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1、23:48:23第十八章 质谱分析18.3.1 基本原理18.3.2 单聚焦分析器18.3.3 双聚焦分析器18.3.4 四极杆分析器18.3.5 飞行时间18.3.6 离子阱分析器18.3.7 傅里叶变换离子回旋共振质量分析器第三节 质量分析器的类型与原理Mass spectrometry,MSType and principle of mass analyzer23:48:2318.3.1 质量分析器原理在磁场存在下,带电离子按曲线轨迹飞行; 离心力 =向心力;m 2 / R= B0 z V曲率半径: R= (m )/ z B0 质谱方程式:m/z = (B02 R2) / 2V离子在磁场

2、中的轨道半径R取决于: m/z 、 B0 、 V改变加速电压V, 可以使不同m/z 的离子进入检测器。加速后离子的动能: (1/2)m 2= z V = (2V)/(m/z)1/223:48:2318.3.2 单聚焦磁场分析器方向聚焦:相同质荷比,入射方向不同的离子会聚;分辨率不高缺少能量聚焦。23:48:2318.3.3 双聚焦分析器方向聚焦: 相同质荷比,入射方向不同的离子会聚;能量聚焦: 相同质荷比,速度(能量)不同的离子会聚; 质量相同,能量不同的离子通过电场和磁场时,均产生能量色散;两种作用大小相等,方向相反时互补实现双聚焦。23:48:23双聚焦分析器23:48:2318.3.4

3、四极杆质量分析器 离子在场的作用下产生振动,如果质量为m,电荷为z的离子进入四极场,运动方程是: 保持Vdc/Vrf不变(直流电压/射频电压振幅),改变Vrf值。对应于一个Vrf值,四极场只允许一种质荷比的离子通过。特点:分辨率较高;分析速度极快(适合联用仪器);缺点:准确度和精密度低于双聚焦型。23:48:23四极杆质量分析器23:48:23四极杆质量分析器23:48:2318.3.5 飞行时间质量分析器 离子以速度v进入自由空间(漂移区),假定离子在漂移区飞行的时间为t,漂移区长度为L,则:特点:质量范围宽,扫描速度快,不需电场和磁场。分辨率低:原因在于离子进入漂移管前的时间分散、空间分散

4、和能量分散。 能量相同,质量越大,达到接收器的时间越长。t = L(m / 2zV)1/2 23:48:2318.3.6 离子阱质量分析器 环电极和上下两端盖电极,均为绕Z 轴旋转的双曲面,并满足: r20=2Z20 r0 为环形电极的最小半径,Z0为两个端盖电极间的最短距离。 直流电压U和射频电压Vrf加在环电极和端盖电极之间。 在稳定区内的离子,轨道振幅一定,可以长时间留在阱内。一定质量的离子,在一定的U 和Vrf下,可以处在稳定区。如果在引出电极上加负电压,可以将离子从阱内引出, U和射频电压Vrf加在环电极和端盖电极之间。23:48:23离子阱质量分析器23:48:2318.3.7 傅

5、立叶变换离子回旋共振质量分析器(Fourier transform ion cyclotron resonance analyzer, FTICR) 三对相互垂直的平行板电极组成,置于高真空和由超导磁体产生的强磁场中。 第一对电极:捕集极,与磁场方向垂直,加有适当正电压,其目的是延长离子在室内滞留时间; 第二对电极:发射极,用于发射射频脉冲; 第三对电极:接收极,用来接收离子产生的信号。 23:48:23傅立叶变换离子回旋共振质量分析器 离子(m/z)进入磁感应强度为B的磁场中,作圆周运动,离心力和磁场力相平衡,即:或 离子的回旋频率c与离子的m/z成线性关系。 B固定后,测得c ,可获得离子

6、的质量。 得: 外加一射频辐射,当频率等于离子共振频率,离子吸收能量而改变圆周运动的轨道,沿阿基米德螺线加速。射频辐射消失,出现图(C)运动,在上下极板之间产生感应电流信号(复合信号),需傅立叶转换。23:48:23傅立叶变换离子回旋共振质量分析器特点FT-MS的优点:(1)仪器的分辨率极高,可超过1106;(2)而且在高分辨率下不影响灵敏度(双聚焦分析器为提高分辨率必须降低灵敏度);(3)FT-MS的测量精度非常好,能达到百万分之几;(4)具有多级质谱功能,可以和任何离子源相联,扩宽了仪器功能。扫描速度快,性能稳定可靠,质量范围宽等优点。需要很高的超导磁场,需要液氦,售价和运行费用较高。 23:48:23质量分析器特点对比23:48:23 内容选择:结束18.1 基本

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