Das Massenspektrometer Vortrag von Leonard Poetzsch und Sebastian Milster

Gliederung: Geschichte Aufbau 2.1 Ionenquelle 2.2 Geschwindigkeitsfilter 2.3 magnetisches Ablenkfeld und Fotoplatte 3. Nutzen 4. Quellen

1. Geschichte zur Entdeckung: 1912 führten Francis William Aston (1877-1945) und Joseph John Thomson (1856-1940) den ersten Nachweis von Isotopen durch die Ablenkung in magnetischen und elektrischen Feldern. Das Massenspektrometer wurde vom britischen Physiker Aston im Jahre 1919 entwickelt. Er kreuzte erstmals ein magnetisches Feld mit einem Elektrischen. Dafür erhielt er 1922 den Nobelpreis für Chemie.

2. Aufbau: Geschwindigkeitsfilter Massenspektrum Geschwindigkeitsfilter Ein Massenspektrometer besteht prinzipiell aus einer Ionenquelle, einem Geschwindigkeitsfilter, einem magnetischen Ablenkfeld und einer Fotoplatte.

2.1 Ionenquelle: Elektronen werden mit hoher Geschwindigkeit auf Atome geschossen, dadurch lösen sich Elektronen aus ihrer Atomhülle. Die Atome wurden ionisiert und treten aus der Ionenquelle in den Geschwindigkeitsfilter ein. Die Geschwindigkeiten haben unterschiedliche Richtungen und Beträge.

2.2 Geschwindigkeitsfilter: Der Geschwindigkeitsfilter besteht aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld, die senkrecht aufeinander stehen. Die elektrische Feldkraft (FE) wirkt auf die Ionen nach links und die Lorentzkraft (FL), welche die Ionen durch ihre Bewegung durch das Magnetfeld erfahren, wirkt auf die Ionen nach rechts.

FE = FL Q*E = Q*v*B E = v*B v = E/B E (elektrische Feldstärke) und B (magnetische Flussdichte) sind konstant! Dadurch wird erreicht, dass nur Ionen, die mit der Geschwindigkeit v in den Geschwindigkeitsfilter eintreten, ihn auch verlassen. Sind sie zu schnell, überwiegt die Lorentzkraft. Sind sie zu langsam überwiegt die elektrische Feldkraft. In beiden Fällen führen die Ionen keine geradlinige Bewegung aus und stoßen gegen einen der Kondensatorplatten oder durchtreten nicht den Spalt. Nur wenn die Kräfte sich ausgleichen passiert das Ion den Geschwindigkeitsfilter.

2.3 Das magnetische Ablenkfeld: Die Ionen treten nun in ein homogenes Magnetfeld ein. Auf sie wirkt nur noch die Lorentzkraft und sie werden auf eine Kreisbahn gezwungen. FL = FR

FL = FR Q*v*B = (m*v²)/r Q/m = v/(B*r) Auf der Fotoplatte kann nun der Bahnradius der Ionen abgelesen werden, die magnetische Flussdichte (B) ist bekannt und die Geschwindigkeit v wird über die elektrische Feldstärke und die magnetische Flussdichte des Geschwindigkeitsfilters ermittelt werden (v = E/B). Somit kann die spezifische Ladung (Q/m) der Ionen festgestellt werden. Wenn die Ladung der Ionen bekannt ist, kann man sehr genau die Massen der Ionen ermitteln.

3. Nutzen: Mithilfe des Spektrometers war es nun möglich die spezifische Ladung von geladenen Teilchen zu bestimmen. Wenn die Ladung bekannt ist, lässt sich das Massenspektrum eines Stoffes und somit die genaue Zusammensetzung ermitteln.

4. Quellen: Schroedel, Dorn Bader, Physik Sek II Duden Paetec, Physik Gymniasale Oberstufe, Lehrbuch S II Schroedel, Metzler, Physik http://www.ubicampus.mh-hannover.de/ www.physik.tu-muenchen.de www.wikipedia.de

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