Lo spettrometro di massa: a cosa serve e come funziona

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Innanzitutto bisogna premettere che non stiamo parlando di fantasmi e paranormale, ma di fisica ed elettromagnetismo.

Lo spettrometro di massa è un dispositivo elettronico in grado di rilevare la massa delle particelle.
Questo, in genere, viene utilizzato per capire da quali elementi è formato un composto e in quali quantità.
Per esempio nei laboratori della polizia scientifica possiamo trovare quest’apparecchio, che viene usato per individuare tutte le sostanze separandole in base alla massa.

Ma come funziona lo spettrometro?
Prima di tutto ci vuole una breve introduzione sul magnetismo.

Il campo magnetico è un campo di interazione vettoriale molto simile a quello elettrico o quello gravitazionale. Questo campo può interagire con le cariche elettriche in movimento secondo la legge di Lorentz:

ImmagineDove:

  • F è la forza della deviazione
  • q è la carica della particella
  • è la velocità della particella
  • è l’intensità del campo magnetico
  • x indica il prodotto vettoriale

Secondo questa legge una particella in moto in un campo magnetico uniforme subisce una forza che ne devia li moto pari al prodotto vettoriale tra la velocità e il campo magnetico moltiplicata per la carica della particella.

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Questo prodotto vettoriale quindi ci impone dei limiti. Se il moto della particella è parallelo alle linee del campo magnetico la forza sarà nulla, mentre avremo la forza massima quando la particella si muoverà perpendicolarmente alle linee del campo.

Il verso della forza sarà dato dalla regola della mano destra per un campo magnetico uscente e una carica positiva, mentre sarà opposto per una carica negativa, mentre in un campo entrante sarà l’esatto opposto.

 

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ImmagineDunque la particella tenderà a seguire una traiettoria circolare, il quale raggio dipenderà dalla forza di Lorentz.

Lo spettrometro è dunque composto da un dispositivo che carica gli elementi trasformandoli in ioni (verde), un altro che li accelera fino a fargli raggiungere una velocità fissata (rosso), raggiunta la quale vengono immessi in un campo magnetico uniforme (celeste), dove subiscono una deviazione di forma semicircolare, colpendo una lastra fotosensibile che rileva la particella (giallo).

Il raggio della semicirconferenza dipende dalla massa della particella, dalla carica, dalla velocità iniziale e dall’intensità del campo magnetico secondo la formula:

ImmagineDunque a seconda della posizione della particella sulla piastra, si può misurare la sua massa e di conseguenza anche il tipo di elemento.