Strukturbestimmung kleiner Cluster mittels Gasphasen-Ionenchromatographie

Abstract

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der geometrischen Struktur von Clusterionen. Es werden sowohl ionisch gebundene Metallhalogenidcluster als auch Metallcluster untersucht. Als Methode zur Strukturuntersuchung wurde die Messung der Ionenmobilität gewählt. Dazu wird zunächst mit Hilfe einer Edelgasaggregationsquelle ein Molekularstrahl der betreffenden Clustersorte erzeugt. Die Ionisation der Cluster kann im Experiment auf zwei unterschiedliche Weisen durchgeführt werden: Entweder wird der Clusterstrahl mit einem Elektronenstrahl variabler Energie gekreuzt, wodurch nach Elektronenstoßionisation ein- und mehrfach positiv geladene Clusterionen entstehen, oder es wird direkt im Aggregationsraum der Clusterquelle eine Glimmentladung betrieben, die dazu führt, daß dort bereits einfach geladene Cluster entstehen. Die erzeugten Ionen werden dann zur eigentlichen Mobilitäts-messung mit geringer kinetischer Energie (E kin = 20 eV) gepulst in die Driftzelle eingebracht. An dieser mit Helium gefüllten Zelle liegt zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung ein elektrisches Feld in der Größenordnung von 10 V cm an. Durch das Wechselspiel von Beschleunigung durch das elektrische Feld einerseits und Abbremsung aufgrund elastischer Stöße mit dem Helium andererseits stellt sich eine vom Stoßquerschnitt des betreffenden Teilchens abhängige mittlere Geschwindigkeit in der Zelle ein. Nach dem Austritt aus der Driftzelle wird schließlich noch die Masse der einzelnen Clusterionen in einem Flugzeitmassenspektrometer ermittelt. Der Umstand, daß in dieser Meßanordnung die Clustergröße erst nach dem Durchgang durch die Driftzelle ermittelt wird, stellt unter den vorliegenden Bedingungen keine Schwierigkeit dar. Es wird gezeigt, daß bei den Bindungsenergien der betrachteten Systeme und der gewählten Eintrittsenergie keine nennenswerten stoßinduzierten Fragmentationsprozesse in der Driftzelle auftreten und somit die Clustergröße während der Drift konstant bleibt. Der