Das Massenspektrometer     GFS von Markus Schultz           21.02.05
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Das Massenspektrometer  3.1 Ionenquelle – Möglichkeit 1 - VerdampfungEs gibt viele verschiedene Methoden die notwendige  I...
Das Massenspektrometer 3.1 Ionenquelle – Möglichkeit 2 - StoßionisationDie Methode, auf die ich mich im Folgenden  beziehe...
Das Massenspektrometer              3.2 GeschwindigkeitsfilterDa diese Ionen aber unterschiedliche Geschwindigkeiten   und...
Das Massenspektrometer         3.2 Geschwindigkeitsfilter - FiltereffektNur Ionen, bei denen beide Kräfte (Lorentz und ele...
Das Massenspektrometer                      3.3 AblenkfeldDie Ionen, die nun alledie gleiche Geschwindigkeitbesitzen, werd...
Das Massenspektrometer           3.4 Massenspektrum / DetektorIm Grunde ist der einfachste Detektor eine  Fotoplatte.Hier ...
Das Massenspektrometer                     4. AuwertungWie schon in Punkt 1 erwähnt ist die Intensität dieser  Linien des ...
Das Massenspektrometer                     4. Auwertung                         q. B .r                      m=           ...
Das Massenspektrometer                 4.1 HerleitungAus                  und                               UAB=1/2*m*v²  ...
Das Massenspektrometer                            QuellenangabenDorn Bader – Physik 12/13http://www.mpch-mainz.mpg.de/~geo...
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Physik Massenspektrometer

  1. 1. Das Massenspektrometer GFS von Markus Schultz 21.02.05
  2. 2. Das Massenspektrometer1 Was ist ein Massenspektrometer?2 Geschichte3 Aufbau  3.1 Ionenquelle  3.2 Geschwindigkeitsfilter  3.3 Ablenkfeld  3.4 Massenspektrum / Detektor4 Auswertung  4.1 Herleitung5 Quellenangaben
  3. 3. Das Massenspektrometer 1. Was ist ein Massenspektrometer ?Ein Spektrometer kennt jeder als Instrument, das zur Aufspaltung von Licht in sein Spektrum dient.
  4. 4. Das Massenspektrometer 1. Was ist ein Massenspektrometer ?Ein Massenspektrometer funktioniert auf ähnliche Weise, trennt aber Atome statt Licht in ein "Massenspektrum".Wird nur ein einziges Element gemessen, trennt das Massenspektrometer die Isotope dieses Elements in deutliche Linien, da jedes Isotop eine etwas unterschiedliche Masse hat.Mit einem Massenspektrometer kann man somit die isotopische Zusammensetzung eines Elements sehr genau bestimmen.Die Intensität der Linien des Massenspektrums proportional zu den Häufigkeiten der Isotope eines Elements.
  5. 5. Das Massenspektrometer 2. GeschichteDer Massenspektrometer wurde zum ersten mal durch den englischen Chemiker und Physiker Francis William Aston erfolgreich eingesetzt.Hierfür erhielt er 1922 den Nobelpreis der Chemie
  6. 6. Das Massenspektrometer 3. Aufbau
  7. 7. Das Massenspektrometer 3. AufbauIn erster Linie besteht ein Massenspektrometer aus vier Haupt- komponenten: Der Ionenquelle Geschwindigkeitsfilter Dem Ablenkfeld Dem Detektorsystem
  8. 8. Das Massenspektrometer 3. AufbauEs wird in den meisten Fällen ein sog. Geschwindigkeitsfilter eingebaut.Um ein Massenspektrometer sinnvoll zu betreiben, benötigt man außerdem ein Pumpensystem um das notwendige Vakuum zu erzeugen, damit die Ionen ungestört von der Quelle zu den Detektoren fliegen können und nicht mit Luftmolekülen kollidieren.Und um die Bedienung des Geräts und der Auswertung des Spektrums zu vereinfachen, benötigt man einen dafür geeigneten Computer.
