ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΟΣ ΜΑΖΑΣ

ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΟΣ ΜΑΖΑΣ

ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΟΣ ΜΑΖΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Ο φασματογράφος μάζας είναι ένα όργανο που διαχωρίζει ιόντα που έχουν διαφορετικό πηλίκο μάζας προς φορτίο.

Ο Francis William Aston (1 Σεπτεμβρίου 1877-20 Νοεμβρίου 1945) ήταν Βρετανός χημικός και φυσικός που κέρδισε το 1922 το βραβείο Νόμπελ Χημείας 

 Ο πρώτος φασματογράφος μάζας,κατασκευάστηκε το 1919 από τον Francis Aston (Άστον),μαθητή του Τhomson.Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται μια παραλλαγή αυτού του φασματογράφου,που κατασκευάστηκε από τον Bainbridge (Μπέινμπριτζ).

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΟΥ ΜΑΖΑΣ

 Ιόντα από μια πηγή περνούν μέσα από τις σχισμές S1 και S2 σχηματίζοντας μια λεπτή δέσμη.Στη συνέχεια τα ιόντα περνούν μέσα από  ένα φίλτρο ταχυτήτων με πεδία Ε και Β,από όπου διέρχονται μόνο εκείνα που έχουν ταχύτητα:

                                                                               υ=Ε\Β

 Τέλος,τα ιόντα εισέρχονται σε μια περιοχή όπου υπάρχει ομογενές μαγνητικό πεδίο B',κάθετο στην ταχύτητά τους.Το μαγνητικό πεδίο τα αναγκάζει να κινηθούν σε ημικυκλική τροχιά,ακτίνας R,μέχρι να πέσουν πάνω σε μια φωτογραφική πλάκα.Από το ίχνος που αφήνουν στη φωτογραφική πλάκα μας είναι γνωστή η ακτίνα της τροχιάς που διέγραψαν.

O φασματογράφος μάζας του Bainbridge χρησιμοποιεί ένα φίλτρο ταχυτήτων για την παραγωγή δέσμης ιόντων με την ίδια ταχύτητα.Στην περιοχή του μαγνητικού πεδίου B',τα ιόντα με τη μεγαλύτερη μάζα κινούνται σε τροχιά μεγαλύτερης ακτίνας

 Η ακτίνα της κυκλικής τροχιάς μέσα στο μαγνητικό πεδίο είναι:

                                                                               R=m·υ/Β'·q

 Από τις δυο τελευταίες σχέσεις προκύπτει:

                                                                               m/q=R·B·B'/E

 Η ακτίνα R υπολογίζεται από το ίχνος που αφήνουν τα ιόντα στη φωτογραφική πλάκα ενώ τα πεδία E,B και B' είναι γνωστά.

 Δύο σωματίδια με ίδιο φορτίο αλλά με διαφορετική μάζα θα αφήσουν στη φωτογραφική πλάκα διαφορετικά ίχνη.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΟΥ ΜΑΖΑΣ

 Ένα από τα πρώτα αποτελέσματα που έδωσε ο φασματογράφος μάζας ήταν ότι το νέον αποτελείται από δύο είδη ατόμων,με γραμμοατομικές μάζες 20 g/mol και 22 g/mol αντίστοιχα.Αυτό οφείλεται στο διαφορετικό αριθμό νετρονίων που έχουν στον πυρήνα τους τα δύο αυτά είδη ατόμων νέου.Άτομα των οποίων οι πυρήνες έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων (ατομικός αριθμός) αλλά διαφορετικό αριθμό νουκλεονίων δηλαδή,πρωτονίων και νετρονίων (μαζικό αριθμό),ονομάζονται ισότοπα.Μεταγενέστερα πειράματα έδειξαν ότι πολλά στοιχεία έχουν ισότοπα.Για παράδειγμα το χλώριο υπάρχει με μαζικό αριθμό 35 ( είναι και το 75% του χλωρίου στη φύση) και με μαζικό αριθμό 37 ( το 25%),ο άνθρακας με μαζικό 12 αλλά και με μαζικό 14 κ.ο.κ.

Ένας σύγχρονος φασματογράφος μάζας

 Στην πράξη,με τη τελευταία σχέση,μετράμε τις μάζες των διαφόρων ισοτόπων ενός δεδομένου ιόντος με γνωστό φορτίο.Επίσης,μπορούμε να μετρήσουμε και τους λόγους των μαζών,ακόμη και εάν δε γνωρίζουμε το φορτίο.