallsenergieverteilungen und Anwenden von statistischen Theorien die Bindungsenergien der zerfallenden Systeme bestimmen. Es hat sich zum Beispiel im Falle von C60, einem sehr speziellen Kohlenstoffcluster, gezeigt, dass viele bisher offene Fragen beantwortet werden können, wenn eine Isotopentrennung der Mutterionen möglich ist. Auch einige wichtige Biomoleküle, unter anderen Uracil, sollen mit dem neuen experimentellen Aufbau erforscht werden. Durch die Möglichkeit der zeitaufgelösten Messung, d.h. wir können dieselbe Reaktion zu verschiedenen Zeiten beobachten, gewinnt man Einblick in die Stabilität des Moleküls und kann feststellen, wie schnell nach einem Elektronenstoß sich welche Fragmente bilden und auch welche Energie diese Fragmente aufweisen. Die Information über die entstandenen Energieverteilungen kann genutzt werden um die Folgeschäden durch Fragmente im Gewebe abzuschätzen.