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TeX/Kapitel/Einleitung.tex

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 Die Analyse von Gasgemischen findet in vielen Bereichen der Industrie- und Medizintechnik Anwendung. Mitunter geht es um medizinisch wichtige Daten wie die Überwachung des Metabolismus eines Patienten, oder um sicherheitsrelevante Messungen wie die Überprüfung einer Stoffprobe auf explosive Stoffe.
 Von Vorteil sind hierbei sowohl schnelle als auch sensitive Messungen, um Zuverlässig auf gegebene Zustandsänderungen reagieren zu können.\\
-Eine der Methoden dieser Analyse bietet die Ionenmobilitätsspektrometrie (im Folgenden hier IMS) an. Die IMS nutzt die variablen Ionisierbarkeiten und Mobilitäten von Molekülen in einem Gas aus um diese zu trennen und zu vermessen. Durch diese Funktionsweise können Messungen innerhalb weniger Minuten bis Sekunden durchgeführt werden, wobei Stoffkonzentrationen von \todo[inline]{Add concentration here} festgestellt werden können.
+Eine der Methoden dieser Analyse bietet das Ionenmobilitätsspektrometer (im Folgenden hier IMS) an. Das IMS nutzt die variablen Ionisierbarkeiten und Mobilitäten von Molekülen in einem Gas aus um diese zu trennen und zu vermessen. Durch diese Funktionsweise können Messungen innerhalb weniger Minuten bis Sekunden durchgeführt werden, wobei Stoffkonzentrationen von \todo[inline]{Add concentration here} festgestellt werden können.
 
 Ein zentraler Bestandteil des Aufbaus eines IMS ist nun der Transimpedanzverstärker (im Folgenden hier TIV). Dieses Element befasst sich mit der Umwandlung der zu messenden Ionen in ein Spannungssignal, welche von der Ausleseleketronik verarbeitet werden können. Somit bestimmt die Qualität und Sensitivität des TIV maßgeblich die Datenerfassung des IMS insgesamt.
 Von relevanz sind hier verschiedene Parameter wie z.B. Bandbreite, Rauschverhalten und Verstärkung, welche auf den jeweiligen Anwendungsbereich des IMS angepasst werden müssen.

TeX/Kapitel/Grundlagen.tex

@@ -5,42 +5,46 @@ Dieses Kapitel wird grundegende technische Details für diese Arbeit dar stellen
 Es wird hierbei die Funktionsweise eines IMS genauer beschrieben, und die Rolle des TIVs in diesem System charakterisiert.
 Ebenfalls werden Eigenschaften relevanter elektrischer Bauteile beschrieben.
 
-\section{Grundlagen des IMS}
+\section{Grundlagen des Ionenmobilitätsspektrometers}
 
-Im Folgenden wird die Ionenmobilitätsspektrometrie, deren Funktionsweise und Relevanz genauer beschrieben.
+Im Folgenden wird das Ionenmobilitätsspektrometer, dessen Funktionsweise und Relevanz genauer beschrieben.
 Es wird der Nutzen der Technologie dargestellt, und die Position des TIVs innerhalb eines IMS charakterisiert, um die Relevanz eines qualitativen Verstärkers dar stellen zu können, sowie um später die Betriebsparameter dessen festlegen zu können.
 
 \subsection{Anwendungsgebiete eines IMS}
 
-Im Folgenden soll auf die Relevanz und den Anwendungsbereich der Ionenspektrometrie eingegangen werden, um dar zu legen dass die Technologie breite praktische Anwendungen findet. Ein IMS bietet im Vergleich zu anderen Gasanalyseverfahren wie z.B. einem Massenspektrometer folgende Vorteile \cite{Eiceman2013Oct}:
+Im Folgenden soll auf die Relevanz und den Anwendungsbereich von Ionenmobilitätsspektrometern eingegangen werden, um dar zu legen dass die Technologie breite praktische Anwendungen findet. Ein IMS bietet im Vergleich zu anderen Gasanalyseverfahren wie z.B. einem Massenspektrometer folgende Vorteile \cite{Eiceman2013Oct}:
 
