Masse-til-ladningsforhold

Masse-til-ladningsforholdet (m/Q) er en fysisk størrelse som er mest brukt i elektrodynamikken til ladede partikler, f.eks. innen elektronoptikk og ionoptikk. Det fremkommer også i de vitenskapelige feltene elektronmikroskopi, katodestrålerør, akseleratorfysikk, kjernefysikk, Auger-elektronspektroskopi, kosmologi og massespektrometri. Viktigheten av masse-til-ladningsforholdet, i henhold til klassisk elektrodynamikk, er at to partikler med samme masse-til-ladningsforhold beveger seg i samme bane i et vakuum, når de utsettes for de samme elektriske og magnetiske feltene. SI-enhetene er kg/C. I sjeldne tilfeller har thomson blitt brukt som enhet innen massespektrometri.
Noen disipliner bruker i stedet ladnings-til-masseforholdet (Q/m), som er det multiplikative inverse av forholdet mellom masse og ladning. Den anbefalte CODATA-verdien for et elektron er 
  
    
      
        
          
            Q
            m
          
        
        =
        −
        1.75882001076
        (
        53
        )
        ⋅
        
          10
          
            1
          
        
        1
        C
        ⋅
        m
        
          g
          
            −
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle {Q \over m}=-1.75882001076(53)\cdot 10^{1}1C\cdot mg^{-1}}
  


== Opprinnelse ==
Når ladede partikler beveger seg i elektriske og magnetiske felt, gjelder følgende to lover:

hvor 
  
    
      
        F
      
    
    {\displaystyle F}
   er kraften som er påført ionet, 
  
    
      
        m
      
    
    {\displaystyle m}
   er massen til partikkelen, 
  
    
      
        a
      
    
    {\displaystyle a}
   er akselerasjonen, 
  
    
      
        Q
      
    
    {\displaystyle Q}
   er den elektriske ladningen, 
  
    
      
        E
      
    
    {\displaystyle E}
   er det elektriske feltet, og 
  
    
      
        
          v
        
        ×
        B
      
    
    {\displaystyle \mathbf {v} \times B}
   er kryssproduktet til ionets hastighet og magnetisk flukstetthet.
Denne differensialligningen er den klassiske bevegelsesligningen for ladede partikler. Sammen med partikkelens utgangsbetingelser, bestemmer den helt partikkelens bevegelse i rom og tid når det gjelder m/Q. Dermed kan massespektrometere betraktes som "masse-til-ladning spektrometre". Når du presenterer data i et massespektrum, er det vanlig å bruke det dimensjonsløse m/z, som betegner den dimensjonsløse størrelsen dannet ved å dele massetallet til ionet med dets ladetall.Kombinere de to tidligere ligningene gir:

  
    
      
        
          (
          
            
              m
              Q
            
          
          )
        
        
          a
        
        =
        
          E
        
        +
        
          v
        
        ×
        
          B
        
      
    
    {\displaystyle \left({\frac {m}{Q}}\right)\mathbf {a} =\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} }
  .Denne differensialligningen er den klassiske bevegelsesligningen til en ladet partikkel i vakuum. Sammen med partikkelens utgangsbetingelser bestemmer den partikkelens bevegelse i rom og tid. Det avslører umiddelbart at to partikler med samme m/Q-forhold oppfører seg på samme måte. Dette er grunnen til at forholdet mellom masse og ladning er en viktig fysisk størrelse i de vitenskapelige feltene der ladede partikler samhandler med magnetiske eller elektriske felt.


== Symboler og enheter ==
Det IUPAC anbefalte symbolet for masse og ladning er henholdsvis m og Q, men bruk av små bokstaver q for ladning er også veldig vanlig. Ladning er en skalaregenskap, noe som betyr at den kan være enten positiv (+) eller negativ (-). Coulomb (C) er SI-ladningsenheten; imidlertid kan andre enheter brukes, for eksempel å uttrykke ladning i form av den grunnleggende ladningen (e). SI-enheten til den fysiske mengden m/Q er kilogram per coulomb.


=== Massespektrometri og m/z ===

Enhetene og notasjonen ovenfor brukes når det gjelder fysikk av massespektrometri; imidlertid brukes m/z-notasjonen for den uavhengige variabelen i et massespektrum. Denne notasjonen letter datatolkningen, siden den er numerisk mer relatert til den enhetlige atommasseenheten. For eksempel, hvis et ion bærer en ladning, er m/z numerisk ekvivalent med molekyl- eller atommassen til ionet i enhetlige atommasseenheter (u), der den numeriske verdien av m/Q er abstrus. M refererer til molekyl- eller atommassetallet og z til ladningstallet til ionet; imidlertid er mengden m/z per definisjon dimensjonsløs. Et ion med en masse på 100 u (enhetlige atommasseenheter) (m = 100) som bærer to ladninger (z = 2) vil bli observert ved m / z = 50. Den empiriske observasjonen m/z = 50 er imidlertid en ligning med to ukjente og kunne ha oppstått fra andre ioner, for eksempel et ion med masse 50 u som bærer en ladning. Dermed utleder m/z av et ion alene ikke masse eller antall ladninger. Ytterligere informasjon, slik som masseavstanden mellom masse-isotopomerer eller forholdet mellom flere ladetilstander, er nødvendig for å tilordne ladetilstanden og utlede massen til ionet fra m/z. Denne tilleggsinformasjonen er ofte, men ikke alltid tilgjengelig. Dermed brukes m/z primært til å rapportere en empirisk observasjon i massespektrometri. Denne observasjonen kan brukes sammen med andre bevis for å deretter utlede de fysiske egenskapene til ionet, som masse og ladning.


== Referanser ==


== Eksterne lenker ==
(en) Mass-to-charge ratio – kategori av bilder, video eller lyd på Commons