Le Spectromètre de masse

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1 Le Spectromètre de masse
Matthieu Marinangeli & Gael Lederrey Travaux Pratique de Physique 2012 Groupe 39

2 Introduction Un Spectromètre de masse est composé de :

3 Introduction Un Spectromètre de masse est composé :
- d'un système d'introduction de l'échantillon

4 Introduction Un Spectromètre de masse est composé :
- d'un système d'introduction de l'échantillon - de la source de ionisation

5 Introduction Un Spectromètre de masse est composé :
- d'un système d'introduction de l'échantillon - de la source de ionisation - de l'analyseur

6 Introduction Un Spectromètre de masse est composé :
- d'un système d'introduction de l'échantillon - de la source de ionisation - de l'analyseur - du détecteur et du système de traitement

7 Introduction Un Spectromètre de masse est composé :
- d'un système d'introduction de l'échantillon - de la source de ionisation - de l'analyseur - du détecteur et du système de traitement Cas particulier : Source de ionisation électronique

8 Introduction Un Spectromètre de masse est composé :
- d'un système d'introduction de l'échantillon - de la source de ionisation - de l'analyseur - du détecteur et du système de traitement Cas particulier : Source de ionisation électronique Analyseur à secteur magnétique

9 Introduction Source de ionisation électronique :
- Rendement de 0.1 % (1 molécule ionisée pour 1000)

10 Introduction Source de ionisation électronique :
- Rendement de 0.1 % (1 molécule ionisée pour 1000) - On accélère un faisceau d'électrons

11 Introduction Source de ionisation électronique :
- Rendement de 0.1 % (1 molécule ionisée pour 1000) - On accélère un faisceau d'électrons - Energie cinétique :

12 Introduction Analyseur à secteur magnétique :
- Plonger un ion dans un champ magnétique

13 Introduction Analyseur à secteur magnétique :
- Plonger un ion dans un champ magnétique - Force de Lorentz apparaît :

14 Introduction Analyseur à secteur magnétique :
- Plonger un ion dans un champ magnétique - Force de Lorentz apparaît : - Rayon de courbure :

15 Introduction Ce qui nous intéresse :
- La source de ionisation électronique - L'analyseur à secteur magnétique

16 Introduction 4 Expériences : Ce qui nous intéresse :
- H3 : Expérience de Millikan - H2 : Expérience de Schuster - K1 : Technique du Vide - H6 : Tension de Hall Ce qui nous intéresse : - La source de ionisation électronique - L'analyseur à secteur magnétique

17 Introduction 4 Expériences : Ce qui nous intéresse :
- H3 : Expérience de Millikan - H2 : Expérience de Schuster - K1 : Technique du Vide - H6 : Tension de Hall Ce qui nous intéresse : - La source de ionisation électronique - L'analyseur à secteur magnétique

18 Introduction 4 Expériences : Ce qui nous intéresse :
- H3 : Expérience de Millikan - H2 : Expérience de Schuster - K1 : Technique du Vide - H6 : Tension de Hall Ce qui nous intéresse : - La source de ionisation électronique - L'analyseur à secteur magnétique

19 Introduction 4 Expériences : Ce qui nous intéresse :
- H3 : Expérience de Millikan - H2 : Expérience de Schuster - K1 : Technique du Vide - H6 : Tension de Hall Ce qui nous intéresse : - La source de ionisation électronique - L'analyseur à secteur magnétique

20 Introduction 4 Expériences : Ce qui nous intéresse :
- H3 : Expérience de Millikan - H2 : Expérience de Schuster - K1 : Technique du Vide - H6 : Tension de Hall Ce qui nous intéresse : - La source de ionisation électronique - L'analyseur à secteur magnétique

21 H3 : Exp de Millikan But : Déterminer la charge élémentaire : e

22 H3 : Exp de Millikan But : Déterminer la charge élémentaire : e
Méthode : Charger des gouttes d'huiles et les faire bouger dans un champ électrique et mesurer leur charge :

23 H3 : Exp de Millikan But : Déterminer la charge élémentaire : e
Méthode : Charger des gouttes d'huiles et les faire bouger dans un champ électrique et mesurer leur charge : Résultats :

24 H3 : Exp de Millikan But : Déterminer la charge élémentaire : e
Méthode : Charger des gouttes d'huiles et les faire bouger dans un champ électrique et mesurer leur charge : Résultats : Moyenne :

25 H3 : Exp de Millikan Valeur de e :

26 H3 : Exp de Millikan Valeur de e : Lien avec la source de ionisation :
- Arracher un électron => donner une charge positive valant e au ion

27 H3 : Exp de Millikan Valeur de e : Lien avec la source de ionisation :
- Arracher un électron => donner une charge positive valant e au ion Lien avec l'analyseur :

