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과학

질량 분석기

질량 분석기과학
영어
Mass spectrometer
주요 구분량
질량 대 전하비 m/z
자기장 분리 원리
입자의 궤적 반지름 차이
측정 대상
기체상 이온
질량 분석기는 이온을 질량 대 전하비에 따라 구분해 검출하는 장치다. 자기장으로 이온 궤적을 휘게 하는 방식은 여러 분석 원리 가운데 하나이며, 같은 궤적도 이온의 전하 상태를 모르면 질량 하나로 곧바로 해석할 수 없다.

먼저 이온이 필요함

전기장과 자기장으로 다루기 위해 분석 대상에서 이온을 만들고 이동시킨다. 검출되는 것은 시료의 중성 분자 자체만이 아니라 이온화 과정에서 만들어진 여러 이온일 수 있다. 따라서 한 물질이 언제나 단일 신호만 만든다고 생각해서는 안 된다.

속도를 맞추는 방식

고전적인 베인브리지형 장치에서는 서로 수직인 전기장과 자기장을 이용해 v=E/B인 입자를 선택한다. 이후 다른 자기장 B₀에서 궤적 반지름은 r=mv/(|q|B₀)다. 속도를 같게 하면 휘어지는 정도를 통해 질량과 전하의 비를 비교할 수 있다.

전하 상태의 영향

같은 질량과 속도에서 전하량의 크기가 2배면 같은 자기장 안의 반지름은 절반이다. 반대로 전하량이 같고 질량이 2배면 반지름은 2배다. 신호를 해석할 때 동위원소 질량 차이와 전하 상태 차이를 구별해야 하는 이유다.

모든 장치가 같은 구조는 아님

질량 분석에는 비행시간이나 진동 특성 등을 이용하는 다른 분석 방식도 있다. 따라서 자기장으로 원호를 그리는 도식은 특정 원리의 예다. 시료 준비, 이온화와 검출 과정까지 함께 고려해야 실제 신호를 물질의 조성과 연결할 수 있다.

관련 문서

이온 / 사이클로트론 운동 / 자기장 / 전기장 / 동위원소 / 질량 / 전하 / 측정