Измерение масс вещества Масс - спектроскопия
Масс – спектроскопия (также масс-спектральный анализ) - метод исследования вещества путём определения масс атомов и молекул, входящих в его состав, и их количеств. Совокупность значений масс и их относительных содержаний называется масс - спектрометром (рис.).
В масс - спектре используется разделение в вакууме ионов с разными отношениями массы m к заряду е под воздействием электрического и магнитного полей. Поэтому исследуемое вещество прежде всего подвергается ионизации (если оно не ионизовано, например в электрическом разряде или в ионосферах планет). В случае жидких и твёрдых веществ их либо предварительно испаряют, а затем ионизуют, либо же применяют поверхностную ионизацию. Чаще исследуют положительные ионы.
Первые масс-спектры были получены в Великобритании Дж. Дж. Томсоном (1910), а затем Ф. Астоном (1919). Они привели к открытию стабильных изотопов. Вначале масс - спектроскопия применялась преимущественно для определения изотопного
Рис. 24. Macс-спектрограмма (а), полученная на масс-спектрографе с двойной фокусировкой, и фотометрическая кривая этой спектрограммы (б) в области массового числа 20.
состава элементов и точного измерения атомной массы. Масс - спектроскопия до сих пор — один из основных методов получения информации о массах ядер и атомов.
Вариации изотопного состава элементов могут быть определены с относительной погрешностью 10-2 %, а массы ядер с относительной погрешностью 10-5 % для лёгких и 10-4 % для тяжёлых элементов. Высокая точность и чувствительность масс - спектроскопии как метода изотопного анализа привели к её применению и в различных областях, где существенно знание изотопного состава элементов, прежде всего в ядерной энергетике. В геологии и геохимии масс-спектральное измерение изотопного состава ряда элементов Pb, Ar и др.) лежит в основе методов определения возраста горных пород и рудных образований. Масс - спектроскопия широко используется в химии для элементного и структурного молекулярного анализа.
В физико - химических исследованиях масс - спектроскопия применяется при исследованиях процессов ионизации, возбуждения частиц и других задач физической и химической кинетики; для определения энергии ионизации, теплоты испарения, энергии связи атомов в молекулах и т. п. С помощью масс - спектроскопии проведены измерения нейтрального и ионного состава верхней атмосферы Земли, Венеры, Марса (возможны аналогичные измерения состава атмосфер др. планет).
Масс - спектроскопия начинает применяться как экспрессный метод газового анализа в медицине. Принципы масс - спектроскопии лежат в основе устройства наиболее чувствительных течеискателей. Высокая абсолютная чувствительность метода масс - спектроскопии позволяет использовать то для анализа очень небольшого количества вещества (~10-13 г).
Эффект Доплера
Эффект Доплера описывает сдвиг частоты сигнала в зависимости от относительного движения источника и приемника. Так волна, посланная источником, который удаляется от приемника, будет приниматься им на меньшей частоте по сравнению с волной от неподвижного источника или от источника, приближающегося к приемнику. Если же приемник приближается к неподвижному источнику, то частота принимаемой им волны будет больше по сравнению с неподвижным приемником или приемником, удаляющимся от источника. Это явление обнаружил Христиан Доплер в 1842 году.