THE MASS SPECTROMETER This page des

THE MASS SPECTROMETER


This page describes how a mass spectrum is produced using a mass spectrometer.


How a mass spectrometer works

The basic principle

If something is moving and you subject it to a sideways force, instead of moving in a straight line, it will move in a curve - deflected out of its original path by the sideways force.

Suppose you had a cannonball travelling past you and you wanted to deflect it as it went by you. All you've got is a jet of water from a hose-pipe that you can squirt at it. Frankly, its not going to make a lot of difference! Because the cannonball is so heavy, it will hardly be deflected at all from its original course.

But suppose instead, you tried to deflect a table tennis ball travelling at the same speed as the cannonball using the same jet of water. Because this ball is so light, you will get a huge deflection.

The amount of deflection you will get for a given sideways force depends on the mass of the ball. If you knew the speed of the ball and the size of the force, you could calculate the mass of the ball if you knew what sort of curved path it was deflected through. The less the deflection, the heavier the ball.

Note: I'm not suggesting that you personally would have to do the calculation, although the maths isn't actually very difficult - certainly no more than A'level standard!

You can apply exactly the same principle to atomic sized particles.


An outline of what happens in a mass spectrometer

Atoms and molecules can be deflected by magnetic fields - provided the atom or molecule is first turned into an ion. Electrically charged particles are affected by a magnetic field although electrically neutral ones aren't.

The sequence is :

Stage 1: Ionisation

The atom or molecule is ionised by knocking one or more electrons off to give a positive ion. This is true even for things which you would normally expect to form negative ions (chlorine, for example) or never form ions at all (argon, for example). Most mass spectrometers work with positive ions.

Note: All mass spectrometers that you will come across if you are doing a course for 16 - 18 year olds work with positive ions. Even if a few atoms in a sample of chlorine, for example, captured an electron instead of losing one, the negative ions formed wouldn't get all the way through the ordinary mass spectrometer. But it has been pointed out to me that there is work being done on negative ion mass spectrometers, although they use a different ionisation technique.
My thanks to Professor John Todd of the University of Kent for drawing this to my attention.


Stage 2: Acceleration

The ions are accelerated so that they all have the same kinetic energy.

Stage 3: Deflection

The ions are then deflected by a magnetic field according to their masses. The lighter they are, the more they are deflected.

The amount of deflection also depends on the number of positive charges on the ion - in other words, on how many electrons were knocked off in the first stage. The more the ion is charged, the more it gets deflected.

Stage 4: Detection

The beam of ions passing through the machine is detected electrically.


A full diagram of a mass spectrometer




Understanding what's going on

The need for a vacuum

It's important that the ions produced in the ionisation chamber have a free run through the machine without hitting air molecules.

Ionisation



The vaporised sample passes into the ionisation chamber. The electrically heated metal coil gives off electrons which are attracted to the electron trap which is a positively charged plate.

The particles in the sample (atoms or molecules) are therefore bombarded with a stream of electrons, and some of the collisions are energetic enough to knock one or more electrons out of the sample particles to make positive ions.

Most of the positive ions formed will carry a charge of +1 because it is much more difficult to remove further electrons from an already positive ion.

These positive ions are persuaded out into the rest of the machine by the ion repeller which is another metal plate carrying a slight positive charge.

Note: As you will see in a moment, the whole ionisation chamber is held at a positive voltage of about 10,000 volts. Where we are talking about the two plates having positive charges, these charges are in addition to that 10,000 volts.

Acceleration



The positive ions are repelled away from the very positive ionisation chamber and pass through three slits, the final one of which is at 0 volts. The middle slit carries some intermediate voltage. All the ions are accelerated into a finely focused beam.

