1. Маса ядра і масове число. Ізотопи, ізобари, ізотони.

Маса ядра дещо менша за сумарну масу протонів та нейтронів, які його складають, що зумовлене притяганням між нуклонами. Притягання зменшує загальну енергію ядра, яка зв'язана з масою формулою Ейнштейна. Зменшення маси ядра в порівнянні з масою його складових називається дефектом маси.

Масове число - число нуклонів у ядрі атома.

Позначається здебільшого літерою А. При позначенні елемента масове число пишуть верхнім індексом перед символом елемента, наприклад, 3He або 235U. Вживається також позначення гелій-3, уран-235.

Інші числа, які характеризують ядро: зарядове число Z і число нейтронів N

A = Z+ N

Ядра з однаковою кількістю протоноів але різною кількістю нейтронів одержали назву ізотопи.

Якщо однакова кількість нейтронів, а протонів різна, то це ізотони.

Ядра з однаковою кількістю нуклонів називаються ізобари.

2. Пружне розсіювання частинок при взаємодії з речовиною. Радіаційне гальмування електронів. У результаті пружного розсіювання b - частка після зіткнення з атомом змінює напрямок і швидкість руху, але сумарна кінетична енергія b - частинки і атома не змінюється. Пружне розсіювання b - частинок на атомних електронах в z разів менш ймовірно, ніж на атомних ядрах (z - Заряд ядра), і здійснюється при відносно низьких енергіях b - частинок (E ₀ <0,5 МеВ). При малих енергіях кутовий розподіл розсіяних b - частинок описується рівнянням Резерфорда (5.1), яке справедливо для одноразового розсіяння електронів, тобто для тонких шарів речовини. (5.1) де P з напрямком пучкаj) - відносне число часток, розсіяні: в одиницю тілесного кута у напрямку, що становить кут j( b - частинок; n - число атомів в 1 куб. см; x - товщина розсіює пластинки; Z - заряд ядер розсіює середовища; uz, m, - заряд, маса і швидкість розсіюються частинок. Зі збільшенням товщини поглинаючого шару розсіювання переходить в гауссовой, а при значних товщинах стає дифузним і не залежить від товщини. Повний переріз пружного ядерного розсіювання . Ефективне перетин розсіювання бета - частинок на атомних електронах пропорційно . Таким чином Д ля водню (Z = 0) імовірності цих процесів однакові, а для важких ядер має місце переважно ядерне розсіювання. При непружних зіткненнях за рахунок кінетичної енергії бета - частинок відбувається збудження чи іонізація атомів. Величина втрати енергії на одиниці шляху dE / dx (питомі іонізаційні втрати) на іонізацію і збудження описуються рівнянням, (5.2) де E - кінетична енергія, n - число атомів в одиниці об'єму, Z - заряд ядра поглинача, e - заряд електрона, B - коефіцієнт гальмування; uz, m, - заряд, маса, швидкість бета - частинки. З рівняння (5.2) випливає, що з ростом енергії бета - частинки іонізаційні втрати зменшуються: Е лектрони, які звільняються в процесі первинної іонізації, часто володіють великими енергіями і виробляють додаткову, або вторинну іонізацію. Повна іонізація представляє собою суму первинної та вторинної іонізації. Іонізаційні втрати енергії супроводжуються характеристичним рентгенівським випромінюванням виникають при заповненні вільних рівнів електронами. Радіаційний гальмування електронів (гальмівне випромінювання).

Відповідно до класичної теорії будь-яка заряджена частинка, Рис. 17. що рухається з прискоренням, повинна випромінювати електромагнітні хвилі. Припустимо, що частинка з зарядом е, масою т і швидкістю рухається повз ядра, що володіє масою М і зарядом Z _я e. При розсіянні кулонівським центром частка зазнає відхилення (рис. 17) і, отже отримує прискорення. У відповідності з класичною електродинамікою заряд, що зазнає прискорення протягом часу випромінює енергію Оскільки , То . Таким чином, радіаційні втрати енергії найбільш істотні у самих легких частинок - електронів; для протонів, наприклад, при тій же енергії ефект вже в разів менше. Релятивістський квантовий розрахунок, проведений Беті і Гайтлера, дозволяє знайти втрати енергії електроном на гальмівне випромінювання (27) де - Так звана стала тонкої структури; - Класичний радіус електрона; п - число атомів в см ³ речовини; Е-повна енергія випромінюючого електрона. Для того щоб зручніше було порівнювати втрати енергії на випромінювання в різних речовинах, вводиться так звана «радіаційна» одиниця довжини :

і ншими словами, весь коефіцієнт при Е, що має розмірність позначається . Тоді і, якщо вимірювати товщину речовини в цих одиницях, то і (29)Звідси видно, що втрати енергії електроном на одній t - Одиниці довжини не залежать від речовини (але сама ця одиниця для різних речовин, звичайно, різна.

Білет №4

1.Мас-спектрометри.

Мас-спектрометр – прилад, що розділяє заряджені частинки (звичайно йони) із різним відношенням маси частинки до її електричного заряду. Принцип дії полягає у впливі електричного та магнітного полів на пучки йонів, що рухаються у вакуумі. Для реєстрації йонних струмів, як правило, використовуються підсилювачі постійного струму або фотопластинки.

Принцип работы и устройство масс-спектрометра

Источники ионов

Первое, что надо сделать для того, чтобы получить масс-спектр, превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие любое органическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы — ионы. Этот процесс называется ионизацией и по-разному осуществляется для органических и неорганических веществ. Вторым необходимым условием является перевод ионов в газовую фазу в вакуумной части масс спектрометра. Глубокий вакуум обеспечивает беспрепятственное движение ионов внутри масс-спектрометра, а при его отсутствии ионы рассеются и рекомбинируют (превратятся обратно в незаряженные частицы).

Условно способы ионизации органических веществ можно классифицировать по фазам, в которых находятся вещества перед ионизацией.

Газовая фаза

Жидкая фаза

Твёрдая фаза

Исторически первые методы ионизации были разработаны для газовой фазы. К сожалению, очень многие органические вещества невозможно испарить, то есть перевести в газовую фазу, без разложения. А это значит, что их нельзя ионизовать электронным ударом. Но среди таких веществ почти всё, что составляет живую ткань (белки, ДНК и т. д.), физиологически активные вещества, полимеры, то есть всё то, что сегодня представляет особый интерес. Масс-спектрометрия не стояла на месте и последние годы были разработаны специальные методы ионизации таких органических соединений. Сегодня используются, в основном, два из них — ионизация при атмосферном давлении и её подвиды — электроспрей (ESI), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) и фотоионизация при атмосферном давлении (APPI), а также ионизация лазерной десорбцией при содействии матрицы (MALDI).

Масс-анализаторы

Полученные при ионизации ионы с помощью электрического поля переносятся в масс-анализатор. Там начинается второй этап масс- спектрометрического анализа — сортировка ионов по массам (точнее по отношению массы к заряду, или m/z).

Детекторы

Итак, последним элементом описываемого нами упрощённого масс-спектрометра, является детектор заряженных частиц. Первые масс-спектрометры использовали в качестве детектора фотопластинку. Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод, выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него ещё большее количество электронов и т. д. Другой вариант — фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители, системы типа диодных матриц и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея).