Ein Massenspektrometer ist eine Waage für einzelne Atome. Es reißt einem Atom ein Elektron heraus, um ein Ion zu erzeugen, schleudert die Ionen durch eine bekannte Spannung, damit sie alle dieselbe Energie tragen, und lenkt sie dann durch ein Magnetfeld. Die Lorentzkraft auf eine bewegliche Ladung steht immer senkrecht zu ihrer Bewegung, sodass jedes Ion auf eine Kreisbahn gezwungen wird — und weil ein schwereres Ion schwerer umzulenken ist, schwingt es auf einem weiteren Bogen. Ein Element tritt in den Magneten ein und ein Fächer getrennter Strahlen kommt heraus, einer für jedes Isotop.
Diese Ausstellung berechnet diese Physik exakt. Jedes Ion gewinnt dieselbe kinetische Energie qV = ½mv², sodass die leichteren den Beschleuniger schneller verlassen; im Feld folgt jedes einem Kreis mit Radius r = mv/(qB) = √(2mV/q)/B, und der Auftreffpunkt am Detektor skaliert mit √(m/q). Wählen Sie Neon und das berühmte ²⁰Ne/²²Ne-Dublett trennt sich auf der Platte — genau die Messung, mit der Francis Aston 1919 bewies, dass ein einzelnes Element ein Gemisch aus Isotopen sein kann, eine Arbeit, die ihm den Nobelpreis einbrachte. Schalten Sie auf Xenon um für einen Wald aus neun Peaks, erhöhen Sie das Feld, um das Spektrum einzuziehen, oder öffnen Sie die Quellenenergieverbreiterung und beobachten Sie, wie die Linien verschwimmen, genau wie echte Auflösungsgrenzen es tun.
Zwei Detektoren sind angeschlossen: eine fotografische Platte, die jede Masse gleichzeitig aufzeichnet, so wie Aston es tat, und ein einzelner Faraday-Becher, der an einem festen Radius sitzt, während das Feld durchgefahren wird, sodass jedes Isotop ihn der Reihe nach passiert und das Peakspektrum malt, das jedes moderne Instrument ausdruckt. Dasselbe Spiel aus Feldern und Kräften — beschleunigen, ablenken, detektieren — ist das, was Sie Gatter für Gatter im DigiSim Logic Lab verdrahten können.
Technische Daten
- Prinzip
- Lorentzkraft lenkt Ionen ab; r = √(2mV/q) ⁄ B
- Trennung
- Auftreffposition ∝ √(m/q) — Isotopen fächern sich auf
- Proben
- Neon, Chlor, Xenon, Blei — echte Isotopenabundanzen
- Simuliert
- Exakte Ionenoptik, live Plattenbelichtung + Faraday-Sweep
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