Deflection



Different ions are deflected by the magnetic field by different amounts. The amount of deflection depends on:

the mass of the ion. Lighter ions are deflected more than heavier ones.

the charge on the ion. Ions with 2 (or more) positive charges are de

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สเปกโตรมิเตอร์มวล หน้านี้อธิบายวิธีการสเปกตรัมมวลผลิตโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์มวล วิธีการทำงานของสเปกโตรมิเตอร์แบบมวลชนหลักการพื้นฐานถ้าสิ่งที่เคลื่อนไหว และคุณมีการแรงด้านข้าง แทนการย้ายในแนวเส้นตรง มันจะย้ายในโค้ง - คายจากเส้นทางเดิม โดยแรงด้านข้างสมมติว่า คุณมีกระสุนปืนใหญ่เดินทางผ่านมาที่คุณและคุณต้องปัดมัน ตามมันไป โดยคุณ สิ่งที่คุณเป็นเครื่องบินเจ็ทของน้ำจากท่อท่อที่คุณสามารถฉีดได้ ตรงไปตรงมา มันจะไม่ทำให้จำนวนมากของความแตกต่าง เนื่องจากกระสุนปืนใหญ่หนักมาก มันจะแทบจะคายทั้งหมดจากหลักสูตรเดิมของแต่สมมติแทน คุณพยายามปัดลูกปิงปองที่เดินทางที่ความเร็วเดียวกันเป็นลูกกระสุนปืนใหญ่ที่ใช้ดำน้ำเดียวกัน เนื่องจากลูกนี้เบามาก คุณจะได้โก่งตัวใหญ่ยอดเงินของคุณจะได้รับแรงด้านข้างให้โก่งขึ้นอยู่กับมวลของลูกบอล ถ้าคุณรู้ความเร็วของลูกบอลและขนาดของแรง คุณสามารถคำนวณมวลของลูกบอลถ้าคุณรู้อะไรเรียงลำดับของเส้นโค้งนั้นถูกผ่าน น้อยการโก่ง ลูกยิ่งหมายเหตุ: ผมไม่ได้บอกว่า คุณเองจะต้องทำการคำนวณ แม้ว่าคณิตศาสตร์ไม่ได้ยากมากจริง - แน่นอนไม่เกินมาตรฐาน A'levelคุณสามารถใช้หลักการเดียวกันทุกประการกับอนุภาคขนาดอะตอมเค้าโครงของสิ่งที่เกิดขึ้นในเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลอะตอมและโมเลกุลที่สามารถหักเหทิศทาง โดยแม่เหล็ก - ให้อะตอม หรือโมเลกุลแรกกลายเป็นไอออน ไฟฟ้าอนุภาคจะมีผลกระทบ โดยสนามแม่เหล็กแม้ว่าคนที่เป็นกลางทางไฟฟ้าไม่ได้ลำดับ:ขั้นที่ 1: Ionisationอะตอมหรือโมเลกุลเป็นที่กรองสะอาด โดยเคาะมากกว่า หนึ่งอิเล็กตรอนปิดให้เป็นไอออนบวก นี้เป็นจริงสำหรับสิ่งที่คุณคาดหวังว่าจะสร้างประจุลบ (คลอรีน ตัวอย่าง) หรือไม่เคยฟอร์มไอออนที่ทั้งหมด (อาร์กอน ตัวอย่าง) ตามปกติ อันมวลมากที่สุดทำงานกับไอออนบวกหมายเหตุ: อันมวลทั้งหมดที่คุณจะเจอถ้าคุณกำลังทำหลักสูตรสำหรับเด็กอายุ 