質譜儀模擬器 (Mass Spectrometer Simulator) – 探索離子聚焦與氯氣質譜

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這個互動式質譜儀模擬器 (Mass Spectrometer Simulator) 旨在幫助學生視覺化帶電粒子在磁場 (Magnetic Field) 中的運動軌跡。透過這個工具，你可以清楚地觀察到離子的質荷比 (Mass-to-Charge ratio, m/z) 如何影響其偏轉半徑，並模擬真實氯氣 (Chlorine gas, Cl₂) 的質譜圖生成過程。

🎯 DETECTOR HIT | 命中探測器
B-Field (mT)
50.0
m/z Ratio
50.0
B-Field (Into Page) ⊗ Source Detector
Magnetic Field (B) 磁場強度
Mass-to-Charge (m/z) 質荷比

如何使用 (How to Use):
本模擬器包含兩個主要模式，可透過上方標籤切換：

  1. 離子聚焦 (Ion Focusing)：
    • 調整磁場強度 (Magnetic Field, B) 與質荷比 (Mass-to-Charge, m/z) 的滑桿。
    • 觀察離子在均勻磁場中的圓周運動軌跡。
    • 嘗試找出正確的參數組合，讓離子準確命中探測器 (Detector)。
  2. 氯氣質譜 (Chlorine Spectrum)：
    • 點擊「注入氯氣並掃描 (INJECT Cl₂ & SCAN)」按鈕。
    • 觀察磁場強度逐漸增加時，不同質量的同位素離子如何依序擊中探測器。
    • 查看下方自動生成的質譜圖 (Mass Spectrum)，分析相對豐度 (Relative Abundance)。

觀察與討論 (Reflection / Observation):
在操作模擬器時，請特別注意以下物理與化學現象：

  • 偏轉半徑 (Deflection Radius)： 離子在磁場中進行圓周運動的半徑與其質量的平方根成正比，與磁場強度成反比。質量越大的粒子，需要更強的磁場才能將其彎曲至相同的探測器位置。
  • 同位素比例 (Isotope Ratio)： 氯在自然界中主要有兩種同位素：³⁵Cl (約佔 75%) 和 ³⁷Cl (約佔 25%)。在質譜圖上，你會看到 m/z 35 和 37 的峰值呈現 3:1 的高度比。
  • 雙原子分子碎裂 (Diatomic Fragmentation)： 當 Cl₂ 分子被電離時，除了單原子離子外，還會形成 Cl₂⁺ 分子離子。由於同位素的隨機組合 (³⁵Cl-³⁵Cl, ³⁵Cl-³⁷Cl, ³⁷Cl-³⁷Cl)，在 m/z 70、72 和 74 處會出現三個峰值，其相對豐度比例完美符合機率展開式的 9:6:1。
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