Spektrometria mas

Zadanie 1

Do oddzielania jonów uranu o masie [math]m = \unit{3,92\times 10^{-25}}{ kg}[/math] i ładunku [math]q = \unit{3,2\times 10^{-19}}{ C}[/math] od jonów podobnego rodzaju stosuje się spektrometr masowy. Jony przyspieszane są przez różnicę potencjałów [math]U = \unit{100}{ kV}[/math], a następnie przez szczelinę wejściową dostają się w obszar jednorodnego pola magnetycznego o indukcji [math]B = \unit{495}{ mT}[/math], gdzie poruszają się po torze kołowym. Po zmianie kierunku o 180° i przejściu przez szczelinę wyjściową jony trafiają do specjalnego zbiornika.

1. W jakiej odległości od siebie znajdują się szczeliny wejściowa i wyjściowa separatora?
2. Wiedząc, że natężenie prądu jonów uranu wynosi [math]I = \unit{22,7}{ mA}[/math], oblicz jaką ilość uranu uzyskuje się w ciągu godziny.
3. Jaka ilość energii termicznej wydziela się w tym czasie w zbiorniku?

Zadanie 2

Wyprowadź zależność wiążącą czas przelotu jonu o danej wartości [math]\nicefrac m z[/math], jeśli droga którą przebywa w analizatorze spektrometru masowego wynosi L, a potencjał przyspieszający jest równy U. Przeprowadź obliczenia dla [math]L =\unit{ 30}{ cm}[/math], [math] \nicefrac m z= 200[/math], [math]U = \unit{3}{ kV}[/math].

[math] \unit{1}{ u} = \unit{1,66 \times 10^{-27}}{kg},\ \unit{1}{ e} = \unit{1,602 \times 10^{-19}}{ C}[/math]

Zadanie 3

Czy rozdzielczość R = 5000 jest wystarczająca by rozdzielić jony C₅H₉⁺ od CF₃⁺?

[math]m_\mathrm{C} = \unit{12}{ u},\ m_\mathrm{H} = \unit{1.007825}{ u},\ m_\mathrm{F} = \unit{18.998403}{ u},\ m_\mathrm{e} = \unit{0.000548}{ u}[/math]

Zadanie 4

W widmie masowym ESI/MS lizozymu widocznych jest kilka pików, odpowiadających jonom dodatnim o różnych ładunkach, wśród nich sąsiadujące ze sobą piki o wartościach [math]\nicefrac m z[/math] = 1432 i 1592. Oblicz masę cząsteczkową lizozymu. Załóż, że ładunek jonów wynika z protonacji białka, a wartości z dla wymienionych pików różnią się o jeden.

Zadanie 5

Awidyna to białko występującą w jajach płazów i ptaków. Wykazuje bardzo silne powinowactwo do biotyny (jest to jedno z najmocniejszych zaobserwowanych w przyrodzie oddziaływań niekowalencyjnych). Widmo masowe ESI/MS awidyny składa się z wielu pików odpowiadających pojedynczej cząsteczce awidyny o różnych ładunkach. Dwa spośród pików mają [math]\nicefrac m z[/math] = 4058 i 4312. Gdy awidyna przed wykonaniem widma jest inkubowana z biotyną piki te mają wartości [math]\nicefrac m z[/math] = 4002 i 4251. Określi ile cząsteczek biotyny wiąże się z jedną cząsteczką awidyny. Masa cząsteczkowa biotyny wynosi 244. Załóż, że wartości z dla wymienionych pików różnią się o jeden.