16-18 ปี ทำงานกับไอออนบวก แม้ว่ากี่อะตอมในตัวอย่างของคลอรีน เช่น จับอิเล็กตรอนแทนที่จะสูญเสียหนึ่ง ประจุลบที่เกิดขึ้นจะไม่ได้รับผ่านทางสเปกโตรมิเตอร์ที่มวลชนสามัญ แต่มันได้ถูกชี้ให้เห็นฉันที่มีคืองานกำลังทำอันมวลไอออนลบ แม้ว่าพวกเขาใช้เทคนิค ionisation แตกต่างกันขอขอบคุณกับ Todd จอห์นศาสตราจารย์ของมหาวิทยาลัย Kent สำหรับวาดนี้ไปความสนใจของฉันขั้นที่ 2: ความเร่งไอออนจะเร่งให้มีพลังงานจลน์เดิมขั้นตอนที่ 3: โก่งสนามแม่เหล็กตามที่ฝูงของตนแล้วนั้นการไอออน เบากว่าที่พวกเขาจะ ยิ่งคายจำนวนโก่งยังขึ้นอยู่กับจำนวนของค่าธรรมเนียมบวกไอออน - ในคำอื่น ๆ บนกี่อิเล็กตรอนถูกเคาะปิดในระยะแรก มากขึ้นจะมีค่าไอออน ยิ่งได้รับนั้นขั้นตอนที่ 4: การตรวจสอบลำแสงของประจุไฟฟ้าที่ผ่านเครื่องตรวจพบด้วยระบบไฟฟ้าแผนภาพเต็มของสเปกโตรมิเตอร์แบบมวลชนทำความเข้าใจจะเกิดอะไรขึ้นต้องเป็นสุญญากาศมันเป็นสิ่งสำคัญว่า ไอออนที่ผลิตในห้อง ionisation มีวิ่งผ่านเครื่องฟรีโดยไม่ต้องตีโมเลกุลอากาศIonisationตัวอย่างลิปขึ้นผ่านเข้าไปในห้อง ionisation ขดลวดโลหะอุ่นไฟฟ้าให้ปิดอิเล็กตรอนซึ่งจะดึงดูดกับอิเล็กตรอนซึ่งเป็นแผ่นที่มีประจุบวกอนุภาคในตัวอย่าง (อะตอมหรือโมเลกุล) ดังนั้นจะ bombarded กับกระแสของอิเล็กตรอน และบางคนของชนที่มีพลังพอที่จะเคาะมากกว่า หนึ่งอิเล็กตรอนจากอนุภาคตัวอย่างจะทำให้ไอออนบวกของไอออนบวกที่เกิดขึ้นจะดำเนินการเรียกเก็บเงิน + 1 เพราะมันเป็นมากขึ้นยากที่จะลบเพิ่มเติมอิเล็กตรอนจากเป็นไอออนบวกแล้วไอออนบวกเหล่านี้จะชักชวนออกเข้าดูข้อมูลของเครื่อง โดยไล่ไอออนซึ่งเป็นโลหะอื่นแผ่นประจุไฟฟ้าอยู่เล็กน้อยบวกด้วยหมายเหตุ: คุณจะเห็นในทันที หอ ionisation ทั้งหมดจะจัดขึ้นที่แรงดันประมาณ 10,000 โวลต์ เรากำลังพูดถึงทั้งสองแผ่นที่มีค่าเป็นบวก ค่าธรรมเนียมเหล่านี้อยู่ใน 10,000 โวลต์เร่งความเร็วไอออนบวกมีมันไส้จากหอ ionisation บวกมาก และผ่านสลิตเดี่ยวที่สาม หนึ่งซึ่งสุดท้ายอยู่ที่ 0 โวลต์ ร่องตรงกลางมีแรงดันระดับกลางบาง ไอออนทั้งหมดกำลังเร่งเข้าลำเน้นละเอียดโก่งไอออนต่าง ๆ มีคาย โดยสนามแม่เหล็ก ด้วยยอดเงินที่แตกต่างกัน การโก่งขึ้นอยู่กับ:มวลของไอออน เบาไอออนนั้นมีมากกว่าคนที่หนักกว่าประจุบนไอออน ไอออนกับ 2 (หรือมากกว่า) บวกค่าธรรมเนียมเด

