Aufgaben zum Massenspektrometer
Abbildung 48: Bewegung eines Ions im Massenspektrometer,
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Sgbeer: Eigenes Werk,( Fremdes Angebot: CC-BY SA 3. 0 (öffnet in neuem Tab))
1. Aufgabe (leicht):
Wasserstoffatome werden zunächst ionisiert, so dass die Produkte dann einfach positiv geladene Ionen sind. Hierbei werden aber nicht nur Protonen H+ erzeugt, sondern zu einem sehr geringen Anteil auch einfach geladene Deuterium-Ionen 2H+. Nachdem diese einen Geschwindigkeitsfilter durchlaufen haben, gelangen sie nach Abbildung 48 in ein homogenes Magnetfeld. Die Deuterium-Ionen durchlaufen im Vergleich zu den Protonen ...
2. Aufgabe (mittel):
Positiv geladene Kohlenstoffionen durchlaufen alle einen Geschwindigkeitsfilter und treten dann mit gleicher Geschwindigkeit in den Raum mit dem homogenen Magnetfeld nach Abb. 48 ein. Andere Teilchen mit dem gleichen q/m-Verhältnis haben den gleichen Geschwindigkeitsfilter durchlaufen und treten ebenfalls in den Raum mit dem homogenen Magnetfels ein. Sie durchlaufen im Vergleich zu den Kohlenstoffionen ...
3. Aufgabe (mittel):
Die Nickelisotope
58Ni+
und
60Ni+
werden nach ihrer Erzeugung beide mit der gleichen Spannung
UB
auf ihre Endgeschwindigkeit beschleunigt, bevor sie in den Raum (grauer Bereich in der Abb. 46) mit dem homogenen Magnetfeld eindringen.
Abbildung 46: Die Bewegung geladener Teilchen im homogenen Magnetfeld als Teil eines Massenspektrometers. Quelle: Barb Newitt Fremdes Angebot: https://www.geogebra.org/m/dFQG5amD (öffnet in neuem Tab) ( Fremdes Angebot: CC BY-SA 3.0 (öffnet in neuem Tab)) , Fremdes Angebot: GeoGebra Terms of Use (öffnet in neuem Tab)
Die Bahnradien der Teilchen sind ..
4. Aufgabe (leicht)
Ein Proton tritt mit einer Geschwindigkeit von 6•107 m/s ins homogene Magnetfeld mit der magnetischen Flussdichte von 0,8 T ein. Berechnen Sie den Bahnradius. Bitte geben Sie Ihr Ergebnis mit mindestens drei signifikanten Stellen und Dezimalpunkt an.
Das Dezimalkomma wird zur Eingabe durch einen Punkt ersetzt und eine Zehnerpotenz, z.B. 107, wird hier als E7 verlangt. So wird z.B. die Zahl 62,3•107 als 62.3E7 eingegeben.
5. Aufgabe (mittel)
Die Ionisierung von Molekülen zur Präparation für die Massenspektroskopie erfolgt ähnlich wie im Kapitel Ionenerzeugung beschrieben, durch die Stöße mit schnellen Elektronen. Dabei zerfallen größere Moleküle häufig in einfach positiv geladene Bruchstücke. Ein Methanmolekül (CH4) zum Beispiel kann in ein Proton und ein Methylkation CH3+ zerfallen.
Die Protonen gelangen mit einer Geschwindigkeit von 6•107 m/s, die Methylkationen mit einer Geschwindigkeit von 6•106 m/s ins Magnetfeld der Stärke B = 0,6 T.
Berechnen Sie die jeweiligen Bahnradien. Bitte geben Sie Ihre Ergebnisse mit mindestens drei signifikanten Stellen und Dezimalpunkt an (z.B. 1.23E12).
6. Aufgabe (schwer)
Selbst äußerst geringe Konzentrationen von Stoffen können mit der Massenspektroskopie nachgewiesen werden. So können auch sehr bekannte Stoffe nachgewiesen werden, deren Einnahme aber unter bestimmten Umständen verboten ist.
Abb. 50: Das "Massenspektrum" einer unbekannten organischen Verbindung. Die Größe der Intensitäten, abhängig vom Bahnradius der Teilchen, sind hier aber unwichtig und alle auf 1 normiert. Die bei diesem Massenspektrometer eingestellten Parameter sind ebenfalls angegeben. Zum Vergrößern bitte die Abbildung anklicken. Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
Die verschiedenen "Peaks" geben auch die bei der Ionisierung entstandenen Zerfallsprodukte wieder (siehe Aufgabe 5). Alle Teilchen sind einfach positiv geladen.
Ermitteln Sie zunächst die zu den "Peaks" passenden Massen in der Einheit u. Ermitteln Sie dann den korrekten Namen der gesuchten chemischen Verbindung und den Namen des Zerfallsprodukts mit der geringsten Masse.
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