 \begin{itemize}
     \item Kostengünstig. Ein IMS kann mitunter für wenige hundert Euro aufgebaut werden\cite{Reinecke2018Oct}, wodurch sie leichter in größeren Mengen aufgebaut werden können.
     \item Simpler, kompakter Aufbau. Ein IMS kann unter atmosphärischem Druck betrieben werden, und braucht somit kein Vakuum-Equipment. Hierdurch sind die Systeme wesentlich transportabler als z.B. Massenspektrometer.
-    \item Schnelle Messungen. Messungen mit einem IMS können bis hinunter auf wenige Sekunden dauern. Hierdurch lassen sich schnell wichtige Messwerte erfassen.
+    \item Schnelle Messungen. Messungen mit einem IMS können bis hinunter auf nur Zehntel von Sekunden dauern.
+    Hierdurch lassen sich schnell wichtige Messwerte erfassen.
     \item Hohe Sensitivität. Ein IMS kann Stoffkonzentrationen im unteren ppb messen, wodurch auch kleinste Mengen eines Stoffes sicher bestimmt werden können. 
 \end{itemize}
 
-Hierdurch gibt es viele Anwendungsgebiete für ein IMS, mitunter in der Sicherheitstechnik zur Detektion von explosiven Stoffen\cite[Seite 269]{Eiceman2013Oct}, Drogen\cite[301]{Eiceman2013Oct}, zur Analyse von Umgebungsproben\cite[Seite 349]{Eiceman2013Oct} und zur medizinischen Untersuchung und Überwachung von Patienten\cite[Seite 366]{Eiceman2013Oct}.\\
+Hierdurch gibt es viele Anwendungsgebiete für ein IMS, mitunter in der Sicherheitstechnik zur Detektion von explosiven Stoffen \cite[S.S. 269]{Eiceman2013Oct}, Drogen \cite[S.S. 301]{Eiceman2013Oct}, zur Analyse von Umgebungsproben\cite[S.S. 349]{Eiceman2013Oct} und zur medizinischen Untersuchung und Überwachung von Patienten \cite[S.S. 366]{Eiceman2013Oct}.\\
 Ein IMS ist somit äußerst relevant für eine breite Menge an Arbeitsfeldern, und eine Weiterentwicklung der Technologie kann ebenso breit gefächerte Vorteile haben.
 
 \subsection{Funktionsweise eines IMS}
 \label{chap:function_description_ims}
 
-Das Buch ``Ion Mobility Spectrometry'' beschreibt die Ionenmobilitätsspektrometrie folgend \cite[Seite 1]{Eiceman2013Oct}:
+Der Author Eiceman beschreibt im Buch ``Ion Mobility Spectrometry'' die Ionenmobilitätsspektrometrie folgend:
 
 \begin{quote}
-    Der Term Ionen Mobilitäts Spektrometrie (IMS) beschreibt die Prinzipien, Methoden und Instrumente zur Charakterisierung von Substanzen anhand der Geschwindigkeit von Gruppen (definiert als Gruppen von gasförmigen Ionen) entnommen von einer Substanz, in einem elektrischen Feld und einem Trägergas.
+    ``Der Term Ionen Mobilitäts Spektrometrie (IMS) beschreibt die Prinzipien, Methoden und Instrumente zur Charakterisierung von Substanzen anhand der Geschwindigkeit von Gruppen (definiert als Gruppen von gasförmigen Ionen) entnommen von einer Substanz, in einem elektrischen Feld und einem Driftgas.'' \cite[S.S. 1]{Eiceman2013Oct}
 \end{quote}
 