  9. 9. Das Massenspektrometer 3.1 Ionenquelle – Möglichkeit 1 - VerdampfungEs gibt viele verschiedene Methoden die notwendige Ionisierung herbei zu führen. Im Grunde funktionieren sie alle nach dem selben Prinzip:Eine Probe wird verdampft → heißes Gas entstehtIm heißen Gas stoßen die Atome aneinander.Dabei verlieren sie einige ihrer Elektronen. (oder sie nehmen freie Elektronen auf)Dadurch erhält man elektrisch geladene AtomeDiese geladenen Atome nennt man positive bzw. negative Ionen
  10. 10. Das Massenspektrometer 3.1 Ionenquelle – Möglichkeit 2 - StoßionisationDie Methode, auf die ich mich im Folgenden beziehen werde ist diese:Es werden schnelle Elektronen auf neutrale Atome geschossen.Dabei nehmen die Atome die Elektronen auf und tragen nun die Ladung (e, 2e, 3e…)Dadurch erhält man geladene Atome, die allerdings unterschiedliche Geschwindigkeiten und Richtungen aufweisen.Diese geladenen Atome nennt man positive bzw. negative Ionen
  11. 11. Das Massenspektrometer 3.2 GeschwindigkeitsfilterDa diese Ionen aber unterschiedliche Geschwindigkeiten und Richtungen besitzen, werden sie nun durch einen Geschwindigkeitsfilter geleitet.In diesem Aufbau zeigt die elektrische Kraft auf positive Ionen nach links, die Lorentzkraft nach rechts, da das B-Feld in die Zeichenebene hinein läuft.
  12. 12. Das Massenspektrometer 3.2 Geschwindigkeitsfilter - FiltereffektNur Ionen, bei denen beide Kräfte (Lorentz und elektrische Kraft) gleich stark sind, fliegen geradlinig durch den Geschwindigkeitsfilter.Dadurch gilt: FL= Fe und somit q v B = q ESomit besitzen alle Ionen, die den Filter passieren die Bedingung/Geschwindigkeit: V = E BTreten nun Ionen, die zu „langsam“ für den Filtersind in diesen ein, dann ist die elektrische Kraftso stark, dass die Ionen zur linken Kondensatorplattefliegen.Sind Ionen zu „schnell“, überwiegt die Lorentzkraft und die Ionen fliegen zur rechten Kondensatorplatte.
  13. 13. Das Massenspektrometer 3.3 AblenkfeldDie Ionen, die nun alledie gleiche Geschwindigkeitbesitzen, werde in ein weiteres Magnetfeld (B-Feld) geleitet.In diesem B-Feld werden die Ionen durch die Lorentzkraft auf eine Kreisbahn gelenkt.(die Lorentzkraft ist hier die Zentripetalkraft)Hier gilt: FL = FZ oder ausgeschrieben: q .v .B =m . v² r q. B .rDaraus ergibt sich: m = v
  14. 14. Das Massenspektrometer 3.4 Massenspektrum / DetektorIm Grunde ist der einfachste Detektor eine Fotoplatte.Hier wird die Fotoschicht an den Stellen belichtet, wo Ionen auftreffen.Somit erhält man auf der Fotoplatte ein Spektrum der IonenmassenBei Anwendungen, bei denen es auf die Genauigkeit der Messergebnisse ankommt, werden elektrische Detektoren verwendet.
  15. 15. Das Massenspektrometer 4. AuwertungWie schon in Punkt 1 erwähnt ist die Intensität dieser Linien des Massenspektrums proportional zu den Häufigkeiten der Isotope eines Elements.Durch die Massenspektrometrie kann die Ionenladung q nicht bestimmt werden und muss daher anderweitig ermittelt werden.
  16. 16. Das Massenspektrometer 4. Auwertung q. B .r m= vDie Variablen B und r können bei der Massenspektroskopie gemessen/eingestellt werden.Eine der beiden Größen m und r sind immer bekannt. dadurch kann die gesuchte Größe immer bestimmt werden.Bei konstantem v besteht eine Proportionalität zwischen der Masse m und dem Radius r der Ionenbahn.Die Masse m der Ionen kann im Idealfall von dem Spektrum der Fotoplatte abgelesen werden.
  17. 17. Das Massenspektrometer 4.1 HerleitungAus und UAB=1/2*m*v² Auf v aufgelöstErgibt sich:Wobei UAB die Spannung Ionenquelle ist.
  18. 18. Das Massenspektrometer QuellenangabenDorn Bader – Physik 12/13http://www.mpch-mainz.mpg.de/~geo/sjg/msblatt.htmlhttp://de.wikipedia.org/wiki/Massenspektrometerhttp://de.wikipedia.org/wiki/Francis_William_Astonhttp://www.gymmelk.ac.at/~the/phklass/klasse8/quanten/boltzmk/Mspektr2.htmhttp://www.wissen.de Suchbegriff: Massenspektrometrie Grafikenhttp://www.shimadzu.de/produkte/chromato/gcms/qp2010/qp2010.jpghttp://www.mpifr-bonn.mpg.de/public/angela/licht.jpg
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