Масс-спектрометр
_{Mass-spectrometer}

    Масс-спектрометр – прибор для определения масс атомов (молекул) по характеру движения их ионов в электрическом и магнитном полях.
    Нейтральный атом не подвержен действию электрического и магнитного поля. Однако, если отнять у него или добавить ему один и более электронов, то он превратится в ион, характер движения которого в этих полях будет определяться его массой и зарядом. Строго говоря в масс-спектрометрах определяется не масса, а отношение массы к заряду. Если заряд известен, то однозначно определяется масса иона, а значит масса нейтрального атома и его ядра. Конструктивно масс-спектрометры могут сильно отличаться друг от друга. В них могут использоваться как статичные поля, так и изменяющиеся во времени поля, магнитные и/или электрические.

Схема масс-спектрометра: 1 - ионный источник, 2, 4 - щелевые диафрагмы, 3 - область однородных и постоянных электрического и магнитного полей (силовые линии электрического поля направлены вдоль плоскости рисунка м показаны стрелками, область магнитного поля показана штриховкой, его силовые линии перпендикулярны плоскости рисунка), 5 - область однородного и постоянного магнитного поля (силовые линии перпендикулярны плоскости рисунка), 6 - траектория иона, 7 - детектор.

    Рассмотрим один из наиболее простых вариантов.
    Масс-спектрометр состоит из следующих основных частей:
а) ионного источника, где нейтральные атомы превращаются в ионы (например, под действием нагревания или СВЧ-поля) и ускоряются электрическим полем, б) области постоянных электрических и магнитных полей, и в) приёмника ионов, определяющего координаты точек, куда попадают ионы, пересекшие эти поля.
    Из ионного источника 1 ускоренные ионы через щель 2 попадают в область 3 постоянного и однородного электрического E и магнитного B₁ полей. Направление электрического поля задаётся положением пластин конденсатора и показано стрелками. Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости рисунка. В области 3 электрическое E и магнитное B₁ поля отклоняют ионы в противоположные стороны и величины напряжённости электрического поля Е и индукции магнитного поля B₁ подобраны так, чтобы силы их действия на ионы (соответственно qЕ и qvB₁, где q – заряд, а v – скорость иона) компенсировали друг друга, т.е. было qЕ = qvB₁. При скорости иона v = Е/B₁ он движется не отклоняясь в области 3 и проходит через вторую щель 4, попадая в область 5 однородного и постоянного магнитного поля c индукцией B₂. В этом поле ион движется по окружности 6, радиус R которой определяется из соотношения
Мv²/R = qvB₂, где М – масса иона. Так как v = Е/B₁, масса иона определяется из соотношения

M = qB₂R/v = qB₁B₂R/E.

Таким образом, при известном заряде иона q его масса M определяется радиусом R круговой орбиты в области 5. Для расчётов удобно использовать соотношение в системе единиц, приведённой в квадратных скобках:

M[Тл] = 10⁶ZB₁[Тл]B₂[Тл]R[м]/E[В/м].

    Если в качестве детектора ионов  7 использовать фотопластинку, то этот радиус с высокой точностью покажет чёрная точка в том месте проявленной фотопластинки, куда попадал пучок ионов. В современных масс-спектрометрах в качестве детекторов обычно используют электронные умножители или микроканальные пластинки. Масс-спектрометр позволяет определять массы с очень высокой относительной точностью ΔМ/М = 10^-8 - 10^-7.
    Анализ масс-спектрометром смеси атомов различной массы позволяет также определить их относительное содержание в этой смеси. В частности, может быть установлено содержание различных изотопов какого-либо химического элемента.

См. также

• Ускорительная масс-спектрометрия космогенных нуклидов
  MASHA: синтез и свойства ядер
• Инструментальная база физики частиц и ядер
• Энергии связи и массы ядер