质量分析器原理和应用|辉光放电质谱

在一定的磁场强度下，同一质荷比的离子束获得相同的偏转半径，但前提是离子束具有相同的动能。虽然离子束从离子源出口处经过同一个高电压加速，但由于离子在形成时机理和碰撞环境不同，到达分析器的离子束还具有一个宽的能量范围。能量分析器常与磁式质量分析器连接起来构成双聚焦质谱可以改善这一状况，使仪器质量分辨率得到提高。能量分析一般采用径向静电分析仪（ESA）。如图2．7所示，质荷比为m／z的离子进入由两块同轴扇形板组成的静电场，电场强度为E并保持不变，受电场作用离子的运动方程为

该方程表明：离子的偏转半径r与其速度的平方成正比，快离子具有较大的偏转半径。在一定的电场强度下，只有符合这个能量范围的离子才能安全通过静电场。

离子进入磁场强度为B的扇形磁场时发生偏转，其受到的磁场作用力等于离心力：

图2．7 GD 90型GD-MS双聚焦磁质谱仪质量分析器工作原理示意图

式中，r为离子的偏转半径。又由于(www.xing528.com)

结合以上两式可得

此即为磁质谱基本运动方程，离子的偏转半径取决于该离子质荷比的大小、加速电压和磁场强度。磁质谱仪器多采用扇形设计，一般固定离子通道的偏转半径，通过改变磁场强度，使离子束按照质荷比分离依次通过离子通道到达检测器检测。上述磁质谱给出在一定的磁场强度下，当离子束具有相同的动能时，同一质荷比的离子束获得相同的偏转半径。

具有不同质量、能量和角度的离子束从离子源进入ESA并输出到中间图像平面上的焦点，这些离子进入发散的磁场。通过选择合适的ESA和磁性扇区几何参数，ESA的速度分散将准确地抵消磁体的速度分散，使得具有不同能量的相同质荷比的离子收敛到一个速度聚焦点。因此，具有不同速度、不同质荷比的离子将聚焦于速度聚焦曲线，具有相同速度、不同质荷比的离子将根据质量被磁场分离并导向聚焦线方向。通过适当选择仪器参数，可以使聚焦线重叠。在这个重叠点，称为双重聚焦，具有不同能量的离子同时聚焦于此。在这一点上，光束宽度最小，灵敏度和分辨率最大。