Characterization of dielectric barrier discharges for analytical applications

Abstract

This work will focus on the characterization of different dielectric barrier discharges (DBD) that are used in analytical applications. These discharges are primarily used as ion sources that provide charged species for the subsequent detection with atmospheric mass spectrometers (MS) or ion mobility spectrometers (IMS). The main method of investigation for the DBDs will be based on optical methods such as temporally-, spatially-, and spectrally-resolved optical emission spectroscopy (TSSROES). The small size of the DBDs investigated in this work complicates physical probing with e.g. Langmuir-probe, which means that optical measurements such as the TSSR-OES is the only feasible approach to characterize the mechanisms of said DBDs. The findings of the these characterizations will be correlated with mass spectrometric measurements to evaluate the analytical performance of each discharge at different parameters. Combination of fundamental discharge characteristics respectively parameters to a meaningful ionization efficiency of a given plasma source will eventually improve the understanding of soft-ionization mechanisms that are a key part of current analytical applications and greatly help optimizing them.

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung verschiedener dielektrisch behinderter Entladungen (DBD), die in analytischen Anwendungen verwendet werden. Diese Entladungen werden in erster Linie als Ionenquellen verwendet, die geladene Spezies für den späteren Nachweis mit atmosphärischen Massenspektrometern (MS) oder Ionenmobilitätsspektrometern (IMS) bereitstellen. Die Hauptmethode der Untersuchung für die DBDs wird auf optischen Methoden wie der zeitlich, räumlich und spektral aufgelösten optischen Emissionsspektroskopie (TSSR-OES) basieren. Die geringe Größe der in dieser Arbeit untersuchten DBDs erschwert die physikalische Untersuchung mit z.B. Langmuir-Sonden, was bedeutet, dass optische Methoden wie die TSSR-OES der einzig mögliche Ansatz zur Charakterisierung der Mechanismen der DBDs sind. Die Ergebnisse dieser Charakterisierungen werden mit massenspektrometrischen Messungen korreliert, um die analytische Leistung jeder Entladung bei verschiedenen Parametern zu bewerten. Die Kombination von grundlegenden Entladungseigenschaften bzw. Parametern zu einer aussagekräftigen Ionisationseffizienz für eine bestimmte Plasmaquelle wird letztendlich das Verständnis von weichen Ionisationsmechanismen, die ein wichtiger Bestandteil aktueller analytischer Anwendungen sind, verbessern und wesentlich dazu beitragen diese Anwendungen zu optimieren.