Massaspektrometri

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Massaspektrometrissä magneettikenttä aiheuttaa etenevään varattuun hiukkaseen hiukkasen nopeuden ja magneettikentän suhteen kohtisuoran voiman, joka aiheuttaa hiukkasen radan kaartumisen. Mitä suurempi on hiukkasen massa, sitä suurempi radan säde.

Massaspektrometri eli massaspektrografi on laite, jota käytetään ionien ominaisvarauksien ja molekyylien massojen tutkimisessa sekä fysikaalisessa tutkimuksessa. Ionilähteestä tulevat hiukkaset kiihdytetään sähkökentässä ja johdetaan homogeenisen magneettikentän läpi, jolloin magneettikentän aiheuttaman voiman vaikutuksesta ionisuihku kaartuu: massaltaan erisuuruiset hiukkaset kaartuvat eri radansäteillä, jolloin erimassaiset hiukkaset iskeytyvät eri kohtiin valokuvauslevyä ja ne voidaan näin erottaa toisistaan.[1]

Ensimmäisen massaspektrometrin rakensi J. J. Thomsonin oppilas Francis Aston vuonna 1919. Massaspektrometrin avulla Aston pystyi erottelemaan toisistaan lukuisien aineiden isotoopit.

Toiminta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jotta atomeita pystyttäisiin tutkimaan massaspektrometrissä, ne täytyy ionisoida, koska sähkö- ja magneettikenttä vaikuttavat vain varautuneisiin hiukkasiin.

Ionilähteessä aikaansaatu ionisuihku kiihdytetään sähkökentän avulla. Ioneja kiihdytetään jännitteellä U. Ne saavat nopeuden v, kun sähkökentän tekemä työ muuttuu hiukkasten liike-energiaksi:

QU=\frac{1}{2}mv^2, josta v=\sqrt{2QU \over m}

Nopeus riippuu sekä massasta m että varauksesta Q.

Jotta ionien nopeus olisi haluttu, käytetään tämän jälkeen nopeudenvalitsinta, johon ne tulevat kohtisuoraan sähkö- ja magneettikenttää vastaan. Varattuun hiukkaseen vaikuttaa sähkömagneettisessa kentässä Lorentzin voima. Sähkökenttä kohdistaa varattuun hiukkaseen voiman F_E=QE ja magneettikenttä vastakkaissuuntaisen voiman F_B=QvB.

Voimien kumotessa toisensa saadaan:

QE-QvB=0\quad , josta v=\frac{E}{B}

Tämän ehdon täyttämät hiukkaset jatkavat matkaa suoraan.

Tämän jälkeen ionit ohjataan alueeseen, jossa on pelkästään homogeeninen magneettikenttä. Ionit saapuvat kohtisuorasti kenttää vastaan. Tällöin liikeyhtälö on

m\frac{v^2}{r}=QvB

Ionit kulkevat puoliympyrän muotoiset ratansa, joiden säde on

r=\frac{mv}{QB}

Radan säteen suuruus riippuu ionin massasta m, sen nopeudesta v, varauksesta Q ja magneettikentän magneettivuon tiheydestä B. Nopeuden ja magneettivuon tiheyden ollessa luonnollisesti samat jokaisessa tapauksessa radan säde riippuu ionin massasta ja varauksesta. Lopulta ionit osuvat esimerkiksi filmille tai tietokoneeseen kytkettyihin ilmaisimiin. Kun massaspektrografiin tuodaan esimerkiksi saman alkuaineen samanvarauksisia isotooppeja, ne pystytään erottamaan toisistaan, koska niillä on eri massat. Massaspektrometrillä voidaan määrittää myös alkuaineen eri isotooppien esiintymisrunsautta.

Massaspektrometrin soveltamisalueita[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Massaspektrometriä käytetään nykyään runsaasti proteiinianalytiikassa.

Toluene ei ms.PNG

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Young & Freedman: ”27.5”, University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 1034. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)

AIheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]