Page - 5 - in Strukturaufklärung durch Mobilitätsmessungen an massenselektierten Clusterionen in der Gasphase

2. Theoretische Grundlagen Das in Kapitel 3 beschriebene Experiment dient zur Strukturaufkla¨rung von gelade- nen Clustern. Mit den Messungen kann man den experimentellen Querschnitt der Cluster mit Edelgasen (hier: Helium) bestimmen und diesen mit berechneten Stoß- querschnitten, die die verschiedenen Strukturen besitzen, vergleichen. Um diesen Stoßquerschnitt der Ionen bestimmen zu ko¨nnen, beno¨tigt man einen Zusammen- hang zwischen der experimentell gemessenen Flugzeit der Ionenmobilita¨t und dem Stoßquerschnitt. Dazu werden an der Driftzelle verschiedene elektrische Spannungen angelegten und der Druck in der Zelle mo¨glichst konstant gehalten. Dies ist in McDa- niel und Mason [5] ausfu¨hrlich gezeigt. Im Folgenden werden vektorielle Gro¨ßen ohne Vektorpfeil dargestellt, da dies u¨bersichtlicher ist. 2.1. Die Ionenmobilia¨t Die Ionen, deren Stoßquerschnitt man bestimmen will, werden durch eine Driftzelle (Abb. 2.1) der La¨ngeL (es wurden drei verschiedene Zellen verwendet, die folgende Abmessungen besitzen: Zelle 0:104,5mm, Zelle 1:124,0mm und Zelle 2:138,0mm), in der ein homogenes, axiales, elektrisches FeldE vorherrscht, geschickt: E= Ud L . (2.1) Es liegt eine Potentialdifferenz an den Elektroden an (Ud). Dieses Feld beschleunigt die Ionen (Ladung q) mit der Kraft:F= q·E. In der Zelle befindet sich ein Puffergas (siehe Abb. 2.1), ohne dieses Gas in der Zelle wu¨rden die Ionen folgende potentielle Energie erhalten: Ud ·q= |E| ·L ·q= 12mv2. Man muss jedoch das Puffergas beru¨cksichtigen, so dass es zu Kollisionen zwischen Ionen und Puffergas kommt. Dieser geschwindigkeitsabha¨ngige Stoßprozess wirkt der 5