最早飞行时间式质谱仪概念的提出.PDF

1946 年 4 月 最早飛行時間式質譜儀概念的提出 文　蕭如珀、楊信男 （譯自APS News ，2001 年 4 月） （1） 它是藉著 質譜分析 自從大約100 年前使用簡陋的儀器開 將離子朝偵測器加速以測定物質中分子量 始 ，現在幾乎已成為隨處都用得到的研究工具了 ， 的技術 ：測量離子源至偵測器所需的時間 ，然後精 這中間促成了多次的科學突破 ，其中包括同位素的 確地轉換成質量 。質量和電荷的比率越大的話 ，離 發現 、原子量的精確測定 、元素和分子結構特性的 子被加速至偵測器的速度會越慢 。 確立 。事實上 ，在幾乎整個20 世紀中，它可說是科 第一個質譜儀起初名為拋物線攝譜儀 ，是1897 年 學與工業的許多領域所需要最重要的複雜儀器種類 發現電子而聞名的湯木生 （J. J. Thomson ，1906 年 之一 ，但此科技卻不為一般受過教育的民眾所知 。 獲得諾貝爾獎）於 1912 年所建造的。他利用質譜 質譜儀在我們太陽系的天文研究裡是不可或缺 儀發現了第一個非放射性同位素存在的證據 。湯木 的 ，更是非侵入性國際核能設施監測的主要工具 ， 生測定離子質荷比的裝置是源於 19 世紀末與20 世 在表面現象的研究方面也越形重要。在商業方面來 紀初 ，研究陰極射線管內由殘餘氣體所形成的正離 說 ，質譜分析長久以來在石油 、化學與藥學工業的 子束之極隧射線 （canal rays ，陽極射線），這種射 物質分析與製程監測中都扮演著重要的角色 ，它同 線最先是從陰極板上割出的溝槽發射出來而被發現 時也被用在食物的處理過程與電子工業方面 。至於 的。局部的磁場與靜電場會依正電射線的質量將其 毒理學 、毒品分析與污染監控 、以及生物和生物醫 偏折 ，而在感光底片上留下分隔的痕跡 。 學方面所使用到的質譜分析更是與日俱增 。 湯木生的門生阿斯頓 （Francis Aston ）（2 ）設計 質譜儀通常被定義為在操作過程中會產生某種質 出一種質譜儀 ，先將離子依質量分開 ，再依速度聚 譜的任一裝置 ，此種儀器的設計種類越來越多 ，其 焦 ，解析度較湯木生的裝置高出一個數量級 ﹙約 10 中的一種設計被稱為飛行時間式質譜儀（TOFMS ）， 倍﹚。之後還有其他有用的新方法 ，但創新出飛行 248 雙月刊 33卷2期 最早飛行時間式質譜儀概念的提出 本月物理史 時間式質譜儀做為分析的工具卻是多花了好幾 十年 。TOFMS 的概念最早是1946 年美國賓州 大學的史蒂芬斯 （William Stephens ）在麻省 劍橋所舉行的美國物理學會四月會議中所提出 的。 第一個飛行時間式儀器是在 1940 年代末期 設計建造完成 ，美國密西根州底特律市的班迪 克斯企業 （Bendix Corporation ）最先將此儀器 商業化 。該公司的威利 （William Wiley ）和麥 拉倫 （I. H. McLaren ）是設計此時間差聚焦方 法有功的兩位科學家 ，它經由同時修正了離子 最初的空間和動能的分佈 ，來改進質譜的解析 曼哈頓計畫提煉鈾原料所使用的質譜儀﹙ Calutron ﹚建 造中所攝；左下小圖是湯木生（J. J. Thomson﹚ 度 。質譜的解析度更於