Kai Mohrhenn

Entwicklung eines Datenerfassungssystems für ein Ionenfallen-Massenspektrometer

Die Massenspektrometrie ist ein in vielen Bereichen der Chemie, Physik, Biologie oder auch in der Industrie eingesetztes Verfahren zur Bestimmung des Masse-zu-Ladungsverhältnisses gasförmiger Analyten. Ein Forschungsgebiet am Lehrstuhl für Sensorik und Messtechnische Systeme ist die Ionenfallen-Massenspektrometrie. Hierbei werden Ionen in einem elektrischen Wechselfeld gespeichert. In diesem führen sie eine, von ihrem Masse-zu-Ladungsverhältniss abhängige Schwingungsbewegung durch. Dabei induzieren sie Influenzladungen auf die Deckelelektroden der Ionenfalle, welche mit einem Ladungsverstärker detektiert werden können. Zur exakten Bestimmung der Ionenmasse muss hierzu die Signalform des Wechselfeldes sehr genau bestimmt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Datenerfassungssystem bestehend aus einem Transientenrekorder mit zwei Kanälen und dazugehörigen Eingangsstufen entwickelt werden, mit welchem die Ionensignale sowie das Speicherfeld aufgezeichnet werden können. Die Signale sollen über einen Mikrocontroller in einem SDRAM gespeichert und im Anschluss an einen PC übertragen werden. Ein FPGA soll als Zwischenpuffer sowie zur Steuerung des Ablaufs verwendet werden.

Es sind u.a. folgende Punkte zu bearbeiten:

• Konzeption eines Transientenrekorders mit zwei Kanälen mit dazugehörigen Eingangsstufen
• Auswahl geeigneter Komponenten und Entwicklung eines Schaltplans
• Erstellung eines Layouts mit der Software Altium Designer
• Erstellen eines µC-Programms zur Speicherung und späteren Übertragung der Transientensignale an einen PC
• Entwicklung eines VHDL Codes für das FPGA zur Zwischenspeicherung der Signale und Übertragung an den µC mittels SPI
• Inbetriebnahme und Test der Schaltung
• Schriftliche Dokumentation der Ergebnisse und Präsentation in einem Seminarvortrag