質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分析器（四）

1、質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分析器（四） 4飛翔時a分析器(time of flight analyzer) 飛翔時光分析器的主要部分是一個離子漂移管。圖11-11是這種分析器的原理圖。離子在加速電壓v作用下得到動能，則有： 1/2mv2=ev或v(2ev/m)1/2 式中，m為離子的質(zhì)量，e為離子的電荷量，v為離子的加速電壓。 離子以速度v進(jìn)入自由空間(漂移區(qū))，假定離子在漂移區(qū)飛翔的時光為t，漂移區(qū)長度為l，則：t=lm/(2ev)1/2。 由上式可以看出，離子在漂移管中飛翔的時光與離子質(zhì)量的平方根成正比。即，對于能量相同的離子，離子的質(zhì)量越大，達(dá)到接收器所用的時光越長，質(zhì)量越小，所用時光越短，按照

2、這一原理，可以把不同質(zhì)量的離子分開。適當(dāng)增強(qiáng)漂移管的長度可以增強(qiáng)辨別率。 圖11-11 飛翔時光質(zhì)量分析器的原理圖 飛翔時光質(zhì)量分析器的特點是質(zhì)量范圍寬、掃描速度快、既不需電場也不需磁場。但是，長時光以來向來存在辨別率低這一缺點，造成辨別率低的主要緣由在于離子進(jìn)入漂移管前的時光簇?fù)怼⒖臻g簇?fù)砗湍芰看負(fù)?。這樣，即使是質(zhì)量相同的離子，因為產(chǎn)生時光的先后、產(chǎn)生空間的前后和初始動能的大小不同，到達(dá)檢測器的時光就不相同，因而降低了辨別率。目前，通過實行激光脈沖電離方式、離子延遲引出技術(shù)和離子反射技術(shù)，可以在很大程度上克服上述三個緣由造成的辨別率下降?，F(xiàn)在，飛翔時光質(zhì)譜儀的辨別率可達(dá)20000以上，最高可

3、檢質(zhì)量超過300000da，并且具有很高的敏捷度。目前，這種分析器已廣泛應(yīng)用于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和基質(zhì)輔助激光解吸飛翔時光質(zhì)譜儀中。圖11-12是高辨別飛翔時光質(zhì)譜原理圖。 圖11-12 高辨別飛翔時光質(zhì)譜原理圖 5傅里葉變換離子盤旋共振分析器(fourier transform ion cyclotron resonance analyzer, fticr)離子盤旋共振分析器是在盤旋共振分析器的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來的，離子盤旋共振的基本原理如下：假定質(zhì)荷比m/z的離子進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的磁場中，因為受磁場力的作用，離子作圓周運(yùn)動，假如沒有能量的損失和增強(qiáng)，圓周運(yùn)動的離心力和

4、磁場力相平衡，即： mv2/rbzv 由上式變形得到：v/r=bz/m或wc=bz/m 式中，wc為離子運(yùn)動的盤旋頻率(單位為弧度/秒)。由此式可以看出，離子的盤旋頻率與離子的質(zhì)荷比成線性關(guān)系，當(dāng)磁場強(qiáng)度固定后，只需精確測得離子的共振頻率，就能精確得到離子的質(zhì)量。測定離子共振頻率的方法是外加一個射頻輻射，假如外加射頻頻率等于離子共振頻率，離子就會汲取外加輻射能量而轉(zhuǎn)變圓周運(yùn)動的軌道，沿著阿基米德螺線加速，離子收集器放在適當(dāng)?shù)奈恢镁湍苁盏焦舱耠x子。轉(zhuǎn)變輻射頻率，就可以接收到不同的離子。但一般的盤旋共振分析器掃描速度很慢，敏捷度低，辨別率也很差。傅里葉變換離子盤旋共振分析器采納的是線性調(diào)頻脈沖來激

5、發(fā)離子，即在很短的時光內(nèi)舉行迅速頻率掃描，使很寬范圍的質(zhì)荷比的離子幾乎同時受到激發(fā)。因而掃描速度和敏捷度比一般盤旋共振分析器高得多。 傅里葉變換質(zhì)譜儀(ft-ms)的特點如下： (1)辨別率極高，商品儀器的辨別可超過1×106，而且在高辨別率下不影響敏捷度，而雙聚焦分析器為提高辨別率必需降低敏捷度。同時，ft-ms的測量精度十分好，能達(dá)到百萬分之幾，這對于得到離子的元素組成是十分重要的。 (2)分析敏捷度高，因為離子是同時激發(fā)同時檢測，因此比一般盤旋共振質(zhì)譜儀高4個量級，而且在高敏捷度下可以得到高辨別率。 (3)具有多級質(zhì)-譜功能。 (4)可以和任何離子源相聯(lián)，擴(kuò)寬了儀器功能。 (5

6、)掃描速度快，性能穩(wěn)定牢靠，質(zhì)量范圍寬。 ft-ms因為需要很高的超導(dǎo)磁場，因而需要液氦，儀器售價和運(yùn)行費(fèi)用都比較高。 (三)檢測器 質(zhì)譜儀的檢測器主要用法電子倍增器，也有的用法光電倍增管。 電子倍增器原理如下：由四極桿出來的離子打到高能打拿極產(chǎn)生電子，電子經(jīng)電子倍增器產(chǎn)生電信號，記錄不同離子的信號即得質(zhì)譜。信號增益與倍增器電壓有關(guān)，提高倍增器電壓可以提高敏捷度，但同時會降低倍增器的壽命，因此，應(yīng)當(dāng)在保證儀器敏捷度的狀況下采納盡量低的倍增器電壓。由倍增器出來的電信號被送入計算機(jī)儲存，這些信號經(jīng)計算機(jī)處理后可以得到色譜圖、質(zhì)譜圖及其它各種信息。 (四)真空系統(tǒng) 為了保證離子源中燈絲的正常工作，保證離子在離子源和分析器中正常運(yùn)行，消減不須要的離子碰撞、散射效應(yīng)、復(fù)合反應(yīng)和離子一分子反應(yīng)，減小本底與記憶效應(yīng)，因此，質(zhì)譜儀的離子源和分析器都必需處在優(yōu)于1 mpa的真空中才干工作。也就是說，質(zhì)譜儀都必需有真空系統(tǒng)。普通真空系統(tǒng)由機(jī)械真空泵和蔓延泵或渦輪分子泵組成。機(jī)械真空泵能達(dá)到的極限真空度為100mpa，不能滿足要求，必需依賴高真空泵。蔓延泵是常用的高真空泵，其性能穩(wěn)定牢靠，缺點是啟動慢，從停機(jī)狀態(tài)到儀器能正常工作所需時光長；渦輪分子泵則相反，儀器啟動快，但用法壽命不如蔓延泵。因為渦