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質譜儀，望文生義就是用來檢測原子或許分子質量的一種科學儀器，這種儀器淺顯的說就如同是體重稱稱的是微觀世界里的粒子的體重。可是，微觀世界里發作的事情比宏觀世界要雜亂一些。

在宏觀世界里，假如一個女生想要知道自己的體重，她能夠直接站在體重秤上，就會得到她的遭到的重力(其實是質量)。這里邊其實是使用的是地球的萬有引力，一個50千克的人會遭到490牛頓的重力，所以能夠經過重力的巨細換算出質量來。

可是，在微觀世界，由于原子或許分子的質量很小，萬有引力(它的大部分發生重力)又是世界中最弱的力，所以人類還無法測出原子遭到地球的萬有引力的巨細(丈量誤差比較大，并且不容易把微觀粒子的重力換算成質量，由于這需求考慮廣義相對論效應)，因而，人類不能象女生稱體重那樣經過重力的辦法來丈量原子或許分子的質量，而需求另辟蹊徑，這就是質譜儀的來歷。

一般盛行的質譜儀，其體積都很大，價格也十分貴重，動輒需求幾百萬人民幣才干買一臺。

質譜儀的品種

徐偉教師通知蝌蚪君，質譜儀分為許多品種，都不是使用萬有引力，而是使用電磁力或許其他別的物理效應來進行質量丈量的。

一般來說，質譜儀依照它的稱重辦法不同，能夠分為磁質譜、四極桿、離子阱、飛行時刻質譜與軌跡阱等不同的品種。

磁質譜使用的是磁場對離子的拐彎作用來進行離子質量檢測的，不同質量的離子的拐彎半徑并不相同。這就如同在校園操場的跑道上，內圈與外圈的拐彎半徑是不相同的，不同不同的跑道能夠對應不同的賽跑選手。

四極桿質譜使用的是射頻電場對離子的參數共振的作用來挑選出各種不同質量的離子，有點象是在蕩秋千的過程中把人從秋千上振下來。

離子阱質譜的原理與四極稈是相同的，只不過離子阱能夠在空間體積上做得更小一些。

飛行時刻質譜是經過在同一電場中，不同質量的離子跑動速度不相同來分辨出各個不同的離子這就如同轎車與飛機的速度是不相同的，所以咱們能夠趕快度上分辨出轎車與飛機的質量是不同的。

軌跡阱使用的原理是不同質量的離子在軌跡阱的電場中振動的頻率不相同，這就如同是不同擺長的單擺，經過單擺的頻率不同，咱們能夠反推出各個不同的單擺。

在我國已經有一些大學與企業正在研討開發各品種型的質譜儀，都是一群年輕人奮戰在第一線。徐偉教師的實驗室首要是集中精力研討開發離子阱質譜儀。

離子阱質譜儀的內部結構是由四塊相對放置的帶電電極組成，就如同是一個小房子，離子在那個小房子里不斷運動，其質量被測出來有點象是一個監獄里的囚犯，不斷在牢籠里跑來跑去的姿態。

離子阱質譜儀示意圖

離子阱質譜儀的使用規劃很廣。

徐偉說：它的使用場合許多，比方醫院的新生兒篩查，就能夠用;比方一個當地發作了炸藥爆破，用質譜儀能夠分分出這個炸藥是什么品種的，是怎么組成出來的，然后斷定這個炸藥的來歷;再比方瘦肉精的檢測這些，與食品安全相關的，質譜儀都是能夠做的。

現在正在做放在空間站上的質譜儀

在上個世紀60年代，美國航天局與歐洲航天局開始把質譜儀放到了太空的衛星里用來檢測太空中的各種有機物。在我國，徐偉教師也正在與我國科學院某個研討所協作放在空間站的質譜儀器。

關于放在太空中的質譜儀，蝌蚪君也是十分好奇。

蝌蚪君：咱們國家現在有把質譜儀放到衛星上嗎?

徐偉：有一個，放在盤繞月球的衛星上了，是一個磁質譜。現在咱們正在協作做小型的離子阱質譜，將來也會放到空間站上去。

蝌蚪君：您說到的那個放到繞月衛星上質譜儀首要是用來測什么?

徐偉：它首要用來測氦3，這是一種核聚變的原料。月球上的氦3比較豐富，在月球外表揚起的塵埃中也有氦3，能夠用質譜儀測出它的含量有多少。

還有測神經毒氣的質譜儀

徐偉教授還說到，在紐約的地鐵站有測神經毒氣的質譜儀，這關于反恐是很重要的設備。但現在在北京的地鐵站，還沒有測神經毒氣一類的質譜設備，在我國的地鐵安檢中多數選用的是靈敏度低一些的光譜儀或許離子遷移譜的辦法。

為什么質譜儀沒有在地鐵安檢中大規劃推行開來呢?原因有兩個，首先是檢測的時刻稍長，其次是儀器整機太大，價格太貴重。

徐偉：假如咱們能把質譜儀做成低成本與小型的，那么也許能夠在各個地鐵站遍及這種小型質譜儀，也能夠用來檢測各種神經毒氣以及其他的危化品。

蝌蚪君：你們現在做的小型質譜儀大約有多大?

徐偉：現在做到的分量是6公斤，體積大約比一個臺式電腦的機箱小一些吧。假如質譜儀能夠做得象手機那樣大，那么必定會有更多人來使用它!

研討開發質譜儀有什么困難?

盡管質譜儀用途很廣用途很大，但開宣布一款便利有用的儀器并非易事。徐偉教師的在讀研討生郭丹給蝌蚪君介紹說，開發一款質譜儀，一般一開始是做理論研討與數值模仿，徐教師的研討組有自己開發的模仿離子在質譜儀中運動的模仿軟件，經過模仿以后，再進行機械結構與電路設計，然后就是收購相關的資料進行加工與組裝，最后才是進行整機功能的測驗。

而整個流程中，最困難的就是我國國內的資料以及機械加工水平的限制，比方像軌跡阱這樣的具有不規則幾許形狀的電極，國內的機床還加工不出來。

徐教師也說到，他期望國家能繼續加大對質譜儀這種高端科學儀器的支撐，盡管現在科技部等政府部門有一些重大科學儀器開發專項的支撐，但質譜儀的研討與開發還需求更長時刻更大力度的支撐。我國人在1970-1980年代從前做過質譜儀，其時國家還不殷實，支撐力度不行，最后整個研討隊伍仍是散了。所以徐教師更期待到了21世紀的今日，做質譜儀的我國人這支隊伍能在國家的支撐下不斷獲得前進，茁壯成長。

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