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質譜儀
(民國72年典藏版)
 
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質譜儀

質譜儀(Mass Spectrometer),是測定物質質量的儀器,可以從肉眼僅見的微量樣品中,測出化合物分子量,或分子式中含碳鍵排列的資料。

質譜儀的基本原理為樣品在電子束的轟擊而失去一顆電子,成為帶正電的陽離子。

(方程式圖1)

陽離子經過加速後成為一股離子流,當我們在這股離子流的軌道上安裝一個磁場或靜電場時,離子運動的方向就會受場力的影響而產生偏轉。偏轉的程度受離子運動的速度、離子質最和磁場強度這三種因素所影饗,如下列公式所示:

(方程式圖2)

R為離子偏轉軌跡的半徑

E為離子加速器的電壓

H為磁場強度

M為離子質量

e為代表電子的數目

M/e為稱為離子的質荷比(Mass Per Charge)

假如我們把磁場強度固定下來,加速器的電壓也保持不變,則離子的質量越輕,偏轉越小;質量越重,偏轉越大。根據偏轉的程度就可以測出樣品的質量。

質譜儀的形式很多,但應用的主要原理則大同小異。質譜儀的構造加附圖所示,(見圖1)樣品被離子源撞擊而為離子狀態,以靜電加速成為離子流,經過空場區的狹縫篩選(狹縫越寬,靈敏度越大,狹縫越窄,分辨力越高。兩者不可兼得),離子流進入磁場後,其軌跡就會被磁力吸引,作扇形散開。質荷比較重的離子受磁力的影響較小;質荷比較輕的離子偏較大。磁場末端裝有一狹縫板,只容許單獨一種質荷比的離子通過,其他較重或較輕的離子都被摒諸門外,這稱為質量的聚焦。同樣的情況,在磁場後裝置有靜電場,也會影響離子流的運動方向。在靜電場末端設有另一塊狹縫板來約束離子的通過,這稱為能量的聚焦和方向的聚焦。質譜儀若只有磁場的聚焦,稱為單聚焦質譜儀。同時裝有磁場和靜電場的質譜儀叫雙聚焦質譜儀。其準確度較高,可以測出分子量小數後四個位的數字。在有機化學上往往能代替元素分析來測定分子式。

離子流經過上述多種過程的篩選,得以通過的離子數目很少,信號微弱的難以辨別。必須經過電子倍增器的放大才能記錄下來,或輸往電腦資料處理系統。

現代的質譜儀由於配合電腦資料處理系統,不但所得數據異常精確,且處理分析樣品的速度也快速無比。質譜儀不但可以測定一元素的準確質量,並可測定各同位素在元素中所占的百分比。其他如分析化合物的成分,分離鈾同位素,以及決定岩石的年代等,在地質、化學、物理等分析鑑定過程中都占了相當重要的地位。(吳義雄)

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更新日期:2004/2/26
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