Massenspektrometer – Isotope und relative Atommasse

Was sie zeigt

Die meisten Elemente sind Isotopengemische: Atome mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. In einem Sektorfeld-Massenspektrometer ionisiert ein Elektronenstrahl die Atome; die Ionen werden mit 2 kV beschleunigt und im Magnetfeld abgelenkt. Jedes Ion läuft auf einem Kreis mit dem Radius r = √(2mV/e)/B, daher werden schwerere Ionen weniger abgelenkt und treffen weiter entfernt auf den Detektor. Die Höhe eines Peaks gibt die relative Häufigkeit des Isotops an. Die relative Atommasse ist der gewichtete Mittelwert Ar = Σ(m/z × Häufigkeit)/100, zum Beispiel 35,48 für Chlor.

So funktioniert es

Wählen Sie eine Element-Schaltfläche oder Eigenes Gemisch und verfolgen Sie die Ionen durch 1. Ionisierung, 2. Beschleunigung und 3. Ablenkung. Klicken Sie auf +1000 Ionen, damit sich die gemessenen Balken den natürlichen Häufigkeiten nähern. Verschieben Sie den Regler Magnetfeld B oder klicken Sie auf B anpassen, damit alle Peaks auf den Detektor fallen. Die Tabelle zeigt die Ar-Rechnung; im Übungsmodus ist sie verborgen, und Sie tragen Ihr Ergebnis bei Ihr Ar ein und klicken auf Prüfen.

Einstellbare Parameter

• Element Bor (B), Neon (Ne), Magnesium (Mg), Chlor (Cl), Kupfer (Cu), Brom (Br), Eigenes Isotopengemisch
• Magnetfeld B 0,1–1 T
• Probenzufuhr 5–200 Ionen/s
• Lernende rechnen selbst (Lösung verborgen)
• Eigenes Gemisch: Massenzahl von Isotop 1 1–250
• Eigenes Gemisch: Häufigkeit von Isotop 1 0–100 %
• Eigenes Gemisch: Massenzahl von Isotop 2 1–250
• Eigenes Gemisch: Häufigkeit von Isotop 2 0–100 %
• Eigenes Gemisch: Massenzahl von Isotop 3 1–250
• Eigenes Gemisch: Häufigkeit von Isotop 3 0–100 %

Fragen zum Erkunden

1. Warum beträgt die relative Atommasse von Chlor 35,45 und ist keine ganze Zahl?
2. In welche Richtung wandern die Peaks auf dem Detektor, wenn Sie das Magnetfeld B verringern, und warum?
3. Wie stark weichen die gemessenen Häufigkeiten von den natürlichen Werten ab, wenn nur wenige Ionen gezählt werden?