Auf­ga­ben zum Mas­sen­spek­tro­me­ter

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 U_B auf ihre End­ge­schwin­dig­keit be­schleu­nigt, bevor sie in den Raum (grau­er Be­reich in der Abb. 46) mit dem ho­mo­ge­nen Ma­gnet­feld ein­drin­gen.

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.

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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Nütz­li­che Sei­ten:

• Zum Mas­sen­spek­tro­me­ter
• Die Si­mu­la­ti­on von den Bah­nen von ge­la­de­nen Teil­chen im Massen­spektrometer
• Die Be­we­gung von Elek­tro­nen im ho­mo­ge­nen Ma­gnet­feld: Fa­den­strahl­rohr
• Zu Atom­mas­sen
• Zur Be­nen­nung che­mi­scher Ver­bin­dun­gen No­men­kla­tur (Che­mie)
• Hier phy­si­ka­li­sche Kon­stan­ten

 

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