Fortschrittliche massenspektroskopische Techniken für die Spurenanalyse
Bei der Glimmentladung entsteht ein Plasma eines elektrisch neutralen und hochgradig ionisierten Gases, das aus Ionen, Elektronen und neutralen Teilchen besteht. Es wird normalerweise erzeugt, indem eine Potenzialdifferenz (also eine elektrische Spannung) an zwei Elektroden angelegt wird, die sich in einer gasgefüllten und einem bestimmten Druck stehenden Zelle befinden. Die Potentialdifferenz beschleunigt die von der Katode emittierten Elektroden, die mit Gasatomen und Molekülen kollidieren können, wobei im Wesentlichen energetisch angeregte Teilchen entstehen. Beim Abklingen der Anregung dieser Teilchen wird Licht ausgestrahlt, weshalb dieser Vorgang als Glimmentladung bezeichnet wird. Die verschiedenen Kollisionsprozesse, die im Plasma stattfinden, führen zum Entstehen unterschiedlicher Arten von Teilchen, so z.B. von Elektronen, Atomen, Molekülen, Radikalen und Ionen. Diese Teilchen, die miteinander in ständiger Wechselwirkung stehen, bilden ein hoch kompliziertes Gasgemisch, das Glimmentladungs-Plasma. Um diesen Wechselwirkungen auf die Spur zu kommen, hat sich ein belgisches Forschungszentrum intensiv mit der Theorie des Glimmentladungs-Plasmas beschäftigt und exakte numerische Abschätzungen zur Temperatur des Hochfrequenz-Plasmagases erarbeitet. Diese Studie lieferte das nötige Basiswissen für die Untersuchung von Möglichkeiten zur Entwicklung unterschiedlicher Ionenquellen für die Glimmentladung. Für unterschiedliche Zwecke entwickelten die Forscher verschiedene Varianten zur Erzeugung von Glimmentladungs-Plasmen, darunter eine Direktstrom-Glimmentladung für die massive Analyse von nicht leitfähigen Proben. Daneben konnte eine zusätzliche Hochfrequenz-Glimmentladungs-Ionenquelle für die massenspektrometrische Analyse genutzt werden, die zahlreiche Möglichkeiten zur Verbesserung des empfangenen Signals bietet. Als ebenfalls einsetzbar erwies sich eine verbesserte planare Hochfrequenz-Magnetronquelle, und zwar für die Optimierung der analytischen Möglichkeiten der Spurenanalyse an Glas- und Keramikwerkstoffen. Von der spektrochemischen Spurenanalyse an Materialien in der analytischen Chemie einmal abgesehen, liegen die wichtigsten Anwendungen der Glimmentladung in der Mikroelektronik und in den werkstofftechnologischen Wissenschaften. Das Verfahren kann aber auch in der Leuchtmittelindustrie (etwa für Neonschilder), in Gaslasern und in Plasma-Flachdisplays (beispielsweise für Fernseh-Großbildschirme) genutzt werden. Vor allem aber bietet es sich für umwelttechnische Anwendungen an, insbesondere solche zur Umwelt-Fernüberwachung. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Infrarot-Leuchtdioden (IR-LEDs) mit besonders hohem Wirkungsgrad. Diese könnten zur Fernerfassung von zündfähigen Konzentrationen flüchtiger organischer Gase über Lichtleitfasern mit Kabellängen von bis zu 2x1km eingesetzt werden.