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\chapter{Einleitung}
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Die Analyse von Gasgemischen findet in vielen
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Bereichen der Industrie- und Medizintechnik Anwendung.
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Mitunter geht es um medizinisch wichtige Daten wie
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die Überwachung des Metabolismus eines Patienten,
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oder um sicherheitsrelevante Messungen wie die
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Überprüfung einer Stoffprobe auf explosive Stoffe.
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Eine der Methoden dieser Analyse bietet
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das Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) an.
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Das IMS nutzt die variable Ionisierbarkeit und
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Mobilität von Molekülen in einem Gas aus um diese
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zu trennen und zu vermessen. Durch diese Funktionsweise
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können Messungen innerhalb weniger Minuten bis zehntel von
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Sekunden durchgeführt werden,
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und es können kleinste Stoffmengen festgestellt werden \cite{Eiceman2013Oct}.
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Ein zentraler Bestandteil des Aufbaus eines
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IMS ist nun der Transimpedanzverstärker (TIV) \cite{Reinecke2018Oct}.
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Dieser ist ein zentrales Element der Messkette,
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welche die Ionen detektiert und für die restliche
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Auswertung messbar macht.
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Somit bestimmt die Performance des TIV maßgeblich
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z.~B. die Detektionsgrenze und das Auflösungsvermögen
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des IMS.
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Bestehende TIVs bieten akzeptable Messqualität, sind jedoch
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entweder sehr teuer, oder benötigen manuelle Nachjustierungen
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und Korrekturen.
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Es soll in dieser Arbeit ein neuer TIV ausgelegt werden,
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welcher ohne Nachjustierungen und mit leicht verfügbaren
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Bauteilen gebaut werden kann, um eine kostengünstige
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und reproduzierbare Alternative anzubieten.
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In dieser Arbeit wird die Entwicklung, Auslegung
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und Vermessung des neuen TIV-Designs beschrieben.
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Hierbei werden verschiedene störende Faktoren
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wie z.~B. parasitären Effekte analytisch sowie mithilfe
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von Simulationen untersucht, und basierend hierauf
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werden Möglichkeiten zur Reduktion und Kompensation
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der negativen Effekte ausgelegt.
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Der erstellte TIV wird vermessen und charakterisiert,
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wobei die Messergebnisse mit den Simulationen verglichen
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werden. Eventuelle Fehler und ungewünschtes Verhalten werden
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genauer analysiert und korrigiert.
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Schlussendlich werden einige Vergleichsmessungen des neu
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erstellten TIVs mit den bestehenden Designs durchgeführt. |