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1、中央研究院,質譜儀的原理與應用,地球科學研究所,我們將告訴您 , 質譜儀的構造與工作原理, 質譜儀的應用, 什麼是質譜儀,什麼是質譜儀 ?,一般所熟悉的光譜,表示的是目標光源中各個波長的訊號強度,相類似的,質譜表示的是樣品中各個不同質量元素的訊號強度,而質譜儀,就是用來測量質譜的儀器,質譜儀的構造與工作原理,質譜儀構造上可分為下列幾部分,離子源,質量分析器,偵測器,離子源,測量質譜的第一步,是要產生離子源。我們將標本以高溫、電漿、雷射 等方法由分子態游離成離子態而產生離子源。離子產生後會被質譜儀所 產生的一萬伏特高壓加速而飛進質譜儀的飛行管中。,質量分析器,當離子以某個速度進入磁場時,會受到與
2、其前進方向相垂直的力,這個力 成為讓離子開始轉彎的向心力。而離子轉彎的半徑與離子的質量與電荷比 有關,當離子的電荷是一樣的時候,轉彎半徑就只與離子的質量有關,此 時越重的離子其轉彎半徑就越大,因此當離子束經過磁場時,不同質量的 離子就會分開,各自按著其質量相對應的轉彎半徑前進。質譜儀就是用此 方法來分離不同質量的元素。,由上式中可看出轉彎半徑 r 與質量-電荷比的根號成正比,因此如果 離子所帶電荷相同,在固定電壓 V 與磁場 B 的狀況下,轉彎半徑就 只與離子的質量有關。,磁場方向,行進方向,受力方向,離子轉彎半徑與離子的質量與電荷比之關係,可由下列方式導出,當離子電荷為 q 以速度 v 進入
3、磁場強度 B 的區域時,其所受向心力 F 為,由離心力公式可知,向心力 F 與受力物體的質量 m 速度 v 轉彎半徑 r 之關係式為,將上面式子整理一下可得,所以轉彎半徑 r 為,上式中的速度 v 可由動能算出,離子是由 V 伏特的高壓所加速, 因此其動能 E 為,因此速度 v 可表示成,將其代入之前的轉彎半徑公式可得,由上式中可看出轉彎半徑 r 與質量-電荷比的根號成正比,因此如果 離子所帶電荷相同,在固定電壓 V 與磁場 B 的狀況下,轉彎半徑就 只與離子的質量有關。,離子源,質量分析器 (電磁鐵),偵測器,偵測器,偵測器是離子最後的終點站,當離子打進偵測器後,偵測器會從與 其連接的電線拉
4、一個電子來與離子中和,使離子恢復成不帶電的中 性粒子,而偵測器背後的電線因有電子流動,於是產生了電流,單 位時間內打進來的離子越多,電流也就越大,代表該質量的訊號強 度越大。,偵測器內部,離子行進方向,總合前面的敘述,質譜儀的分析過程如下 ,產生離子源,經高壓加速 進入飛行管,經過質量分析器分離 不同質量的離子,進入偵測器 產生訊號,電腦分析資料,質譜儀的應用,質譜儀在生物、化學、環境科學等領域都有廣泛的應用。在地球科學 我們一般用來測量放射性元素的同位素比值,由同位素比值我們做了 下列幾項研究,Avachinsky 火山是俄羅斯堪察加半島上最 活躍的火山之一,由於它非常靠近堪察加半 島最大城
5、市,而且也在主要航路下,因此 Avachinsky 火山被國際火山學會視為有重 大危險的十年級火山。,這圖顯示後火山臼-櫻島火山釹同位素隨 時間的 變化,尤其在近 20 年釹同位素 變化量非常小,這現象代表岩漿系統可 能已趨近平衡狀態。,中國大別山水吼地區之百堊紀中期 酸性及基性岩脈(圖左淡色及圖中暗 色岩石) 貫穿過包含有超高壓榴輝岩 (內含柯石英及微鑽石)的片麻岩體(圖 右淡色岩石)。,菲巴丹島超基性捕獲岩內散佈於岩樣之 小顆粒角閃石可能是某些含水衍生岩漿 物質與原來不含水礦物群相互反應而成 ,具有鈣鹼及鹼長基特性的基性岩漿性 質與巴丹島北邊的伊來亞火山岩類似。,越南紅河沿線極度褶皺之原生代片 麻岩及偉晶岩。石榴子石壓影顯示 對稱應變及非對稱左移剪切。,台灣岩石釹同位素演化圖,顯示四 次熱事件分別發生於 200-175, 97-77,37-8 百萬年前及最近三百 萬年。,從兩百歲的活團塊珊瑚中鑽取 岩心,可以用來重建自法國大 革命以來當地海表水的月均溫 , 甚至雨量,是研究氣候變遷 的利器。,我們標定了微孔珊瑚的鍶鈣比 與海表水溫的關係,發現其和 生長率或種屬(例如 : lobata 或 lutea)無關,可以用來推估 過去海表水溫到 0.2。C。,謝 謝 光 臨,
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