zhangxuanzhong
第33楼2014/05/23
(10)
现在我们来谈一下,为什么EI的气质离子源中,一定要使用磁场?
对于这个问题的回答很简单,我们知道电子在磁场中会受到洛仑兹力的作用,在350高斯的磁场强度中,回转半径是7的毫米左右。这就是我为什么在第4小节提出要让大家去研读一下洛仑兹的原因。
那为什么要让电子做螺旋线的运动呢?因为灯丝发出的热电子的方向乱七八糟的,很多损失,我加一个磁场,就可以引导电子的运动绕着磁力线方向旋转朝前走,这样路径就变长了,与样品分子的碰撞概率也是大大增加了。
这就是为什么普析的EI源使用磁场的基本原因。
这就好象你开车,你本来是走高速的,一条直线,后来你走了盘上公路,路线长了不上,路上邂逅到美女的几率也大大增加。
说到这里,我估计很多同学自己都能去做一个EI离子源了吧。
有的同学可能会问,那我怎么测一个磁铁的强度啊?
答案当然是用高斯计了。高斯是一个伟大的数学家,也研究过磁场,他曾经考虑过2个圆电流相互嵌套在一起时候在空间激发的磁场这样的高难度问题。高斯是19世纪的数学物理的主流。
高斯计利用的物理原理是霍尔效应,就是说一铁砖头放在磁场里,在南北方向加上电压,会在东西方向出现一个霍尔电压。
最近量子霍尔效应的研究高潮迭起,清大物理系与物理所不是搞了一个分数量子霍尔效应要做大容量的硬盘吗?杨振宁教授说,这是诺奖级别的工作。
扯远了,总之离子源中某些电子所受洛伦兹力的大小,可以由动能公式E=mv^2/2得到电子速度v=sqrt(2E/m),离子源灯丝一般给电子的能量是70eV,1eV=1.6x10^-19焦耳,电子质量m=9.11x10^-31,代入,那么灯丝发射出来的电子速度v≈5x10^6m/s,根据洛伦兹力公式f=qvB,q是电荷量,v是运动电子的速度,B是场强,一般永磁场强B在0.1T~1T范围内,我们取0.5T作为参考,我们现在只考虑灯丝发射出来后沿垂直磁场方向运动的最苛刻电子举例,那么一个电子受到的洛伦兹力f会约等于2.5x10^6N的力作用,所以这种力会一定程度上束缚“活力四射”的电子,使灯丝发射出来的电子更集中。
这就是为什么要使用磁场的原因,这也是仪器信息网上的一个朋友计算的结果,我也很认同他的结果。所以重新说了一下这个事情。中国的仪器行业是一个隐形的军工行业,需要高水平的研发队伍,高水平的加工制造业的支撑,也需要高水平的用户,这样我们的国家才会强大,卖土地造房子,自吹自擂的GDP,只能是一种欺骗。
zwyu
第38楼2014/05/24
荧光是这么回事儿?荧光强度弱的首要原因是因为“它吐出来的光是朝四面八方”?
zhangxuanzhong
第40楼2014/05/25
(11)
在前面的10个小节中,我们已经勾勒出了原子吸收与质谱仪器的一个大概轮廓。但是,我们还有很长的路要走,因为要振兴中国的科学仪器,需要做很多的事情,各种科学仪器在我们这里也会得到评述。很多读者可能认为作者这样写是要准备离题了,其实不然。如果见山谈山,永远会只缘身在此山中,我们有时候必须要跳出此山,谈点别的。
那么,就让我们先来谈谈傅里叶红外仪器中的麦克而逊干涉仪。
首先,傅里叶可以说是牛顿以后的第2位数学物理大师,他的故事,有兴趣的读者可以参考前面提到的《日出》一书的第一章。如果问,牛顿以后的科学家,谁对科学发展具有重要的影响力,在数学物理方面,就是这个法国数学家了。当然论深邃性的话,我认为比他小20年的伽罗华更深邃一些,可惜伽罗华理论还没有很多的工程应用,我们暂时不讲。
麦克尔逊是1880年代,在欧洲做了一个实验,企图证明一件事情,那就是地球的运动会对光的速度产生影响,比如说,你站在屋顶,泪水迷湿了眼睛,你拿起手电筒,朝东边的月亮射出一束光,但是呢,你意识到地球正在自西朝东自转,那么你说光的速度是怎么样的,是不是应该叠加上地球的自转速度呢?
再举一个例子,你站在一高速火车的车头,朝前方撒尿,在地面上看来,那尿液的速度是不是应该比火车的速度还快吗?
对于后面一个问题,答案是肯定的。但对前面那个问题,麦克尔逊硕士做了很多实验,发现答案是否定的——光的速度与地球的自转速度无关。
那么,麦同学是怎么做这个实验的呢?其实他就利用了2个不同方向上的光的干涉,看看有没有出现干涉条纹。
干涉条纹的出现,说明2个方向的光程存在差异。什么是光程呢?在同一个媒介中,光程其实就是光走过的路程呀。
好了,麦同学的这个实验,得到的干涉条纹证明光速与地球的自转速度无关,这就是狭义相对论的光速不变原理,后来被爱因斯坦所继承。
当然,这个实验为什么要利用光学的干涉呢?原因很简单,当时还没有电子电路这种设备,所以只能通过光的干涉来做一些精密实验了。
后来的故事就是,有人拿这个东西来做红外光的吸收光谱。这就是FTIR,但是,人家是把干涉仪的动镜移动起来,这样会得到检测器探测到的光的强度是随着时间变化的函数I(t),而时间t这个变量是与频率W对偶的,所以对I(t)做一下傅里叶变换就可以得到频率的函数,而这个频率是直接与镜子的运动速度,以及发生干涉的光的波长是相关的,所以我们得到了光谱的扫描。
这种仪器的基本原理是比较复杂的,尤其是对学化学的同学来说,那简直是太复杂了点,我们会在有空的时候对这些细节加以补充,需要强调的是,因为正常的傅里叶变换是对无限时间做的积分,也就是说动镜的移动距离是无限长,但实际上却是有限的,这就相当于在时间域上乘了一个门函数来做截止,所以在频率域上要相应地做一个sinc函数的卷积。
而这在软件上,对算法提出了很高的要求,因此国内做红外的企业还很少,不容易做啊。