Massenspektrometer?

Das Prinzip eines Massenspektrometers basiert auf der Ablenkung von Ladungen in einem homogenen Magnetfeld. Einfach positive geladene lonen mit Geschwindigkeit v =10^4 m/s werden in einem Magnetfeld B = 0,3 T auf eine Kreisbahn gezwungen, deren Radius gemessen wird.

1. In welche Richtung ist das magnetische Feld gerichtet?
2. Welche Masse hat ein Ion, für das ein Radius von 5,5 mm detektiert wird? (Um welches Element könnte es sich handeln?)

Answer 1

[Picus48]

Auf bewegte Ladung in einem Magnetfeld wirkt die Lorentzkraft. Erfolgt die Bewegung senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes, können die vektoriellen Größen durch die Skalare ersetzen und man erhält:

F_L = Q * v * B

Die Lorentzkraft bewirkt eine senkrecht zur Bewegungsrichtung stehende Beschleunigung, die das geladene Teilchen auf eine Kreisbahn zwingt. Die Radialkraft ist also gleich der Lorentzkraft.

F_R = F_L

m * v²/r = Q * v * B

m/Q = r * B/v = 5,5 * 10⁻³ m * 0,3 T/(10⁴ m/s) = 0,165 mg/C

Mit der Umrechnung von 6.241*10¹⁸ Elementarladungen pro Coulomb und der Avogadro-Konstante 6,022 * 10²³ 1/mol erhält man dann:

m/e = 15,9 g/mol

Vermutlich handelt es sich um ein ionisiertes Sauerstoffmolekül O₂²⁻