Paul-Falle

In einer Paul-Falle können Ionen mittels eines elektrischen Feldes gespeichert werden. Gelegentlich wird sie auch als Quadrupolionenfalle bezeichnet, was sich auf die Geometrie des verwendeten Feldes bezieht. Die Paulfalle besteht aus drei Elektroden, einer Ringelektrode und zwei Schalen- oder Endkappenelektroden. Diese haben meist hyperbolische Innenflächen, es sind jedoch auch andere Formen möglich. An die Ringelektrode wird eine Wechselspannung angelegt, die im Inneren der Falle ein Quadrupolfeld erzeugt, das auf die Ionen eine Kraft ausübt. Je weiter sich die Ionen vom Zentrum der Falle entfernen, desto größer wird die speichernde Kraft. Die Bahnen der Ionen werden durch die Mathieuschen Differentialgleichungen beschrieben (benannt nach dem Mathematiker Emile Leonard Mathieu (15. Mai 1835-19. Oktober 1890)).

Ein mechanisches Analogon nach Wolfgang Paul erleichtert die Vorstellung des Prinzips: Eine Kugel würde von einer ruhenden Sattelfläche herunterrollen. Rotiert die Fläche aber, kann die Kugel stabilisiert werden. Je weiter die Kugel sich vom Zentrum wegbewegt, umso steiler ist die Fläche und umso stärker ist die rücktriebende Kraft.

Da die Stabilität der Bahnen vom Mass-Ladungs-Verhältnis der Ionen abhängt, kann die Paul-Falle zum Beispiel zur Massenanalyse in Ionenfallen-Massenspektrometern benutzt werden.