tömegspektrométer
(lézer-tömegspektrométer)

Atomok, molekulák tömegének nagy pontosságú meghatározására alkalmas eszköz.
Aston, Francis William Nobel-díjas angol fizikus és kémikus fejlesztette ki.
Működési elvét az alábbi ábra mutatja.

Az ábrán látható, hogy a berendezés egy vákuum csőből áll, amelynek baloldali végén juttatják be a vizsgálandó anyagot, gáz, vagy elpárologtatott formában.
Az elektromosan fűtött katód elektronokat bocsát ki magából és az elektronokat a pozitív anód erősen felgyorsítja. Ezek a gyors elektronok beleütköznek az elpárologtatott anyag atomjaiba, molekuláiba és ezeket ionizálják, a molekulákat akár alkotórészükre is bonthatják.
A vákuumcsőben bal oldalon láthatók továbbá az anyagminta ionjait gyorsító és fókuszáló elektródák, amelyekre kapcsolt magas feszültség nagy sebességű ion-csóvát hoz létre. Az elektromosan töltött ion-csóva tovább repül a csőben, amelyet egy szabályozható erősségű elektromágnes mágneses tere eltérít. Az eltérítés mértéke a mágneses tér erősségétől és az ionok töltés/tömeg arányától függ. A vákuumcső jobb oldali végén (a rajzon alsó jobb oldai részén látható) egy töltés-érzékeny detektor van, melynek felerősített árama arányos a becsapódó ionok számával.

Ha az eltérítő elektromágnes áramát finoman változtatjuk, a detektor áramában csúcsokat tapasztalunk, minden egyes áramcsúcs megfelel egy-egy atomfajtának (azaz izotópnak), vagy molekula alkotórésznek. A mágneses tér erősségéből az izotóp (molekula-ion) tömege pontosan meghatározható. Az áramcsúcsok nagysága arányos a beadott anyagmintában lévő izotóp mennyiségével, tehát a tömegspektrométer alkalmas különböző anyagok vegyi-, izotóp összetételének, az egyes alkotóelemek részarányának meghatározására is.

A mai tömegspektrométerek teljesen automatizáltak, az iongyorsító feszültséget és az elektromágneseket nagy precizitású elektronika szabályozza. Az eredmények feldolgozásához számítógépet alkalmaznak, így egy ismeretlen, csekély mennyiségű anyagminta tömegspektroszkópiai analízise perceken belül végrehajtható. Kisméretű automatikus tömegspektrométereket használnak olyan mesterséges égitesteken, melyek például a napszél izotóp összetételét, vagy a Naprendszer bolygóinak légkörét vizsgálják.

A lézer-tömegspektrométereknél lézert alkalmaznak az elemzendő minta elgőzölögtetésére és ionizálására, vagyis az analizálórendszer által feldolgozható állapotúvá változtatására.
A lézerek különösen jól használhatók a minta nem roncsoló hatású elpárologtatására, mert térbelileg elszigetelten működnek, nem károsítják a minta foglalatát és a közeget. Szennyeződéstől mentes, tiszta mintát biztosítanak.

Egy mai, modern tömegspektrométer.


Felhasznált irodalom