單聚焦扇形磁場質譜儀
來源/作者:中國標準物質網  日期:2014-7-23 15:04:10

質譜儀的種類很多,常用的有:

1.扇形磁場質譜儀(magnetic sector mass spectrometer)

這種類型的儀器在早期應用最為普遍,又分為單聚焦和雙聚焦兩種類型。

(1)單聚焦質譜儀

①原理 在離子源中產生的總離子束,經加速電壓加速后,其動能與位能的關系為:

1/2mv2=zeV

式中,m為離子質量,單位為道爾頓(dalton,以C一12為12.000 dalton作標準);v為加速后的離子速度;z為電荷數;e為單位電荷;v為加速電壓。

經加速后的離子進入與其運動方向相垂直的強度為H的均勻磁場時,將受到電磁力(zevh)的作用而作圓周運動,運動的曲率半徑為r。離子運動的離心力mv2/r與該電

磁力大小相等,方向相反。

zevH=mv2/r

因此, v=zerH/m

m/ze=r2H2/2V

在實踐中,并不考慮e的絕對值,而是作為一個單位,故式簡化為

m/z=r2H2/2V

由此可見,可用三種方式記錄質譜圖,如H和V固定時,則不同m/z的離子其運動的曲率半徑不同,因而總離子束分散成各別的離子束,即磁場具有質量色散作用。在一定的加速電壓和磁場強度下,只有m1,離子可到達檢測器,而較重的離子m2將與飛行導管的管壁相撞。如儀器的r固定,則可用掃描磁場或電場方式得到質譜圖。但是,由于離子的聚焦等問題與加速電壓有關,故一般質譜儀都是在最佳加速電壓下進行磁場掃描。

②性能限制單聚焦質譜儀是一種低分辨率的儀器。質譜儀的分辨率有若干種不同的定義,現在,常用m/m表示,而且規定m為指定峰的m/z值,△m為該峰峰高一半處的峰寬(半峰寬,以質量單位表示)。此種分辨率表示方法稱FWHM(full width at half maximum)。低分辨質譜儀的分辨率小于1000,只能分辨單位質量。有機質譜法常常要求得到高分辨的質譜數據及準確的質量測定結果,即要求儀器能分辨名義質量(nominal mass)相同而準確質量(exact mass)不同的離子并給出具6位有效數字的質量測定結果。這就需要性能更好的儀器,如雙聚焦質譜儀。

扇型磁場質譜儀的另一個不足之處是掃描速率不高。當質譜儀與色譜儀聯用時,要求質譜儀具有高掃描速率。磁質譜儀的掃描速率受電磁鐵的磁阻(reluctance)限制。磁阻是電磁鐵的一種惰性,限制磁場強度的變化。現代磁場質譜儀采用疊片磁鐵(1aminated magnets),掃描速率可達0.1 sec/decade。decade在質譜法中稱為十倍程,如50~500質量單位即為一個十倍程。

另一種影響掃描速率的問題是:如掃描速率超過了一定限度,在離子遷移過程中磁場發生明顯變化,則將造成離子遷移軌道的變形,導致分辨率和靈敏度的下降。
此外,掃描過程是低效率的。因為在此過程中的某一瞬間,只有滿足式的離子可以通過狹縫到達檢測器,其他離子均與器壁碰撞消失,而且掃描速率與分辨率和靈敏度是相互矛盾的,高掃描速率將犧牲儀器的分辨率和靈敏度。

(2)雙聚焦質譜儀

為了提高儀器的分辨率,需采用雙聚焦質譜儀,在磁場分析器前,外加靜電分析器。為一種類型的雙聚焦質譜儀示意圖,靜電場的作用使能量分散,離子按能量大小得到分離后:經方向聚焦進入磁場,在磁場作動量分離,將速度相等而m/z不同的離子分開,實現離子束的方向和能量的雙聚焦,達到高分辨的效果。

雙聚焦質譜儀的分辨率在10000以上,高分辨率質譜可給出原子質量單位至少四位小數的精確度,用以測定離子的元素組成。但是這種儀器的裝置復雜,需要處理的數據龐大,所以一般結構分析多用低分辨質譜完成,僅在個別問題需要時,再補作高分辨質譜數據。

河北快三遗漏