-Ein IMS-System analysiert somit Gase, in dem eine Gasprobe ionisiert wird, und mithilfe eines Trägergases und eines elektrischen Feldes in diskrete Gruppen aufgespalten wird. Der Ablauf dieses Vorganges ist grundsätzlich wie folgt \cite[Seite 4]{Eiceman2013Oct}:
+Ein IMS-System analysiert somit Gase, in dem eine Gasprobe ionisiert wird, und mithilfe verschiedener Methodiken in diskrete Gruppen aufgespalten wird. Der Ablauf dieses Vorganges ist grundsätzlich wie folgt \cite[Seite 4]{Eiceman2013Oct}:
 
 \begin{enumerate}
     \item Ein Probengas wird mit einer prozessspezifischen Ionenquelle ionisiert.
-    \item Ein diskretes Paket dieses ionisierten Gases wird in eine Drift-Region injeziert, welche mit einem inerten Trägergas gefüllt ist und über welche eine Spannung anliegt.
-    \item Die angelegte Spannung beschleunigt die ionisierten Moleküle des Gaspacketes. Hierbei wird das Probegas in seine Bestandteile aufgespalten, da verschiedene Moleküle durch unterschiedliches Gewicht oder Ladung sich verschieden schnell durch die Drift-Region bewegen.
-    \item Die nun zeitlich aufgespaltenen Ionen-Pakete werden durch einen Detektor aufgefangen. Typischerweise ist dies eine Faraday-Platte. Hierdurch entsteht ein Stromfluss proportional zur Menge der Ionen.
-    \item Ein Verstärker wandelt diese Ströme in messbare Spannungen um, welche von der Sensorelektronik aufgenommen und verarbeitet werden.
+    \item Ein diskretes Paket des ionisierten Probengases wird in eine Drift-Region injeziert, welche mit einem Driftgas gefüllt ist und über welche eine Spannung anliegt. Die Auswahl des Driftgases sowie die Amplitude,
+    Richtung und eventuell Frequenz der Spannung beeinflussen hierbei das Verhalten der Ionenpackete des Probengases.
+    \item Die angelegte Spannung beschleunigt die ionisierten Moleküle des Probengases.
+            Hierbei werden verschiedene Ionen durch ihre unterschiedlichen Interaktionen mit dem Driftgas sowie
+            des Feldes der Drift-Region voneinander getrennt.
+    \item Die nun zeitlich getrennten Ionen-Pakete werden durch einen Detektor aufgefangen. Typischerweise ist dies eine Faraday-Platte. Hierdurch entsteht ein Stromfluss proportional zur Menge der Ionen.
+    \item Ein Verstärker wandelt diese Ströme in messbare Spannungen um, welche digitalisiert und verarbeitet werden können.
 \end{enumerate}
 
 Ein typischer Aufbau eines IMS ist in Abbildung \ref{fig:IMS_Schematic} dargestellt.
@@ -51,7 +55,7 @@ Ein typischer Aufbau eines IMS ist in Abbildung \ref{fig:IMS_Schematic} dargeste
     \caption{\label{fig:IMS_Schematic}Schematischer Aufbau einer IMS-Röhre nach \cite[Seite 3, Abb. 1.2.b]{Eiceman2013Oct}}
 \end{figure}
 
-Das Messergebnis eines IMS-Laufes wird as Spektrum bezeichnet, und wird meist als Strom über die Zeit dargestellt. In dieser Darstellung sind die verschiedenen Ionenpakete als Spitzen des Graphen zu erkennen. Abbildung \ref{fig:ims_example_spectrum} stellt beispielhalf ein solches Spektrum dar.
+Das Messergebnis eines IMS-Laufes wird as Spektrum bezeichnet, und ist meist als Strom über die Zeit dargestellt. In dieser Darstellung sind die verschiedenen Ionenpakete als Spitzen des Graphen zu erkennen. Abbildung \ref{fig:ims_example_spectrum} stellt beispielhalf ein solches Spektrum dar.
 
 \begin{figure}[h]
     \centering
@@ -59,33 +63,47 @@ Das Messergebnis eines IMS-Laufes wird as Spektrum bezeichnet, und wird meist al
     \caption{\label{fig:ims_example_spectrum}Spektrum einer beispielhaften IMS-Messung}
 \end{figure}
 
