Icon up Overzicht

EM-velden opg 41 Massaspectrometer

Onderwerp: Elektrisch veld en magnetisch veld

In figuur 4.15 zie je een vereenvoudigde weergave van een zogenaamde massaspectrometer. Met dit apparaat kan de samenstelling van stoffen worden geanalyseerd.

Figuur 4.15 Massaspectrometer

Allereerst worden de moleculen van de stof geïoniseerd. Deze ionen worden vervolgens in een elektrisch veld versneld. Daarna komen de ionen in een magnetisch veld terecht, waarin ze door de lorentzkracht een cirkelbaan afleggen. Na een halve cirkel te hebben afgelegd worden de ionen gedetecteerd. Uit de plaats van detectie is de straal van de gevolgde cirkelbaan af te leiden en daarmee de massa/ladingsverhouding van de ionen. We gaan dat eens nader bekijken.

Stel dat een ion met een verwaarloosbare snelheid het elektrisch veld binnenkomt. Dit elektrisch veld is homogeen en bevindt zich tussen twee metalen platen op een afstand d van elkaar. De platen zijn aangesloten op een spanningsbron met bronspanning U. Voor de veldsterkte E geldt:
E = U / d .

a) Druk de snelheid v waarmee het ion het elektrisch veld verlaat uit in de lading q van het ion, de massa m van het ion en de bronspanning U. Dus: v = ...


Vervolgens komt het ion met deze snelheid in een magnetisch veld, waarin het een halve cirkel met straal r aflegt.

b) Druk de massa/ladingsverhouding m / q van het ion uit in die straal r, de magnetische veldsterkte B en de bronspanning U. Dus: m / q = ... Maak gebruik van je antwoord bij a.


Stikstofgas bestaat uit moleculen N2. Er zijn twee stabiele isotopen van stikstof, eentje met massagetal 14 en eentje met massagetal 15. Hierdoor kunnen er drie verschillende stikstofmoleculen voorkomen: 14N-14N, 14N-15N en 15N-15N.

We plaatsen een hoeveelheid stikstofgas in een massaspectrometer en ioniseren de moleculen zodanig dat ze allemaal één elektron tekortkomen. We stellen de bronspanning in op 500 kV en schakelen een magnetisch veld van 0,80 T in.

c) Bereken de afstand tussen de plaatsen waar 14N-14N- en 15N-15N-moleculen de detector treffen.

d) Beredeneer of een 14N-15N-molecuul precies midden tussen de 14N-14N- en 15N-15N-moleculen de detector treft.

e) Leg uit hoe met behulp van de massaspectrometer de samenstelling van het stikstofgas bepaald kan worden.

Deze opgave komt uit de vwo-module 'Elektrische en magnetische velden' van het project NiNa, die de auteurs voor de pilot van het NiNa-examenprogramma hebben ontwikkeld. Via het menu hieronder kom je in de e-versie van die module op natuurkunde.nl.

Vorige opgave Terug naar: 4.3 Lorentzkracht op bewegende lading Overzicht opgaven De lorentzkracht Volgende opgave