Un spectromètre de masse est une balance pour les atomes individuels. Il arrache un électron à chaque atome pour créer un ion, propulse les ions à travers une tension connue pour qu'ils portent tous la même énergie, puis les courbe à travers un champ magnétique. La force de Lorentz sur une charge en mouvement est toujours perpendiculaire à son mouvement, elle enroule donc chaque ion sur un cercle — et comme un ion plus lourd est plus difficile à faire tourner, il décrit un arc plus large. Un élément entre dans l'aimant et un éventail de faisceaux distincts en sort, un pour chaque isotope.
Cette exposition reproduit cette physique exactement. Chaque ion acquiert la même énergie cinétique qV = ½mv², de sorte que les plus légers quittent l'accélérateur plus vite ; dans le champ, chacun suit un cercle de rayon r = mv/(qB) = √(2mV/q)/B, et le point d'atterrissage sur le détecteur est proportionnel à √(m/q). Choisissez le néon et le célèbre doublet ²⁰Ne / ²²Ne se sépare sur la plaque — la mesure même avec laquelle Francis Aston a prouvé en 1919 qu'un seul élément peut être un mélange d'isotopes, des travaux qui lui ont valu le prix Nobel. Passez au xénon pour une forêt de neuf pics, augmentez le champ pour ramener le spectre vers l'intérieur, ou ouvrez la dispersion en énergie de la source et regardez les lignes se brouiller, comme le font les vraies limites de résolution.
Deux détecteurs sont câblés : une plaque photographique qui enregistre toutes les masses à la fois, comme le faisait Aston, et une seule coupelle de Faraday qui se positionne à un rayon fixe pendant que le champ est balayé, de sorte que chaque isotope la traverse à son tour et trace le spectre de pics que tout instrument moderne imprime. La même danse de champs et de forces — accélérer, dévier, détecter — est celle que vous pouvez câbler porte par porte dans le Logic Lab de DigiSim.
Caractéristiques
- Principe
- La force de Lorentz courbe les ions ; r = √(2mV/q) ⁄ B
- Séparation
- Position d'atterrissage ∝ √(m/q) — les isotopes s'éventent
- Échantillons
- Néon, chlore, xénon, plomb — abondances isotopiques réelles
- Simulé
- Optique ionique exacte, exposition de plaque en direct + balayage Faraday
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