+\FloatBarrier
 \subsubsection{Aufgabe eines TIV im IMS}
 \label{chap:tia_in_ims}
 
-Wie in Kapitel \ref{chap:function_description_ims} beschrieben, beruht ein IMS auf der Messung der diskreten Ionenpakete, deren zeitlicher Versatz und Größe. Um die kleinen Ströme der Ione im Bereich von $\SI{100}{\pico\ampere}$ bis $\SI{10}{\nano\ampere}$ messen zu können, ist ein Verstärker notwendig. Dieser Verstärker wird als sog. Transimpedanzverstärker bezeichnet, da er als Eingangsgröße einen Strom hat, und eine Spannung als Ausgang gibt. Die Verstärkung wird somit in Ohm angegeben. Der TIV stellt hiermit ein zentrales Bauteil eines IMS dar, dessen Parameter maßgeblich die Qualität der Messungen beeinflusst.
+Wie in Kapitel \ref{chap:function_description_ims} beschrieben, beruht ein IMS auf der Messung der von den Ionenpacketen hervorgerufenen Ströme, und deren zeitlicher Verteilung.
+Um die kleinen Ströme der Ione im Bereich von $\SI{1}{\pico\ampere}$ bis $\SI{10}{\nano\ampere}$ messen zu können, ist ein Verstärker notwendig. Dieser Verstärker wird als TIV bezeichnet, da er als Eingangsgröße einen Strom hat, und eine Spannung als Ausgang gibt. Die Verstärkung wird somit in Ohm angegeben. Der TIV stellt hiermit ein zentrales Bauteil eines IMS dar, dessen Parameter maßgeblich die Qualität der Messungen beeinflusst.
 
-Folgende Aufgaben werden an den TIV eines IMS gestellt:
+Folgende Anforderungen werden an den TIV eines IMS gestellt:
 \begin{itemize}
-    \item Möglichst Stör- und Leckfreier Messeingang
-    \item Verstärkung von Strömen in der Größenordnung von $\SI{1}{\nano\ampere}$
-    \item Bereitstellung einer messbaren Spannung im Bereich von $\SI{1}{\volt}$
-    \item Genügend Bandbreite zur korrekten Abbildung der Spitzen der Ionenpackete
+    \item Möglichst geringes eingangsbezogenes Rauschen. Das Rauschen des TIVs
+        beeinflusst das Signal-Zu-Rausch-Verhältnis, woraus sich z.B.
+        die Reaktionsgeschwindigkeit und Detektionsgrenzen ergeben. Ein kleineres 
+        Rauschen erlaubt die Erkennung kleinerer Ionenströme mit größerer Sicherheit.
+
+    \item Verstärkung von Strömen in der Größenordnung von $\SI{1}{\pico\ampere}$
+        bis zu $\SI{1}{\nano\ampere}$. Die genaue Größe des Stromes ergibt sich durch
+        den Aufbau des IMS selbst.
+    \item Bereitstellung einer Ausgangsspannung im Bereich von $\SI{\pm2}{\volt}$.
+        Da der Ausgang des TIVs zur digitalisierung des Signales genutzt wird, ist eine
+        Ausgangsspannung gewünscht, welche mit herkömmlichen Analog-Digital-Wandlern kompatibel ist.
+    \item Genügend Bandbreite zur korrekten Abbildung der Ionenströme. Eine zu kleine Bandbreite
+        verzerrt die Form des gemessenen Ionenstromes, und verschlechtert die Qualität der Messung.
+        Schnellere Bandbreiten erlauben die Messung schnellerer Signale, und somit auch kleinerer
+        Ionenpackete.
 \end{itemize}
 
 \section{Grundlegende Parasitäreffekte}
 \label{chap:basics_parasitics}
 
-In diesem Kapitel wird auf die parasitären Effekte weiterer Bauteile eingegangen, die im folgenden relevant sind und bei der Auslegung der Schaltung beachtet werden müssen.
+In diesem Kapitel wird auf die grundlegenden parasitären Effekte der passiven Bauteile und der Platine selbst eingegagen, welche im folgenden relevant sind und bei der Auslegung der Schaltung beachtet werden müssen.
 
