개념 한 쪽
화학분석기사 질량분석계의 원리 및 종류 — 자기장부채꼴과 운동에너지
질량분석계의 원리 및 종류 세트는 자기장부채꼴 분석계에서 이온의 원자량을 구하는 계산과, 전기장으로 가속한 이온의 운동에너지를 구하는 계산을 묻는다. 자기장 세기와 곡면 반지름, 가속전위로 질량을 구하는 공식과, 전하량과 가속전압을 곱해 줄 단위 에너지를 얻는 과정이 한 묶음으로 나온다.
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뜻
자기장부채꼴 분석계는 이온이 자기장에서 받는 힘과 원심력이 평형을 이루는 원리로 질량을 가른다. 관계식은 m/z=B²r²e/(2V)이다. 자기장 세기 B가 0.1T, 곡면 반지름 r이 0.1m, 가속전위 V가 100V이고 전하 z가 +1이면 이 값을 대입해 질량을 구한 뒤 kg을 원자량 단위로 환산한다. 계산 결과는 약 48.16이다. B와 r은 제곱으로 들어가므로 작은 값이라도 결과에 크게 영향을 준다.
이온이 전기장에서 얻는 운동에너지는 전하량과 가속전압의 곱이다. 1가로 하전된 이온을 10^3V로 가속하면 E=qV=1.6×10^-19C×10^3V=1.6×10^-16J가 된다. 시험지에 「103V」로 적혀 보이는 값은 위 첨자가 빠진 10^3V, 곧 1,000V다. 1eV가 1.6×10^-19J이므로 가속전압에 이 상수를 곱하면 바로 줄 단위 에너지가 나온다.
예제
선지 판단은 자기장부채꼴 분석계에서 m/z=B²r²e/(2V)를 적용해 원자량 48.16을 얻는지, 1가 이온을 10^3V로 가속했을 때 운동에너지를 1.6×10^-16J로 계산하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 자기장부채꼴 분석계의 질량 계산식은 무엇인가요?
- m/z=B²r²e/(2V)입니다. B는 자기장 세기, r은 곡면 반지름, e는 전하량, V는 가속전위입니다.
- B=0.1T, r=0.1m, V=100V일 때 원자량은 얼마인가요?
- 식을 대입해 질량을 구한 뒤 원자량 단위로 환산하면 약 48.16입니다.
- 1가 이온을 10^3V로 가속하면 운동에너지는 얼마인가요?
- E=qV=1.6×10^-19C×10^3V=1.6×10^-16J입니다.
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