Abstoßende Kraft hält gefangene Ionen zusammen

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Wissenschaftler des Weizmann Instituts in Israel haben herausgefundenen, dass die Abstoßungskraft zwischen gleichartig geladenen Ionen diese nicht etwa auseinander treibt, sondern sie im Gegenteil räumlich eng benachbart lässt, wenn die Ionen in so genannten Ionenfallen eingeschlossen sind. Die überraschende Entdeckung, über die die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachblattes Physical Review Letters berichten, könnte die Herstellung von Massenspektrometern vereinfachen.

Das Team um Daniel Zajfman schloss positiv geladene Ionen in einer 40 Zentimeter langen Röhre ein, deren Enden mit geladenen Elektrodenplatten abgeschlossen waren. Diese Elektroden wirken wie Spiegel für die Ionen, so dass diese sich zwischen ihnen hin und her bewegen. Anfangs benachbarte Ionen verschiedener Masse und Geschwindigkeit erreichen die Spiegel zu verschiedenen Zeiten, was im Laufe der Zeit zu einem Auseinanderlaufen der Ionenbahnen führen sollte.

Wie das israelische Team herausfand, bewirkt die Abstoßung der gleichartig geladenen Ionen am Ort der Elektroden allerdings eine effektiv anziehende Kraft zwischen ihnen. Dadurch bleiben die Ionen länger zusammen und können daher die Röhre viele Male durchlaufen. Ihre Masse kann so in der Mitte der Röhre mittels Ionendetektoren genauestens bestimmt werden – ideal für den Einsatz dieses Prinzips in Massenspektrometern. Die einfach gebauten Röhren könnten daher schon bald um ein Tausendfaches teurere herkömmliche Massenspektrometer ersetzen.

Ionen unterschiedlicher Masse werden von elektrischen Feldern verschieden stark abgelenkt – dies ist das Grundprinzip von Massenspektrometern, welche die Ionen nach ihrer Masse ordnen. Um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, sollten die Ionen idealerweise über lange Zeit elektrischen Feldern ausgesetzt sein, was allerdings durch die gegenseitige Abstoßung gleichartig geladener Ionen verhindert wird – die Bahnen bewegen sich so stark auseinander, dass einige Ionen schlicht auf die Wände des Massenspektrometers prallen. Das neue Prinzip, welches die effektive Anziehung gleichartiger Ionen auf Elektrodenspiegeln ausnutzt, umgeht diese Schwierigkeit in geschickter Weise.

Stefan Maier

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