-\paragraph*{Leckströme:} Diese treten bei fast allen Schaltungsaufbauten auf. Sie entstehen durch die hohen aber endlichen Oberflächenwiderstände des PCB-Materials sowie durch durch Verunreinigungen. Diese erlauben es kleinen Leckströmen zwischen Zweigen der Schaltung zu fließen, und können bei Zweigen mit hoher Impedanz störend wirken.\todo{Find a citation for this}
+\paragraph*{Leckströme:} Diese treten bei fast allen Schaltungsaufbauten auf. Sie entstehen durch die hohen aber endlichen Oberflächenwiderstände der Oberflächen von Bauteilen und des PCBs, sowie durch durch Verunreinigungen. Diese erlauben es kleinen Leckströmen zwischen Zweigen der Schaltung zu fließen, und können bei Zweigen mit hoher Impedanz störend wirken.\todo{Find a citation for this}
 
-\begin{figure}
+\begin{figure}[ht]
     \centering
-    \includegraphics[scale=0.25]{grundlagen/Examples_Leakages.drawio.png}
+    \includegraphics[scale=0.35]{grundlagen/Examples_Leakages.drawio.png}
     \caption{\label{fig:example_leakages}Schematische Darstellung eines PCBs mit Anschlüssen zu Bauteilen (goldene Pads) und Leiterbahnen (dunkelgrün) mit verschiedenen Leckstrompfaden entlang der Oberfläche (schraffiert dargestellt). Leckströme fließen überwiegend zwischen freigelegten Kupferflächen, können zudem auch durch Oberflächenladungen in einem Isolator wie dem PCB-Lötstopplack entstehen.}
 \end{figure}
+\todo{Add labelling here, I guess?}
 
-\paragraph*{Parasitäre Kapazitäten:} Diese entstehen ebenfalls durch den physikalischen Aufbau der Schaltung. Die Nähe von Leitungen oder Kontakten zueinander, oder zu einer Kupferebene wie z.B. der Erdungsebene, erstellt eine leichte kapazitive Kopplung hierzwischen. Dieser Effekt verursacht Kapazitäten von $\SI{10}{\femto\farad}$ bis hin zu einigen $\SI{}{\pico\farad}$. Abbildung \ref{fig:example_parasitic_c} zeigt einige dieser Kapazitäten auf.
+\paragraph*{Parasitäre Kapazitäten:} Diese entstehen ebenfalls durch den physikalischen Aufbau der Schaltung. Die Nähe von Leitungen oder Kontakten zueinander, oder zu einer Kupferebene wie z.B. der Erdungsebene, erstellt eine leichte kapazitive Kopplung hierzwischen. Dieser Effekt verursacht kleine Kapazitäten im Bereich von einigen $\SI{}{\pico\farad}$. Abbildung \ref{fig:example_parasitic_c} zeigt einige dieser Kapazitäten auf.
 
 \begin{figure}[h]
     \centering

TeX/config/Konfiguration.tex

@@ -30,7 +30,7 @@
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 % Literaturverzeichnis
 
-\bibliographystyle{plain}                						%Literaturangaben nach Erscheinen im Text sortiert, "DIN 1505 Teil 2"
+\bibliographystyle{unsrt}                						%Literaturangaben nach Erscheinen im Text sortiert, "DIN 1505 Teil 2"
 
 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 % Zusätzliche Worttrennungen

TeX/config/Pakete.tex

@@ -73,7 +73,7 @@
 \usepackage{listings}                                       % Paket für Quelltexte
 \usepackage{pdfpages} 
 \usepackage{import}																					% Erlaubt relative Pfadangaben
-\usepackage[output-decimal-marker={,}]{siunitx}              													% Paket für Einheiten
+\usepackage[output-decimal-marker={,},number-unit-product={~}]{siunitx}              													% Paket für Einheiten
 \usepackage{xfrac}
 \DeclareSIUnit \var {var}