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

มวลสเปกโตรมิเตอร์


หน้านี้อธิบายวิธีสเปกตรัมมวลผลิตโดยใช้สเปกโตรมิเตอร์มวล.


วิธีสเปกโตรมิเตอร์มวลทำงาน

หลักการพื้นฐาน

หากสิ่งที่มีการเคลื่อนไหวและคุณเรื่องมันจะเป็นแรงผลักดันด้านข้างแทนการย้ายในแนวเส้นตรงก็จะย้ายไปอยู่ เส้นโค้ง -. เบี่ยงเบนออกจากเส้นทางเดิมโดยกองทัพข้าง

สมมติว่าคุณมีลูกกระสุนปืนใหญ่ที่เดินทางผ่านมาคุณและคุณต้องการที่จะหันเหความสนใจมันเป็นมันไปโดยคุณ ทั้งหมดที่คุณได้เป็นเจ็ทของน้ำจากท่อท่อที่คุณสามารถฉีดที่มัน ตรงไปตรงมาของมันจะไม่ทำให้ความแตกต่างมาก! เพราะลูกกระสุนปืนใหญ่จะหนักดังนั้นมันจะยากที่จะเบี่ยงเบนที่ทุกคนจากเดิมแน่นอน.

แต่สมมติว่า แต่คุณพยายามที่จะหันเหความสนใจลูกปิงปองเดินทางที่ความเร็วเดียวกับลูกกระสุนปืนใหญ่โดยใช้เครื่องบินเจ็ทเดียวกันของน้ำ เพราะลูกนี้มีน้ำหนักเบาเช่นนั้นคุณจะได้รับการโก่งขนาดใหญ่.

ปริมาณของการโก่งคุณจะได้รับที่ได้รับแรงด้านข้างขึ้นอยู่กับมวลของลูก ถ้าคุณรู้ว่าความเร็วของลูกและขนาดของแรงที่คุณสามารถคำนวณมวลของลูกถ้าคุณรู้ว่าสิ่งที่จัดเรียงของเส้นทางโค้งมันถูกหักเหผ่าน . น้อยโก่งหนักลูก

หมายเหตุ: ผมไม่ได้บอกว่าคุณเองจะต้องทำคำนวณแม้ว่าคณิตศาสตร์ไม่ได้เป็นจริงยากมาก - แน่นอนไม่เกินมาตรฐาน A'level!

คุณสามารถใช้ว่า หลักการเดียวกันกับอนุภาคอะตอมขนาด.


ร่างของสิ่งที่เกิดขึ้นในมวลสเปกโตรมิเตอร์

อะตอมและโมเลกุลสามารถเบี่ยงเบนจากสนามแม่เหล็ก - มีให้อะตอมหรือโมเลกุลที่มีการเปิดใช้ครั้งแรกในไอออน . อนุภาคประจุไฟฟ้ารับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแม้ว่าคนที่เป็นกลางไม่ได้

ลำดับคือ

ขั้นตอนที่ 1: Ionisation

อะตอมหรือโมเลกุล ionised โดยการเคาะหนึ่งหรือมากกว่าอิเล็กตรอนออกไปให้ไอออนบวก นี่คือความจริงแม้สำหรับสิ่งที่คุณมักจะคาดหวังในรูปแบบประจุลบ (คลอรีนเป็นต้น) หรือในรูปแบบที่ไม่เคยไอออนที่ทุกคน (อาร์กอนตัวอย่าง) สเปกโทรมิเตอร์มวลส่วนใหญ่จะทำงานที่มีประจุบวก.

หมายเหตุ: สเปกโทรมิเตอร์มวลที่คุณจะเจอถ้าคุณกำลังทำหลักสูตรสำหรับ 16-18 ปีทำงานกับประจุบวก แม้ว่าไม่กี่อะตอมในกลุ่มตัวอย่างของคลอรีนเช่นจับอิเล็กตรอนแทนของการสูญเสียหนึ่งประจุลบที่เกิดขึ้นจะไม่ได้รับทั้งหมดทางผ่านสเปกโตรมิเตอร์มวลสามัญ แต่ได้รับการชี้ให้เห็นกับผมว่ามีการทำงานที่ถูกทำในเชิงลบสเปกโทรมิเตอร์มวลไอออนแม้ว่าพวกเขาจะใช้เทคนิค Ionisation ที่แตกต่างกัน.
ขอบคุณศาสตราจารย์จอห์นทอดด์ของมหาวิทยาลัยเคนท์สำหรับการวาดภาพนี้เพื่อความสนใจของฉัน.


