histoire
Les bases de la spectroscopie de masse ont été posées en 1898, lorsque Wilhelm Wien, un physicien allemand, a découvert que des faisceaux de particules chargées pouvaient être déviés par un champ magnétique. Dans des expériences plus raffinées menées entre 1907 et 1913, le physicien britannique J. J. Thomson, qui avait déjà découvert l’électron et observé sa déviation par un champ électrique, a fait passer un faisceau d’ions chargés positivement à travers un champ électrostatique et magnétique combiné., Les deux champs du tube de Thomson étaient situés de telle sorte que les ions étaient déviés par de petits angles dans deux directions perpendiculaires. Le résultat net a été que les ions ont produit une série de courbes paraboliques sur une plaque photographique placée dans leurs trajectoires. Chaque parabole correspondait à des ions d’un rapport masse / charge particulier, la position spécifique de chaque ion dépendant de sa vitesse; les longueurs des courbes paraboliques fournissaient une mesure de la gamme d’énergies ioniques contenues dans le faisceau., Plus tard, dans une tentative d’estimer les abondances relatives des différentes espèces d’ions présentes, Thomson a remplacé la plaque photographique par une feuille de métal dans laquelle était découpée une fente parabolique. En faisant varier le champ magnétique, il a pu parcourir un spectre de masse et mesurer un courant correspondant à chaque espèce d’ions séparée. Ainsi, on peut lui attribuer la construction du premier spectrographe de masse et du premier spectromètre de masse.
l’observation la plus remarquable faite avec la spectrographie parabole était le spectre des gaz rares présents dans l’atmosphère. En plus des raies dues à l’hélium (masse 4), au néon (masse 20) et à l’argon (masse 40), Il y avait une raies correspondant à un ion de masse 22 qui ne pouvait être attribuée à aucun gaz connu. L & apos; existence de formes d & apos; un même élément ayant des masses différentes avait été soupçonnée car il avait été constaté que de nombreuses paires de matières radioactives ne pouvaient être séparées par des moyens chimiques., Le nom isotope (du grec pour « même endroit”) a été suggéré par le chimiste britannique Frederick Soddy en 1913 pour ces différentes formes radioactives de la même espèce chimique, car elles pourraient être classées au même endroit dans le tableau périodique des éléments. L’ion de masse 22 était, en fait, un isotope lourd stable du néon.
spectroscopes de focalisation
Les spectroscopes discutés jusqu’à présent sont analogues à la caméra sténopé en optique, car aucune focalisation des faisceaux d’ions n’est impliquée., L’introduction des types de focalisation des spectroscopes de masse est venue dans les années 1918-19 et était due au chimiste et physicien britannique Francis W. Aston et au physicien américain Arthur J. Dempster.
dans la version D’Aston, les champs électriques et magnétiques successifs ont été disposés de telle sorte que tous les ions parfaitement collimatés d’une masse ont été amenés à un foyer indépendant de leur vitesse, donnant ainsi naissance à ce que l’on appelle la focalisation de vitesse., La conception d’Aston a été la base de ses instruments ultérieurs avec lesquels il a mesuré systématiquement et avec précision les masses des isotopes de nombreux éléments. Il a choisi 16O (l’isotope de l’oxygène de masse 16) comme norme de masse.
le spectromètre de Dempster n’utilisait qu’un champ magnétique, qui déviait le faisceau d’ions à travers un arc de 180°. Dans la machine de Dempster, un faisceau d’ions homogène en masse et en énergie mais divergeant d’une fente pourrait être amené à un foyer de direction., Ce spectromètre a été utilisé par Dempster pour déterminer avec précision les abondances des isotopes du magnésium, du lithium, du potassium, du calcium et du zinc, jetant les bases de mesures similaires des isotopes de tous les éléments.
Le Pouvoir de résolution, ou résolution, d’un spectroscope de masse est une mesure de sa capacité à séparer les masses adjacentes qui sont affichées sous forme de pics sur le détecteur. Si deux pics dus à la masse m et (M + Δm) peuvent simplement être séparés, le pouvoir de résolution est m/Δm. Les premières machines avaient des pouvoirs de résolution de seulement quelques centaines., En 1935 et 1936, Dempster, Kenneth T. Bainbridge, travaillant tous deux aux États-Unis, et Josef Mattauch, en Allemagne, ont développé indépendamment des instruments avec des champs électriques et magnétiques disposés en tandem de telle sorte que les faisceaux d’ions qui émergeaient des fentes de la source dans des directions divergentes et avec des vitesses différentes ont été recentrés. Une telle focalisation est appelée double focalisation. Il était ainsi possible d’atteindre un pouvoir de résolution d’environ 60 000.
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