Масс_спектрограф_Взвешивая_атомы

1.

Масс-спектрограф
Принцип работы, физические основы и применение взвешивания атомов и молекул

2.

Как взвесить незаметное?
Масс-спектрография — метод исследования вещества путем определения массы и
количества его ионов в электрических и магнитных полях.

3.

Принцип работы прибора
• Ионизация: Атомы образца превращаются в положительно
заряженные ионы.
• Ускорение: Электрическое поле разгоняет ионы до высокой
скорости.
• Отклонение: Магнитное поле заставляет ионы двигаться по
дуге.
• Разделение: Траектория зависит от массы: легкие ионы
отклоняются сильнее, тяжелые — слабее.

4.

Основные узлы прибора
1. Источник ионов
2. Масс-анализатор
3. Детектор
Превращает нейтральные атомы и
молекулы в ионы с помощью
электронного удара или лазера.
Разделяет ионы в вакууме по
соотношению их массы к заряду
под действием полей.
Фиксирует попадание ионов и
формирует электрический сигнал
для построения спектра.

5.

История открытия
Джозеф Томсон и Фрэнсис Астон
В 1912 году Дж. Дж. Томсон создал первый прототип прибора,
открыв изотопы неона.
Фрэнсис Астон усовершенствовал масс-спектрограф, за что
получил Нобелевскую премию в 1922 году. Он доказал
существование изотопов большинства химических элементов.

6.

Физическая основа метода
m/q
Отношение массы к заряду
Радиус траектории движения иона R в магнитном поле пропорционален его
массе m и скорости v, и обратно пропорционален заряду q и индукции поля B.

7.

Почему ионы разделяются?
Сила Лоренца: На движущийся заряженный ион в магнитном поле действует перпендикулярная сила, заставляющая его
двигаться по дуге.
Инерция легких и тяжелых частиц: Легкие ионы легко меняют направление, а тяжелые ионы движутся по большему
радиусу.
Селекция по скоростям: Предварительно ионы уравниваются по кинетической энергии в ускоряющем электрическом поле.

8.

Разрешающая способность
Разрешающая способност ь показывает способност ь прибора разделят ь ионы с близкими массами.

9.

Где применяется прибор?
Химия и Медицина
Криминалистика
Космонавтика
Анализ белков, поиск лекарств и обнаружение
Идентификация неизвестных веществ и допингИсследование состава атмосфер других планет и
примесей.
контроль.
комет.

10.

Развитие технологии
1919
1999
Астон создает масс-спектрограф с
Изобретение ловушки Orbitrap
фокусировкой по скорости.
Александром Макаровым.
1912
1953
Открытие изотопов Томсоном с помощью
Изобретение квадрупольного
параболического спектрографа.
анализатора Вольфгангом Паулем.

11.

Значение для науки
“
Масс-спектрометрия позволила физикам заглянуть в
самые глубины строения ядра атома.
”
— Из истории современной физики

12.

Спасибо за внимание!
Готов ответить на ваши вопросы по масс-спектрографии.
Физика • Химия • Аналитические приборы