高電位にするとは？

質問

こんにちは

機器分析の装置について勉強しているのですが，よく高電圧を印加している，という記述を見ます。
例えば，飛行時間型質量分析計では試料と検出器間に高電圧をかけており，具体的には試料側を高電位に，検出器側は接地していると書かれています。

ここでの「高電位にする」ということがうまくイメージできません。具体的にどのようなことをしているのでしょうか？

化学については多少の知識はありますが電気回路などの知識は皆無ですので，説明にそのような知識が必要ならわかりやすく説明して頂けると幸いです。

よろしくお願いいたします。

回答No.7

el156 · ベストアンサー

No.3の補足の内容にお答えします。

もう一方の高圧電源をつないだ電極は、つないだ瞬間に高圧電源との間で電荷を授受して電荷の量が調整されます。「授受」と書いたのは、繋ぐ以前の電極の電位の条件が不明だからです。「調整する」としたのは、高圧電源が接地とその電極の間の「電圧」を決めるからです。電圧がそうなるように電荷が調整されます。
どれだけ電荷を溜めれば良いかは、高圧電源の発生電圧と、その電極と接地(大地ともう一方の電極も含む)との間の空間構造に依存して決まります。その電極が接地された電極や大地に近い程、またその電極と接地されたものとが対向する面積が大きい程、その電極が高圧電源の電圧に達するまでにその電極につぎ込む電荷の量は多くなります。電荷と電圧の比例係数は静電容量と呼ばれ、Q=CVという式で表すことができます。

補足

ご回答ありがとうございます。何となくイメージできました。
静電容量など勉強して，きちんと理解できるようにしたいと思います。
ありがとうございました。

回答No.8

semikuma

最初の質問が「具体的にどのようなことをしているのでしょうか」とあるので話が噛み合わなかったようですが、「高圧電源につないでいる電極は，つないでいない時とどう違っているのか」が質問の意図なら、No.7のように「電極にQ=CVなる電荷が蓄えられている(帯電している)」が答えです。

この場合の電荷とは、電源電圧が負なら電子がQ=CVだけ過剰に蓄えられ、正なら電子が同じだけ少なくなっています。
後者は逆に、Q=CVなる正の電荷が蓄えられていると見ることもできます。

これだけならNo.7さんの説明を補足しただけなので、ついでにその先まで簡単に説明しておきます。
質量分析器では、資料を何らかの方法でイオン化し、高電圧をかけて加速します。
例えば筒状のセルに開けた小さな穴の先に引き出し電極を設け、負の電圧をかけておきます。
このセルに資料の分子を導入し、横から例えば電子を当てて分子を分解し、イオン化させます。

生成したイオンのうち、陽イオンは正に帯電しているので、電極の負の電荷により引き付ける力を受け、加速されます。
電極にも穴が開いていれば、加速されたイオンは慣性により穴を通り抜けて外に飛び出します。

このイオンを磁場の中に通すと、フレミングの法則により横方向に曲がる力を受けますが、イオンの質量により曲がる大きさが変わるので、質量スペクトルが得られるというわけです。
これは磁場偏向型の説明ですが、飛行時間型なら、引き出し電極により加速される力が同じでもイオンの質量により加速度が変わるので、検出器までの飛行時間の差によりイオンの質量が分かります。

尚、質量分析する資料をイオン化する方法には色々ありますが、レーザで資料を瞬間的に蒸発させてイオン化する方法は、田中耕一さんのノーベル賞につながりました。

補足

質量分析のことまで詳しく回答ありがとうございます。

今後は聞きたいことを質問文内できちんとまとめてから投稿したいと思います。

その他の方もご回答ありがとうございました。

回答No.6

nananotanu

>試料を帯電させているのだとと思うんですが，高圧電源を用いて試料を帯電させるということがイメージできません。

試料を帯電させるのではなく、試料の入れ物を高圧電源につないで、高電位にするのです。試料のほうは、自動的に入れ物と同じ電位になります。

回答No.5

misawajp

＞高電位にしたい側に接続すると高電位になるってそれは当然わかるんですが，高電位になっているというのはどういう状態なのかを知りたいのです。

日本語の問題です
高電位になっているのは、誰かが高電位になるようにしたからです（自然に高電位になることなどほとんどありえません）

日本語の読解力に問題があるのでは！

回答No.4

fjnobu

光電位にするという意味は、試料と検出器の間に高い電圧をかけているとことです。
この場合は、資料側の電圧が高くて、検出器側が０Vということです。
高電位にすると云うことは、何らかの方法で作った高い電圧を供給しているのです。

回答No.3

el156

「高電位になっている」ことは、単独では何の意味もありません。何の状態も表しません。
電位はスカラーポテンシャルです。スカラーポテンシャルには任意のオフセットが許されます。大地を0Vとするのは全く恣意的です。試料が高電位になっている状態というのは、他の電位と比較しない限り、何に意味も持ちません。
別の例えで云えば、勾配(電界にあたる)はそれ自体状態としての意味を持ちますが、標高(電位にあたる)の数値は他と比べないと意味がありませんし、標高のゼロを海面に取るのは全く恣意的です。

補足

私が知りたいことが伝わっていないのか，質問自体が無意味だから伝わらないのかわからなくなってきました。。。

二枚の電極があり，一方が接地しているとします。
もう一方の電極に高圧電源をつないでない時は接地されている電極との間に電位差は生じない。
もう一方の電極に高圧電源をつないでいる時はこの電極の電位は大地の電位よりも高くなるので電極間に電位差が生じる。
これは合っていると思うんですが，じゃあ高圧電源につないでいる電極は，つないでいない時とどう違っているから大地との間に電位差が生じるのかということが質問の意図です。

この質問が無意味であるなら，そうご指摘お願いします。

回答No.2

misawajp

＞接地している場所を電位0とすると高電位にする側には何かして高電位にしていると思うのですが，それがどのようなことであるかということを詳しく教えていただけないでしょうか

電源の一方を接地し、他方を高電位にしたい側に接続するだけのことです

なにか　難しく難しく考えたい思いがあるようです

補足

質問の仕方が悪かったかもしれません。

高電位にしたい側に接続すると高電位になるってそれは当然わかるんですが，高電位になっているというのはどういう状態なのかを知りたいのです。

回答No.1

nananotanu

電位差を大きくする、という事です。普通は感電防止のため、人が触れやすい部分(質問者さまの例文で言うと、検出器)をグランドに取ります。

補足

ご回答ありがとうございます。

接地している場所を電位0とすると高電位にする側には何かして高電位にしていると思うのですが，それがどのようなことであるかということを詳しく教えていただけないでしょうか。
試料を帯電させているのだとと思うんですが，高圧電源を用いて試料を帯電させるということがイメージできません。

よろしくお願いいたします。