ขั้นที่ 2: การเร่งความเร็ว

ไอออนถูกเร่งเพื่อให้พวกเขาทั้งหมดมีพลังงานจลน์เดียวกัน.

ขั้นตอนที่ 3: การโก่ง

ไอออนที่มีการเบี่ยงเบนแล้วโดยสนามแม่เหล็กตามฝูงของพวกเขา . เบาพวกเขามีมากขึ้นพวกเขาจะถูกหักเห

ปริมาณของการโก่งยังขึ้นอยู่กับจำนวนของค่าใช้จ่ายในเชิงบวกต่อไอออน - ในคำอื่น ๆ ที่อยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนถูกเขี่ยออกในขั้นตอนแรก ยิ่งไอออนเป็นค่าใช้จ่ายให้มากขึ้นจะได้รับการหักเห.

ขั้นที่ 4: การตรวจหา

. ลำแสงไอออนผ่านเครื่องตรวจพบไฟฟ้า


แผนภาพเต็มรูปแบบของสเปกโตรมิเตอร์มวล




การทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้น

จำเป็นที่จะต้องสูญญากาศ

มันเป็นสิ่งสำคัญที่ไอออน ผลิตในห้อง Ionisation มีทำงานได้ฟรีผ่านเครื่องไม่ต้องกดปุ่มโมเลกุลของอากาศ.

Ionisation



ตัวอย่างไอผ่านเข้าไปในห้อง Ionisation ขดลวดโลหะอุ่นไฟฟ้าให้ปิดอิเล็กตรอนซึ่งจะดึงดูดให้กับดักอิเล็กตรอนซึ่งเป็นแผ่นประจุบวก.

อนุภาคในตัวอย่าง (อะตอมหรือโมเลกุล) จึงถล่มด้วยกระแสของอิเล็กตรอนและบางส่วนของการชนที่มีพลังมากพอที่จะ เคาะหนึ่งหรือมากกว่าอิเล็กตรอนออกจากอนุภาคตัวอย่างที่จะทำให้ประจุบวก.

ส่วนใหญ่ของไอออนบวกที่เกิดขึ้นจะดำเนินการดูแลของ +1 เพราะมันเป็นมากขึ้นยากที่จะลบอิเล็กตรอนเพิ่มเติมจากไอออนบวกอยู่แล้ว.

เหล่านี้ประจุบวกจะถูกชักชวนให้ออก เข้าไปในส่วนที่เหลือของเครื่องโดยไล่ไอออนซึ่งเป็นแผ่นโลหะอื่นแบกประจุบวกเล็กน้อย.

หมายเหตุ: ในขณะที่คุณจะเห็นในช่วงเวลาที่ห้อง Ionisation ทั้งหมดจะถูกจัดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าในเชิงบวกของประมาณ 10,000 โวลต์ ที่เรากำลังพูดถึงสองแผ่นมีประจุบวกค่าใช้จ่ายเหล่านี้อยู่ในนอกจากนี้การที่ 10,000 โวลต์.

เร่ง



ประจุบวกมันไส้ออกไปจากห้อง Ionisation ในเชิงบวกมากและผ่านสามช่องสุดท้ายหนึ่งซึ่งเป็นที่ 0 โวลต์ . แผลกลางดำเนินแรงดันกลางบางส่วน ไอออนทั้งหมดที่มีการเร่งตัวขึ้นเป็นลำที่มุ่งเน้นประณีต.

โก่ง



ไอออนที่แตกต่างกันมีการเบี่ยงเบนโดยสนามแม่เหล็กโดยจำนวนเงินที่แตกต่างกัน ปริมาณของการโก่งขึ้นอยู่กับ:

มวลของไอออน ไอออนที่มีน้ำหนักเบาจะถูกหักเหมากกว่าคนที่หนักกว่า.

ค่าใช้จ่ายในไอออน ไอออนที่มี 2 (หรือมากกว่า) ประจุบวกกับ De