Lösung12 - Technische Universität München

1. Massenspektrometer
Physik Department, Technische Universität München, PD Dr. W. Schindler
ÜBUNGEN ZU EXPERIMENTALPHYSIK 2 - SS 11
Lösungen zu Übungsblatt 12
Ein einfaches Massenspektrometer besteht aus einer Nacheinanderschaltung mehrere Komponenten; zuerst kommt ein
Ionisationsbereich, dann ein Geschwindigkeitsfilters und dann ein Massenanalysator (vgl. Abbildung). Aus dem Ausgang
des Ionisationsbereiches sollen einfach positiv ionisierte Teilchen mit einer breiten Geschwindigkeitsverteilung austreten.
Ein gebräuchlicher Geschwindigkeitsfilter ist der so genannte “Wienfilter” in dem ein konstantes E-Feld und ein konstantes
B-Feld senkrecht aufeinander stehen. Der Analysator besteht aus einem Raum mit konstantem B-Feld, dessen Betrag
einstellbar ist, und einem empfindlichen Detektor nach einem Austrittsspalt.
(a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Teilchen die den Wienfilter passieren, wenn der Betrag des E-Feldes 1 kV
m und
der des B-Feldes 0.1T ist.
(b) Der Ausgangsspalt des Analysators sei 2 mm breit und 10 cm vom Eingangsspalt (auch 2 mm breit) entfernt (Mitte
zu Mitte). Welche Teilchen treffen auf den Detektor, wenn im Analysator die B-Feldstärke 0.1T beträgt?
(c) Nehmen Sie an, dass alle Teilchen die aus dem Wienfilter kommen exakt die gleiche Geschwindigkeit haben. Welches
erreicht dieser Analysator?
Auflösungsvermögen R = m
∆m
(a) Im Wienfilter wirkt auf die geladenen Teilchen eine elektrische Kraft (in der abgebildeten Geometrie nach unten) und
eine Lorentzkraft (nach oben). Nur die Lorentzkraft ist abhängig von der Geschwindigkeit. Bei sinnvoll eingestellten Parametern
gibt es eine Geschwindigkeit, bei der die beiden Kräfte den gleichen Betrag haben. Teilchen dieser Geschwindigkeit
ändern Ihre Richtung nicht und passieren die zweite Blende.
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