【质谱仪】

是一种分析各种同位素并测量其质量及含量百分比的仪器。当一束带电的原子核通过质谱仪中的电场和磁场时，凡其荷质比不相等的，便被分开。图 3-31 为质谱仪的示意图。图中 I 为离子源，S1 和 S2 为两个狭缝，

从离子源引出的离子受到施于 S1 及 S2 间的电位差，在通过 S1

到S2 的路径上被加速，成为具有一定速度的离子束，进入磁感应强度为B

的匀强磁场区。进入磁场时的速度由下式

v2 = 2(

q )V (1)

m

决定。正离子在这一磁场中运动时其轨道如图中所示半径为 r 的圆。当离子走过一半圆而抵达照相底片 P 时会在它上面留下痕迹。由轨道半径r=mv/qB（见洛仑兹力），得

V = q Br m

(2)

合并(1)、(2)式，消去 v，即得

ｑ ＝ 2v

ｍ B2r 2

因为 V、B 及 r 可直接测量得到，所以如果我们能够用其他方法决定离子所带的电荷 q，则由上式便可求出离子的质量。■

图 3—31

我们可以用质谱仪将电荷相同而质量不同的离子分开。科学家应用这种仪器在 1920 年左右发现了同种化学元素的原子其质量可以不相同；这些质量不同的同一种元素的原子被称为同位素。汤姆逊首先利用电磁场测定电子的荷质比的原理，同样可运用到带正电的离子，从荷质比很容易算出该离子的质量。正离子通常带电量等于一个电子（称为单电荷离子）。但有时也带有两个、三个甚至四个电子电量（称为多电荷离子）。目前应用的质谱仪是非常精确的仪器，它不但可以测量出每种同位素之准确质量，并可测定每种同位素在元素中所占的百分比。如将这种仪器略加修改，也可应用到同位素分离。质谱仪的形式很多，但所应用的主要原理及结构却大同

小异。图 3-32 所示是一台现代用质谱仪的主要装置部分。这装置是在真空中，正离子流自离子源引出经过窄隙 S 进入一曲圆形之电场 C1C2，调节 C1C2

之间的电压，可选择一定能量之正离子，这些正离子随着电场之形状弯曲90°而进入一个半圆形的匀强磁场中，磁场的方向与图面垂直且指向纸 内，进入磁场之正离子受磁力作用而沿半圆形轨道进行。因正离子 e/m 之大小不同，轨道形成大小不等的半圆。分别落在底片上的不同位置也就是说元素将按其质量大小的顺序而排列，故称之为“质谱”。如果我们分别测出每种粒子的电流。就能从这些电流大小的比例中，得出该种在离子源中被电离的物质的各种同位素的成分比例。它也可以把化合物中的不同物质的离子分开和成分分析。

■图 3—32