2. Quantitative Aspekte chemischer Reaktionen ... - herregger
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<strong>2.</strong> <strong>Quantitative</strong> <strong>Aspekte</strong> <strong>chemischer</strong> <strong>Reaktionen</strong><br />
Prinzipien der Massenspektrometrie<br />
Massenspektrum
Mit Hilfe eines Massenspektrometers (von J.J. Thomson und F.W. Aston<br />
Anfang des 20. Jh. entwickelt) lässt sich die Masse von Teilchen m t<br />
ermitteln.<br />
Die zu untersuchende Substanz wird in den gasförmigen Zustand überführt<br />
und anschließend ionisiert. Die gebildeten einfach positiv geladenen<br />
Kationen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt. Der gebündelte<br />
Kationenstrahl tritt in ein homogenes Magnetfeld ein, dessen Feldlinien zum<br />
Ionenstrahl senkrecht gerichtet sind. In diesem Magnetfeld werden die<br />
Kationen entsprechend ihrer Masse verschieden stark abgelenkt. Die<br />
jeweiligen Ionen beschreiben Kreisbahnen mit entsprechenden Radien.<br />
Die Kationen können zur Registrierung entweder auf Fotoplatten treffen, wo<br />
sie an entsprechender Stelle eine schwarze Linie hervorrufen oder in sog.<br />
Faradaybechern treffen, wo sie aufgrund ihrer Ladung einen messbaren<br />
Impuls erzeugen.<br />
Man erhält auf diese Weise ein Massenspektrum der untersuchten Substanz.<br />
Aufgaben:<br />
Ein Stoffgemisch enthält Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und<br />
Wasser im Teilchenzahlenverhältnis 2 : 3 : 5 :1 und wird im<br />
Massenspektrometer untersucht.<br />
• Grundwissen: Gib an, welcher der o.g. Reinstoffe unter<br />
Standardbedingungen nicht gasförmig ist. Wie nennt<br />
man das Überführen vom flüssigen in den gasförmigen Zustand?<br />
• Nenne alle Kationen, die nach der Ionisierung vorhanden sind und gib<br />
an wodurch diese beschleunigt werden.<br />
• Fertige eine geeignete Skizze im Heft an, die diesen Ionenstrom vor<br />
und nach Eintritt in das Magnetfeld zeigt. Mache dabei auch das<br />
Magnetfeld deutlich.<br />
• Fertige im Heft ein Massenspektrum für dieses Stoffgemisch an, wobei<br />
die y-Achse die relative Intensität und damit die relative Häufigkeit<br />
angibt, die x-Achse die Teilchenmasse m t .<br />
• Wird ein Reinstoff im Massenspektrometer untersucht, kann man<br />
feststellen, dass mehrere unterschiedliche Schwärzungen erzeugt<br />
werden. Erkläre diese Beobachtung!
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