Pourquoi fixer la vitesse avant le secteur magnétique ?

Le rayon r = mv/(qB) dépend de la masse et de la vitesse. Sans sélecteur (ou un autre moyen de fixer v), énergies et masses se mélangeraient sur le détecteur. Les champs croisés E et B retiennent une bande étroite de vitesses.

Le secteur électrique et les quadrupôles sont-ils pris en compte ?

Non. Dans les appareils réels, ils améliorent la focalisation et la résolution. Ici seulement le couple « sélecteur + B homogène ».

Que signifie le rapport v/(E/B) ?

À la valeur 1, le faisceau est réglé sur le sélecteur idéal. S'écarter de 1, c'est un désaccord : les ions s'incurvent déjà dans la première zone.

L'estimation du rayon coïncide-t-elle avec la trajectoire numérique ?

La formule r ≈ v/((q/m)B) vaut pour un B pur et une entrée perpendiculaire. À la sortie du sélecteur, l'arc peut légèrement différer de l'idéal.

Spectromètre de masse à secteur

Un sélecteur de vitesses laisse passer les ions à v = E/B ; le secteur magnétique les sépare selon le rayon r = mv/(qB) : à charge égale, des masses différentes arrivent en des points différents du détecteur.

À propos du modèle

Un spectromètre de masse à secteur sépare les ions selon le rapport masse/charge. D'abord un sélecteur de vitesses : E et B homogènes, perpendiculaires, les forces qE et q[v × B] s'équilibrent pour v = E/B — ces ions vont à peu près droit, les autres sont déjà déviés dans le sélecteur. Le faisceau entre ensuite dans une région de champ magnétique seul : trajectoire en arc de rayon r = mv/(qB). À q identique et à v sélectionnée, les ions plus lourds arrivent plus loin sur le détecteur. À l'écran, deux particules de masses différentes. Champs rectangulaires homogènes, sans effets de bord ; mécanique non relativiste, unités schématiques. Secteurs électriques, temps de vol et optique de focalisation des appareils réels ne sont pas modélisés.

Public : Licence : électrocinétique des particules, force de Lorentz, sélecteur de vitesses, bases de la spectrométrie de masse.

Notions clés

sélecteur de vitesses
force de Lorentz
secteur magnétique
rapport masse/charge
champs croisés
spectrométrie de masse

Comment ça marche

Dans le sélecteur de vitesses, E et B perpendiculaires, les forces qE et qv × B s'équilibrent pour v = E/B — seuls ces ions passent. Dans le secteur magnétique homogène, mouvement sur un arc : r = mv/(qB) à l'entrée perpendiculaire à B ; à q identique, des masses différentes frappent le détecteur en des points différents. À l'écran, deux ions de même charge et de masses différentes ; champs homogènes, sans effets de bord.

Questions fréquentes

Pourquoi fixer la vitesse avant le secteur magnétique ?: Le rayon r = mv/(qB) dépend de la masse et de la vitesse. Sans sélecteur (ou un autre moyen de fixer v), énergies et masses se mélangeraient sur le détecteur. Les champs croisés E et B retiennent une bande étroite de vitesses.
Le secteur électrique et les quadrupôles sont-ils pris en compte ?: Non. Dans les appareils réels, ils améliorent la focalisation et la résolution. Ici seulement le couple « sélecteur + B homogène ».
Que signifie le rapport v/(E/B) ?: À la valeur 1, le faisceau est réglé sur le sélecteur idéal. S'écarter de 1, c'est un désaccord : les ions s'incurvent déjà dans la première zone.
L'estimation du rayon coïncide-t-elle avec la trajectoire numérique ?: La formule r ≈ v/((q/m)B) vaut pour un B pur et une entrée perpendiculaire. À la sortie du sélecteur, l'arc peut légèrement différer de l'idéal.

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