
\chapter{Einleitung}

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.

Eine der Methoden dieser Analyse bietet 
das Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) an.
Das IMS nutzt die variable Ionisierbarkeit und
Mobilität von Molekülen in einem Gas aus, um diese
zu trennen und zu vermessen. Durch diese Funktionsweise
können Messungen innerhalb weniger Minuten bis Zehntel von
Sekunden durchgeführt werden,
und es können kleinste Stoffmengen festgestellt werden \cite{Eiceman2013Oct}.

Ein wesentlicher Bestandteil des Aufbaus eines 
IMS ist der Transimpedanzverstärker (TIV) \cite{Reinecke2018Oct}.
Dieser ist ein zentrales Element der Messkette,
welche die Ionen detektiert und für die restliche
Auswertung messbar macht.
Somit bestimmt die Performance des TIV maßgeblich
z.~B. die Detektionsgrenze und das Auflösungsvermögen 
des IMS.
Bestehende TIVs bieten akzeptable Messqualität, sind jedoch
entweder sehr teuer, oder benötigen manuelle Nachjustierungen
und Korrekturen.

Es soll in dieser Arbeit ein neuer TIV ausgelegt werden,
welcher ohne Nachjustierungen und mit leicht verfügbaren
Bauteilen gebaut werden kann, um eine kostengünstige 
und reproduzierbare Alternative anzubieten.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung, Auslegung 
und Vermessung des neuen TIV-Designs beschrieben.
Hierbei werden verschiedene störende Faktoren,
wie z.~B. parasitären Effekte, analytisch sowie mithilfe
von Simulationen untersucht. Basierend hierauf
werden Möglichkeiten zur Reduktion und Kompensation 
der negativen Effekte ausgelegt.

Der erstellte TIV wird vermessen und charakterisiert,
wobei die Messergebnisse mit den Simulationen verglichen
werden. Eventuelle Fehler und ungewünschtes Verhalten werden
genauer analysiert und korrigiert.
Schlussendlich werden einige Vergleichsmessungen des neu
erstellten TIVs mit den bestehenden Designs durchgeführt.