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时间就像一匹贼拉快的小马驹子，噌噌噌的转眼中年。回首过去，咋全是不堪呢？
午夜梦回，又到了青春年华，好像是那个人生的重要十字路口，高考。垂死梦中惊坐起，搞错最后一道题！一头冷汗，你陡然醒来……
物理是少见的全民痛恨科目，喜欢的人实在不多。毫无意外，高考物理卷得分率最低的是最后那道大题。
为了避免引起不适，卷子咱就不贴了。简单描述一下。一个或一群带电粒子，用同样的速度或者同样的动能进入一个电场或者磁场。变态的情况下，还有交变磁场或者混合电磁场。这堆粒子鬼一样在各种场包括重力场里晃来晃去，最终落在传说中的某地。
好了。请答出粒子的原子序数、质量数、初速度、动能、势能、电场强度、磁场频率等等等等。这什么鬼？
这种题目往往能联系上受力分析、运动轨迹、能量（动量）守恒、电场、磁场以及化学元素周期表等一系列知识点。被奉为压轴大题的最爱。
实际上这种题目跟复杂受力分析加动量、能量守恒的大题比起来，难度起码要低一个数量级。它的优势不在难而在于繁。如果你是个细心的姑娘，对着它慢慢来，十有八九都能做对，就算拿不了满分，把相关公式都带进去，起码拿个六七成的分。
只是可惜，咱们对压轴大题有着迷之恐惧，以及懒。
今天就聊聊这个，还没高考的朋友们可以学学经验。如果你已经高考过了，也不妨复习一下。下次赶上噩梦，轻轻一笑，也能直面惨淡人生，多好。
咱们举一个最简单的栗子——磁选矿。
这个选矿机广泛应用于黑色金属矿石（如铁、锰、铬等）的选别、有色和稀有金属（如钨、钽等）的选别、非金属（如石棉、金刚石、高岭土等）矿石的选别和去杂、固体物料及废弃物去除磁性成分、生产生活污水的去杂等领域。
非常简单明了。给矿口泥沙俱下，磁性矿物或者杂质在磁铁的吸引下从后口选出。
考卷上的最后一道题不过是它的强化版。带电粒子自身的质子与中子都有质量，受到重力影响。不均等的质子加电子呈现带电性质，受到磁场和电场的影响。简单来说就是一个运动的物体受到两种或三种力，改变了运动状态。多数情况都与粒子的电荷数/质量数（荷质比）相关。只要慢慢来，轻松解出答案。
夺命题在现实中也有原型——质谱仪。
质谱、光谱、色谱差不多全面撑起了理化分析的大框架。末日重建的时候弄出质谱仪，科学研究工作能打99分了。至于电子能谱、核磁波谱、伏安极谱什么的，看缘分吧。
质谱仪在科学史上的第一次露面就摘得诺奖。通过它发现了元素的原子质量不是整数。不是说质子中子外还有其它（实际上核子的确不等重，不过差异非常小），而是很多元素都有同位素。
所有的质谱仪都把心思放在了待测粒子的荷质比上。如果我们将待测的分子（原子）刚刚好打掉一个电子，这个离子就只带一个正电荷。测出的质量数刚刚好是它的分子（原子）量。
待测分子电离后，一群带电离子缓慢进入一个已知强度的电场，离子电量为1e电场电压为U，通过加速电场后，所有离子具有相同动能（eU=1/2mv^2）。如果质量不同速度必然不同，再给它们加一个垂直运动方向的磁场，不同的离子落点必然不同。分析这个结果，就能知道一群离子当中都有哪些分子量的物质，分别占比多少。你看这里没有重力什么事，与电场磁场相比，重力场完全可以忽略。
这个办法测定了自然界的所有元素同位素的质量以及丰度。还常常用于地质与考古，大伙总看到通过碳14测定年代，实际中更多是通过氩同位素丰度来断代。
光搞这些，撑住理化仪器大拿的名头可不够。第一台商用质谱是用来分析石油的。看见了吧，都是钱的功劳。
它还可以测定分子量、确定化学式、探究分子结构。
测分子量好理解，确定化学式是怎么意思呢？一般有机物含有碳氢氮氧，解多元方程呗。
探究分子结构很有意思，分子被电离后往往还会发生碰撞，这时大离子很容易被撞成两个或多个离子碎片，比较弱的化学键会先行断裂。分析这些碎片的质量数和化学式就能知道哪些元素比较紧密的结合在一起，叫做一个基团。再结合其他分析手段就能得到很准确的分子内部结构。
质谱仪想实现这些功能，有很多难点要攻克。
首先就是电离。我们以前说过高温可以使分子电离，但这个方法不能用，分子动能太大不好控制不说，仪器机壳也很难顶住高温。一般用电子束（可参看二极管内容，获取电子束）轰击样品，或者使用其它射线，脉冲激光也可以。还有强电场、火花放电等方法。这些方法是硬生生把电子打掉，一般叫做硬电离。
有硬必有软。先将甲烷等辅助基质硬电离，再让待测气体与它们碰撞电离即可。
其次是准直狭缝。离子四面八方乱跑没法测，要在加速电场里设置一系列狭缝，令离子按一个方向走。
下一个是真空，这个非常重要。搞这些高精尖最怕干扰，必须在完全无杂质的情况下完成实验。整个加速、检测过程都必须保持高真空，以前介绍过的分子泵在这里有着大用场。
最后就是质量分析检测系统。
为了提高仪器的分辨水平，工程师们弄出了非常多的花样。前边的扇形磁式质量分析器是最简单的一种（叫做单聚焦），弄个双聚焦能提高好几倍分辨率。在离子行进方向上放四根金属杆加上可变电压来分开这些离子，叫做四级杆。把金属杆换成立体放置的环形电极和端罩，叫做离子阱。再复杂一些还能让这些离子做回旋共振。
检测器也有多种，最早就是照相底片。现在常用电子倍增管、COMS、CCD等。
质谱仪需要纯度很高的气态样品，一般常与气液色谱、液相色谱（作为进样前处理）联用，也有质谱仪串联的。
质谱仪里还有个奇葩，叫做激光软电离飞行时间质谱。质量分析纯靠跑直线，分辨能力异常差。本来行将就木，谁知生命科学发展又救活了它，而且很火。将生物样品通过脉冲激光软电离，上机分析，可以测试非常大质量的有机分子。现在常用来做细菌鉴定、蛋白组学研究等，它甚至可以给蛋白做氨基酸排序。
最后还要给准备考大学的朋友们说几句掏心窝子的话。一个人如果运气不好大学读了理论物理，短短一两年时间就会发现这不是正常人能够钻研的学问。一个人如果运气背到极点，选了数学，一定能体会到那根本不是人类的领域。
...The End...
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