18.3質(zhì)量分離器類型與原理

1、23:48:23第十八章 質(zhì)譜分析18.3.1 基本原理18.3.2 單聚焦分析器18.3.3 雙聚焦分析器18.3.4 四極桿分析器18.3.5 飛行時間18.3.6 離子阱分析器18.3.7 傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器第三節(jié) 質(zhì)量分析器的類型與原理Mass spectrometry，MSType and principle of mass analyzer23:48:2318.3.1 質(zhì)量分析器原理在磁場存在下，帶電離子按曲線軌跡飛行； 離心力 =向心力；m 2 / R= B0 z V曲率半徑： R= （m ）/ z B0 質(zhì)譜方程式：m/z = (B02 R2) / 2V離子在磁場

2、中的軌道半徑R取決于： m/z 、 B0 、 V改變加速電壓V， 可以使不同m/z 的離子進入檢測器。加速后離子的動能： (1/2)m 2= z V = (2V)/(m/z)1/223:48:2318.3.2 單聚焦磁場分析器方向聚焦：相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；分辨率不高缺少能量聚焦。23:48:2318.3.3 雙聚焦分析器方向聚焦： 相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；能量聚焦： 相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子會聚； 質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦。23:48:23雙聚焦分析器23:48:2318.3.4

3、四極桿質(zhì)量分析器 離子在場的作用下產(chǎn)生振動，如果質(zhì)量為m，電荷為z的離子進入四極場，運動方程是： 保持Vdc/Vrf不變(直流電壓/射頻電壓振幅)，改變Vrf值。對應于一個Vrf值，四極場只允許一種質(zhì)荷比的離子通過。特點：分辨率較高；分析速度極快（適合聯(lián)用儀器）；缺點：準確度和精密度低于雙聚焦型。23:48:23四極桿質(zhì)量分析器23:48:23四極桿質(zhì)量分析器23:48:2318.3.5 飛行時間質(zhì)量分析器 離子以速度v進入自由空間（漂移區(qū)），假定離子在漂移區(qū)飛行的時間為t，漂移區(qū)長度為L，則：特點：質(zhì)量范圍寬，掃描速度快，不需電場和磁場。分辨率低：原因在于離子進入漂移管前的時間分散、空間分散

4、和能量分散。 能量相同，質(zhì)量越大，達到接收器的時間越長。t = L(m / 2zV)1/2 23:48:2318.3.6 離子阱質(zhì)量分析器 環(huán)電極和上下兩端蓋電極，均為繞Z 軸旋轉(zhuǎn)的雙曲面，并滿足： r20=2Z20 r0 為環(huán)形電極的最小半徑，Z0為兩個端蓋電極間的最短距離。 直流電壓U和射頻電壓Vrf加在環(huán)電極和端蓋電極之間。 在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的離子，軌道振幅一定，可以長時間留在阱內(nèi)。一定質(zhì)量的離子，在一定的U 和Vrf下，可以處在穩(wěn)定區(qū)。如果在引出電極上加負電壓，可以將離子從阱內(nèi)引出， U和射頻電壓Vrf加在環(huán)電極和端蓋電極之間。23:48:23離子阱質(zhì)量分析器23:48:2318.3.7 傅

5、立葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器（Fourier transform ion cyclotron resonance analyzer, FTICR） 三對相互垂直的平行板電極組成，置于高真空和由超導磁體產(chǎn)生的強磁場中。 第一對電極：捕集極，與磁場方向垂直，加有適當正電壓，其目的是延長離子在室內(nèi)滯留時間； 第二對電極：發(fā)射極，用于發(fā)射射頻脈沖； 第三對電極：接收極，用來接收離子產(chǎn)生的信號。 23:48:23傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器 離子(m/z)進入磁感應強度為B的磁場中，作圓周運動，離心力和磁場力相平衡，即：或 離子的回旋頻率c與離子的m/z成線性關系。 B固定后，測得c ，可獲得離子

6、的質(zhì)量。 得： 外加一射頻輻射，當頻率等于離子共振頻率，離子吸收能量而改變圓周運動的軌道，沿阿基米德螺線加速。射頻輻射消失，出現(xiàn)圖（C）運動，在上下極板之間產(chǎn)生感應電流信號(復合信號)，需傅立葉轉(zhuǎn)換。23:48:23傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器特點FT-MS的優(yōu)點：（1）儀器的分辨率極高，可超過1106；（2）而且在高分辨率下不影響靈敏度（雙聚焦分析器為提高分辨率必須降低靈敏度）；（3）FT-MS的測量精度非常好，能達到百萬分之幾；（4）具有多級質(zhì)譜功能，可以和任何離子源相聯(lián)，擴寬了儀器功能。掃描速度快，性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量范圍寬等優(yōu)點。需要很高的超導磁場，需要液氦，售價和運行費用較高。 23:48:23質(zhì)量分析器特點對比23:48:23 內(nèi)容選擇：結(jié)束18.1 基本