Thermionenmassenspektrometer (TIMS)

Das TRITON-Thermionen-Massenspektrometer wird gegenwärtig zur Isotopenanalyse der Elemente Rubidium, Strontium, Samarium, Neodym, Uran und Blei genutzt Quelle: BGR

Mit dem Thermionenmassenspektrometer TRITON werden die aus den Untersuchungsmaterialien separierten hochreinen Elementfraktionen auf ihre Isotopenzusammensetzung hin analysiert.

Dazu wird die Probe in einem sehr kleinen Tropfen (ca. 1μl ) Wasser oder verdünnter Säure gelöst und dann auf einen sehr dünnen Träger aus Rhenium- oder Tantalmetall ("Filament") aufgebracht. Dieses Filament wird anschließend in der Ionenquelle des Massenspektrometers unter Hochvakuumbedingungen auf Temperaturen von über 1200°C aufgeheizt. Dabei wird die Probe verdampft und thermisch ionisiert. Die Ionen werden in einem Hochspannungsfeld von mehreren tausend Volt in das "Trennrohr" beschleunigt und dort durch einen starken elektrisch regelbaren Magnet entsprechend ihren unterschiedlichen Massezahlen ("Isotope") auf unterschiedlich stark gekrümmte Flugbahnen gelenkt.

Die relativen Isotopenanteile eines Elements (das Element Neodym z.B. hat sieben natürlich vorkommenden Isotope: 142Nd 143Nd, 144Nd, 145Nd, 146Nd, 148Nd und 150Nd) werden durch gleichzeitige Messung der Ionenströme der verschiedenen Isotope in Faraday-Cups (oder durch sequentielle Messung in einem Elektronenmultiplier „SEV“) bestimmt. Über hochohmige Widerstände und Signalverstärker werden die Stromwerte in Spannungswerte umgewandelt. Um nicht mit absoluten Zahlen (Spannungswerten) arbeiten zu müssen, werden die Anteile der Isotope eines Elements immer relativ zu dem Anteil eines Bezugsisotops (Neodym: 144Nd, Strontium: 86Sr) angegeben.