Масса

скачать в формате pdf>>

В рамках физики и химии 100 лет как доказано, что материя состоит из электронов, протонов и нейтронов. Эксперименты демонстируют, что свободные нейтроны за 614 сек наполовину распадаются на электроны и протоны. Инерциальные свойства электронов протонов и нейтронов определяются методом масс - спектрометрии. Масс-спектрометр - прибор для определения масс заряженных частиц и массы атомов (молекул) по характеру движения их ионов в электрическом и магнитном полях.

Массу нейтрального атома нельзя измерить традиционной масс-спектрометрией. Однако, если отнять у него или добавить ему один и более электронов, то он превратится в йон, характер движения которого в этих полях будет определяться его массой и электрическим зарядом. Строго говоря, в масс-спектрометрах определяется не масса, а отношение массы к электрическому заряду. Если заряд известен, то однозначно определяется масса иона, а значит, можно вычислить массу нейтрального атома и его ядра. Конструктивно масс-спектрометры могут сильно отличаться друг от друга. В них могут использоваться как статичные поля, так и изменяющиеся во времени поля, магнитные и/или электрические.

Рассмотрим один из наиболее простых вариантов определения массы частицы.

Масс-спектрометр состоит из следующих основных частей:

(1) ионного источника, где нейтральные атомы превращаются в ионы (например, под действием нагревания или СВЧ-поля) и ускоряются электрическим полем, (3) области постоянных электрических и магнитных полей, и (7) приёмника ионов, определяющего координаты точек, куда попадают ионы, пересекшие эти поля.

Из ионного источника 1 ускоренные ионы через щель 2 попадают в область 3 постоянного и однородного электрического и магнитного полей. Направление электрического поля задаётся положением пластин конденсатора и показано стрелками. Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости рисунка.

В области 3 электрическое и магнитное поле отклоняют ионы в противоположные стороны и величины напряжённостей этих полей Е и Н₁ подобраны так, чтобы силы их действия на ионы (соответственно qЕ и qvН₁, где q - заряд, а v - скорость иона) компенсировали друг друга, т.е. было qЕ = qvН₁. Создается монохроматичный пучок ионов. При скорости иона v = Е/Н₁ он движется не отклоняясь в области 3 и проходит через вторую щель 4, попадая в область 5 однородного и постоянного магнитного поля напряжённостью Н₂. В этом поле ион движется по окружности 6, радиус R которой определяется из соотношения mv²/R = qvH₂, где m - масса иона. Так как v = Е/Н₁, масса частицы определяется из соотношения

m = qH₂R/v = qH₁H₂R/E. [1]

Таким образом, при известном заряде иона его масса определяется радиусом R круговой орбиты в области 5.

Схема масс-спектрометра:

- ионный источник,
- щелеваяе диафрагма,
- область однородных и постоянных электрического и магнитного полей (силовые линии электрического поля направлены вдоль плоскости рисунка м показаны стрелками, область магнитного поля показана штриховкой, его силовые линии перпендикулярны плоскости рисунка),
- щелевая диафрагма
- область однородного и постоянного магнитного поля (силовые линии перпендикулярны плоскости рисунка),
- траектория иона,
- детектор.

Если в качестве детектора ионов (7) использовать фотопластинку, то этот радиус с высокой точностью покажет чёрную точку в том месте проявленной фотопластинки, куда попадал пучок ионов. В современных масс-спектрометрах в качестве детекторов обычно используют электронные умножители или микроканальные пластинки. Масс-спектрометр позволяет определять массы с очень высокой относительной точностью Δm/m = 10^-8 - 10^-7.

Анализ масс-спектрометром смеси атомов различной массы позволяет также определить их относительное содержание в этой смеси. В частности, может быть установлено содержание различных изотопов какого-либо химического элемента.

Согласно принятой обработке эксперимента инерциальные силы полностью обусловлены инерциальными свойствами ньютоновской массы (m) - нейтральной, не несущей заряда материи. Однако, в эксперименте все анализируемые частицы несут заряды. Заряды, согласно электродинамике, обладают инерциальными свойствами без относительно к механической массе.

Cила Лоренца вызывает изменение магнитного поля, изменение которого, в свою очередь, вызывает появление ЭДС пропорциональной скорости изменения магнитного потока (ускорению).

			dФ
ε_i=	∫ E_bdl	= -	—
	L		dt

где dФ/dt -скорость изменения магнитного поля. Сопротивление изменению скорости и есть проявление инерции.

В тоже время при обработке результатов эксперимента инерциальные свойства, обусловленные наличием заряда, совершенно не учитываются. В 2012 году масс - спектроскопии исполнится 100 лет, но до настоящего времени не появилось ни одной работы, содержащей критические замечания, касающиеся обработки результатов эксперимента и, соответственно, ответов на следующий вопрос:

Почему не учитываются инерциальные свойства электрического заряда иона?

Соответственно, мы считаем необходимым предложить альтернативные варианты обработки экспериментальных данных, полученных в результате масс - спектроскопии микрочастиц.

Масса

Рассмотрим один из наиболее простых вариантов определения массы частицы.

Почему не учитываются инерциальные свойства электрического заряда иона?

Феноменологическое доказательство>>