개념 한 쪽
화학분석기사 질량 분석의 원리 및 이론 — 분리능과 선 넓힘
질량 분석의 원리 및 이론 세트는 두 이온을 분리하는 데 필요한 분리능 계산과 원자 분광법의 선 넓힘 원인을 묻는다. C2H4+와 CO+처럼 질량 차이가 작은 이온을 나누려면 분리능이 얼마나 높아야 하는지, 제만 효과가 선 넓힘이 아니라 분리 현상이라는 점이 한 묶음으로 나온다.
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뜻
질량분석계의 분리능 R은 기준 질량을 질량 차이로 나눈 값이다. C2H4+의 질량 28.0313과 CO+의 질량 27.9949는 차이가 0.0364이고, 기준 질량은 두 값의 평균인 약 28.0131이다. R=28.0131÷0.0364를 계산하면 약 769.6이므로 분리능은 약 770이 필요하다. 시험 문제에는 27.9949짜리 이온이 CH2N+로 적혀 나오기도 하는데, 27.9949는 CO+의 정밀 질량이고 CH2N+는 약 28.0187이다. 어느 쪽이든 계산은 문제에 주어진 두 질량으로 한다. 질량 차이가 작을수록 더 높은 분리능이 요구된다.
스펙트럼 선이 넓어지는 원인은 자연 넓힘, 도플러 넓힘, 압력 넓힘이다. 자연 넓힘은 불확정성 효과, 도플러 넓힘은 원자의 열운동, 압력 넓힘은 원자 간 충돌에서 생긴다. 제만 효과는 외부 자기장에 의해 에너지 준위가 갈라져 하나의 선이 여러 성분으로 분리되는 현상이지, 선의 폭을 넓히는 원인이 아니다. 넓힘은 수명과 열운동, 충돌로 보고, 자기장이나 전기장에 의한 갈라짐은 분리로 구분한다.
예제
선지 판단은 분리능 R을 기준 질량 나누기 질량 차이로 계산해 약 770으로 읽는지, 선 넓힘의 원인을 불확정성·도플러·압력으로 묶는지, 제만 효과를 넓힘이 아닌 분리로 보는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 분리능은 어떻게 계산하나요?
- 기준 질량을 질량 차이로 나눕니다. 두 이온 질량의 평균이 28.0131이고 차이가 0.0364이면 R≈770입니다.
- 선 넓힘의 주요 원인은 무엇인가요?
- 불확정성 효과에 의한 자연 넓힘, 열운동에 의한 도플러 넓힘, 충돌에 의한 압력 넓힘입니다.
- 제만 효과는 선 넓힘의 원인인가요?
- 아닙니다. 외부 자기장에 의해 에너지 준위가 갈라져 선이 여러 개로 분리되는 현상입니다.
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