Massenspektrometer

Sirius02 · Anmeldungsdatum: 20.10.2022 Beiträge: 330

Meine Frage:
Bei einem Massenspektrometer werden positive Ionen
aus einer Ionenquelle mit Hilfe der Spannung UB beschleunigt, bevor sie in ein homogenes Magnetfeld B gelangen. Elektrostatische Linsen bilden dabei den Austrittsspalt der Ionenquelle auf den Eintrittsspalt in das
Magnetfeld ab. Durch das Magnetfeld B wird der Ionenstrahl abgelenkt und trifft auf einen ortsempfindlichen Detektor (z.B. Photoplatte) im Abstand x vom
Eintrittsspalt. Detektor und Eintrittsspalt liegen in der
gleichen Ebene. Die Ionen treten senkrecht zur Verbindungslinie zwischen dem Detektor und dem Eintrittsspalt in das Magnetfeld ein.

a) Skizzieren Sie die Flugbahn der Ionen im Massenspektrometer.

b) Berechnen Sie den Abstand x zwischen Auftreffpunkt und Eintrittsspalt in Abhängigkeit von der Ionenladung q, der Ionenmasse m, sowie den apparativen Größen UB und B.
Wie groß muss die Beschleunigungsspannung UB sein, damit bei einem Magnetfeld
B = 0.2 T einfach geladene Kohlenstoffionen (12C) im Abstand x = 10 cm vom
Eintrittsspalt auf den Detektor treffen?

c) Sie überlagern das Magnetfeld nun mit einem konstanten elektrischen Feld, sodass
die Coulombkraft der Kraft durch das magnetischen Feld entgegenwirkt.
Fertigen Sie eine Skizze des Aufbaus an.
Bestimmen Sie für eine gegebene magnetische Feldstärke B und elektrische Feldstärke E die Eigenschaften eines Teilchens, das sich geradlinig, ohne Ablenkung, durch die Anordnung bewegen kann. Skitte siehe datei

Meine Ideen:
Also zur a) das teilchen müsste auf eine kreisbahn gelangen, also sieht sie Flugbahn aus wie ein Halbkreis

b) da sich das Teilchen auf einer Kreisbahn befindet und von der Lorentzkraft abgelenkt wird, gilt: Fz=Fl

das formen wir nach r um und es kommt raus:

x ist ja nichts anderes als 2r

da wir das aber in Abhängigkeit von U haben wollen, müssen wir v ersetzten. Wir können den EES verwenden: Ekin=Eladung
also:0,5*m*v^2=q*U

nach v umgeformt:

das setzen wir nun in obrige gleichung ein und dann steht da:

kann ich da noch was kürzen? und stimmt das soweit?

c) Naja dadurch, dass das Teilchen geradelinig fliegt, gilt ja Fl =Fel, aber keine ahnung was mit Eigenschaften gemeint ist

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5797 Wohnort: Heidelberg

Hi!

b) müsste stimmen, Du kannst noch einmal

kürzen.
c) Mit Eigenschaften sind wahrscheinlich Ladung und Geschwindigkeit des Teilchens gemeint. So eine Anordnung nennt man ja auch gerne Geschwindigkeitsfilter. Dabei ist wichtig, dass die Masse keine Rolle spielt, weil das Teilchen ja gerade aus fliegt.
Ich würde halt eine Formel angeben, bei der die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von E und B und der Ladung raus kommt, wobei die Ladung halt ein ganzzahlig-Vielfaches der Elementarladung sein muss, also vielleicht einfach dann

statt

schreiben.

Gruß
Marco