Entwicklung eines planar integrierten Mikromassenspektrometers (PIMMS)

Massenspektrometer gehören zu den genauesten Analysesystemen in der Umweltmesstechnik. Bisher realisierte Geräte sind sehr teuer und voluminös und werden deshalb nur dort eingesetzt, wo sich keine alternativen Methoden anbieten.

Ziel des Projektes ist die Dimensionierung, Realisierung und Charakterisierung eines planar integrierten Mikromassenspektrometers, in das alle für seine Funktion notwendigen Teilsysteme integriert sind. Im Einzelnen sind dies die Mikrowellen-Plasma-Elektronenquelle, die Ionisationskammer, die Ionenoptik, der Massenseparator, der Energiefilter sowie ein Elektronenvervielfacher (MCP) mit einem nachgeschalteten Detektor. Die in den Teilsystemen erforderlichen unterschiedlichen Drücke werden durch Elektrodenanordnungen, die als Druckblenden fungieren, in Verbindung mit definierten Kapillarzuführungen realisiert.

Da das Gesamtsystem nur Dimensionen von 1 cm² aufweist, kann es in ein hermetisch dichtes Gehäuse - ähnlich denen für integriert optische Systeme - integriert werden, das auf einen Druck von 1 Pa evakuiert wird.

Das beschriebene Massenspektrometer in Mikrosystemtechnik kann sich sowohl zum mobilen Einsatz als auch zur kontinuierlichen Prozessüberwachung eignen. Es ist nicht nur sehr klein, sondern durch Massenproduktion auch um Größenordnungen günstiger als herkömmliche Geräte.

Kontakt:

Dipl.-Phys. Maria Reinhardt

Regulo Miguel Ramirez Wong, M. Sc.

Dipl.-Ing Gregor Quiring

Dipl.-Ing. Henning Wehrs

Förderung:

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzepts »Forschung für die Produktion von morgen« unter dem Förderkennzeichen 02PC2100 gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe (PTKA), Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PFT), betreut.

Veröffentlichungen:

• J.-P. Hauschild, E. Wapelhorst, J. Müller Mass spectra measured by a fully integrated MEMS mass spectrometer International Journal of Mass Spectrometry Vol. 264, Page 53-60, Elsevier 2007 http://dx.doi.org/10.1016/j.ijms.2007.03.014
• E. Wapelhorst, J.-P. Hauschild, J. Müller Complex MEMS:A Fully Integrated TOF Micro Mass Spectrometer Sensors and Actuators A: Physical Volume 138, Issue 1, 20 July 2007, Pages 22-27 http://dx.doi.org/10.1016/j.sna.2007.04.041
• E. Wapelhorst, J.-P. Hauschild, J. Müller A MEMS Mass Spectrometer for Portable Applications 13th SENSOR Conference 2007 Nürnberg 22.5. - 24.5.2007 AMA Association for Sensor Technology http://www.sensor-test.com
• J.-P. Hauschild, E. Wapelhorst, J. Müller A Single Chip Mass Spectrometer in MEMS Technology HEMS 2007 Workshop September 17-20, 2007 Cocoa Beach, Florida, USA http://hems-workshop.org
• A.Feustel, J.Müller, V.Relling: A Microsystem Mass-Spectrometer, Micro Total Anal. Syst. Proc. µTas '94 Workshop, 1st(1994) 299
• A.Feustel, V.Relling, J.Schröder, J.Müller: Microsystem Mass-Spectrometer, Proc. Sensor '95 (1995) 465
• P. Siebert, G. Petzold, A. Hellenbart, J.Müller: Miniature mass spectrometer Applied Physics (1998) 155
• E. Wapelhorst, J.-P. Hauschild, J. Müller: A Fully Integrated Micro Mass Spectrometer, 5th Workshop on Harsh Environment Mass Spectrometry (2005) http://hems-workshop.org
• 9.J.-P. Hauschild, E. Wapelhorst, J. Müller, M. Doms: A Fully Integrated Plasma Electron Source for Micro Mass Spectrometers, 9th µTAS 2005, Boston, MA, USA
• 10. J.-P. Hauschild, E. Wapelhorst, J. Müller, M. Doms: Vollständig Integrierte Elektronenquelle für ein Mikromassenspektrometer, Mikrosystemtechnik Kongress 2005, Freiburg
• 11. E. Wapelhorst, J.-P. Hauschild, J. Müller, A Fully Integrated Micro Plasma Electron Source in Silicon AVS 52nd International Symposium 2005 October 30 - November 4, 2005 Boston, Massachusetts, USA
• 12. E. Wapelhorst, J.-P. Hauschild, J. Müller, A Fully Integrated TOF Mass Spectrometer in MEMS Technology 58th Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy Feb. 25. - Mar. 2., 2007 Chicago,Illinois, USA http://www.pittcon.org