Seite - 1 - in Strukturaufklärung durch Mobilitätsmessungen an massenselektierten Clusterionen in der Gasphase

1. Einleitung Die Cluster-Physik und -Chemie bescha¨ftigen sich mit den Eigenschaften von Atom- verbu¨nden im Gro¨ßenbereich zwischen einzelnen Atomen und dem Festko¨rper, ins- besondere strukturelle und spektroskopische Eigenschaften. Wa¨hrend Strukturunter- suchungen im Grenzfall des Festko¨rpers seit la¨ngerem etabliert sind [1–4], erfordert die hohe Reaktivita¨t von Clustern aufwa¨ndigere Experimente, die daher erst in den letzten Jahrzehnten entwickelt wurden. Diese werden in der Regel in inerten Ma- trizen oder in der Gasphase unter (Ultra-)Hochvakuumbedingungen durchgefu¨hrt. Bei Gasphasen-Messungen werden dabei jegliche Wechselwirkungen mit Oberfla¨- chen oder Lo¨sungsmitteln vermieden; sie liefern somit intrinsische Eigenschaften der jeweiligen Spezies. Zur Untersuchung elektrisch geladener Teilchen hat sich die Mas- senspektrometrie als Standardmethode etabliert. Sie trennt die Cluster nach ihrem Masse-zu-Ladungsverha¨ltnis und erlaubt in Kombination mit anderen Methoden die Bestimmung spektroskopischer Eigenschaften. In der Regel ist dabei eine Differen- zierung struktureller Isomere nicht mo¨glich. Mason und McDaniel [5] entwickelten den theoretischen Hintergrund der Ionen- mobilita¨t, die die Trennung von Strukturisomeren in der Gasphase ermo¨glicht. Die Methode basiert auf der Streuung molekularer Ionen an einem inerten Stoßgas im homogenen elektrischen Feld der Driftzelle. Dabei stellt sich eine konstante Drift- geschwindigkeit der Ionen ein, die die Mobilita¨t und damit den Stoßquerschnitt der Teilchen reflektiert (Abb. 1.1). Diese ko¨nnen durch Vergleich mit Querschnitten von Test-Geometrien aus theoretisch-quantenchemischen Rechnungen zur Strukturbe- stimmung herangezogen werden. Neben der Strukturbestimmung atomarer Cluster wurde die Ionenmobilita¨t auch zur Charakterisierung der Gro¨ßenverteilung von Ae- rosolteilchen verwendet [6–8]. Da die Methode in ihrer Natur ein Streuexperiment ist, erlaubt sie daru¨ber hinaus die Charakterisierung der Wechselwirkungen der be- teiligten Ionen und des (neutralen) Stoßgases. Kemper und Bowers verwendeten Ionenmobilita¨tsmessungen 1991 zur Bestimmung der Spin-Multiplizita¨ten einfach geladener Kationen der ersten Periode der Nebengruppenelemente. Dabei gelang die Unterscheidung der Dublett und Quartett-Zusta¨nde in Ti+ [9]. Die in den Grup- pen von Jarrold und Bowers entwickelte Methode zur Berechnung geometrischer Stoßquerschnitte von Test-Geometrien erlaubt die Bestimmung atomar aufgelo¨ster Clusterstrukturen durch Ionenmobilita¨ts-Messungen [10–12]. 1