28 H3 : Exp de Millikan Valeur de e : Lien avec la source de ionisation :
- Arracher un électron => donner une charge positive valant e au ion Lien avec l'analyseur : q = e

29 H2 : Exp Schuster But : Déterminer la charge spécifique : e/m

30 H2 : Exp Schuster But : Déterminer la charge spécifique : e/m
Méthode : Analyser un faisceau d'électrons à partir du rayon de l'orbite de ce faisceau

31 H2 : Exp Schuster But : Déterminer la charge spécifique : e/m
Méthode : Analyser un faisceau d'électrons à partir du rayon de l'orbite de ce faisceau Résultats :

32 H2 : Exp Schuster Courant I constant à 1.2 [A]

33 H2 : Exp Schuster Tension U constante à 150 [V]

34 H2 : Exp Schuster But : Déterminer la charge spécifique : e/m
Méthode : Analyser un faisceau d'électrons à partir du rayon de l'orbite de ce faisceau Résultats :

35 H2 + H3  Grâce aux expérience de Millikan et de Schuster, on peut déterminer la masse de l'électron.

36 H2 + H3  Grâce aux expérience de Millikan et de Schuster, on peut déterminer la masse de l'électron.

37 H2 + H3  Grâce aux expérience de Millikan et de Schuster, on peut déterminer la masse de l'électron.

38 H2 + H3 Lien avec la source de ionisation :

39 H2 + H3 Lien avec la source de ionisation :
La masse de l'électron a été déterminée

40 H2 + H3 Lien avec la source de ionisation : La masse de l'électron a été déterminée => On peut déterminer la vitesse que les électrons doivent atteindre

41 K1 : Technique du vide But : Tester différentes techniques du vide (Primaire et Secondaire)

42 K1 : Technique du vide But : Tester différentes techniques du vide (Primaire et Secondaire) Méthode : Utilisation d'une pompe à palettes et d'une pompe à diffusion et calibrage d'une jauge de Pirani

43 K1 : Technique du vide But : Tester différentes techniques du vide (Primaire et Secondaire) Méthode : Utilisation d'une pompe à palettes et d'une pompe à diffusion et calibrage d'une jauge de Pirani Résultats :

44 K1 : Technique du vide

45 K1 : Technique du vide

46 K1 : Technique du vide Besoin de faire le vide pour éviter les interactions entre les ions et les molécules d'air.

47 K1 : Technique du vide Besoin de faire le vide pour éviter les interactions entre les ions et les molécules d'air. En moyenne, dans un Spectromètre de masse, il faut une pression de 10⁻⁵ à 10⁻⁷ Torr Pompe à palette : Pas suffisante car Pression limite trop grande. Pompe à diffusion : Presque suffisante. Pression limite d'environ 10⁻⁵ Torr

48 K1 : Technique du vide Besoin de faire le vide pour éviter les interactions entre les ions et les molécules d'air. En moyenne, dans un Spectromètre de masse, il faut une pression de 10⁻⁵ à 10⁻⁷ Torr Pompe à palette : Pas suffisante car Pression limite trop grande. Pompe à diffusion : Presque suffisante. Pression limite d'environ 10⁻⁵ Torr Idéal : Pompe Turbomoléculaire !! Pression limite qui peut aller jusqu'à 10⁻⁹ Torr.

49 H6 : Effet Hall But : Mesurer la Tension de Hall dans différents matériaux

50 H6 : Effet Hall But : Mesurer la Tension de Hall dans différents matériaux Méthode : Plonger un matériau dans un champ magnétique, mesurer la tension de Hall et déterminer le coefficient de Hall

51 H6 : Effet Hall But : Mesurer la Tension de Hall dans différents matériaux Méthode : Plonger un matériau dans un champ magnétique, mesurer la tension de Hall et déterminer le coefficient de Hall Résultats : Semiconducteur InP Conducteur Bismuth

52 H6 : Effet Hall Semiconducteur : InP

53 H6 : Effet Hall Conducteur : Bismuth

54 H6 : Effet Hall L'effet Hall est utilisé pour des capteurs de champ magnétique.

55 H6 : Effet Hall L'effet Hall est utilisé pour des capteurs de champ magnétique. Semiconducteur meilleur que conducteur.

56 H6 : Effet Hall L'effet Hall est utilisé pour des capteurs de champ magnétique. Semiconducteur meilleur que conducteur.

57 H6 : Effet Hall L'effet Hall est utilisé pour des capteurs de champ magnétique. Semiconducteur meilleur que conducteur. On peut mesurer le champ magnétique

58 Conclusion Rayon de Courbure totalement déterminé :
La Physique atomique n'explique pas seulement les accélérateurs, cyclotrons, etc. Mais elle touche plein d'autres domaines. Il ne reste plus que m, la masse, ce qu'on cherche !!